焦晨瀟 王愛勝

在信息科技新課程的推進(jìn)中，進(jìn)行一線教學(xué)資源的構(gòu)建將會(huì)促進(jìn)多維度課程建設(shè)與教學(xué)研究的深入開展，對(duì)建設(shè)豐富的課程生態(tài)具有積極的意義。因此，本期解碼我們將探討師生創(chuàng)作與利用課程資源對(duì)課程生態(tài)的重要意義。

摘要：本文以通過探索信息科技新課程中“算法”邏輯主線的課程學(xué)習(xí)以達(dá)成“計(jì)算思維”學(xué)習(xí)目標(biāo)的資源創(chuàng)新與創(chuàng)作為例，分析重“法”輕“碼”認(rèn)知產(chǎn)生的學(xué)習(xí)瓶頸，采用類比閱讀與數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新方式，嘗試探索貼近學(xué)生年齡特點(diǎn)的故事化“跨學(xué)科閱讀”與“不插電閱讀”的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，以“法”“碼”平衡為信息科技課程的“計(jì)算思維”探索趣味化的深度學(xué)習(xí)資源，助力豐富的課程生態(tài)建設(shè)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；類比閱讀；數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2024）01-0025-04

隨著《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）的頒布，“計(jì)算思維”成為信息科技課程培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，而“算法”這一邏輯主線將貫穿中小學(xué)信息科技課程。因此，如何更好地轉(zhuǎn)向以算法為邏輯線索的計(jì)算思維教育，共建中小學(xué)一體化的信息科技課程新形態(tài)變得十分重要。鑒于“計(jì)算思維”與“算法”在中小學(xué)信科技課程中的重要地位，筆者基于“法（算法）”“碼（代碼）”平衡的視角，嘗試系統(tǒng)探索程序、算法學(xué)習(xí)與計(jì)算思維培養(yǎng)融合的閱讀設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)。

“法”與“碼”平衡的課程生態(tài)分析

由于新課標(biāo)重視“算法”認(rèn)知，在一定程度上弱化了“代碼”編程，而更傾向于用“碼”驗(yàn)“法”的算法驗(yàn)證，因此，如何通過技術(shù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)驗(yàn)證來(lái)學(xué)習(xí)算法成為新的研究方向。另外，受中考、學(xué)考及高考等的影響，對(duì)以代碼（C++、Python）編程為載體的程序、算法、計(jì)算思維的考查仍因極具“可操作性”而難以摒棄，要在短期內(nèi)弱化“代碼”的“支撐”作用，還存在很多困難。算法設(shè)計(jì)如果用“紙質(zhì)的形式化推演”來(lái)代替編程，會(huì)在算法深刻體悟、效率直觀認(rèn)知及知識(shí)局限等方面發(fā)生“歧變”，單純的課堂學(xué)習(xí)也易走上“務(wù)虛”的說教式形式主義，更多教師會(huì)讓也不得不讓學(xué)生通過補(bǔ)學(xué)“代碼”來(lái)打基礎(chǔ)，這樣就會(huì)增加學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān)。因此，筆者基于計(jì)算思維的構(gòu)成要素，提煉基礎(chǔ)算法思想，濃縮中小學(xué)生必備程序知識(shí)，運(yùn)用學(xué)生喜聞樂見的武俠故事設(shè)置學(xué)習(xí)情境，架構(gòu)類比閱讀的學(xué)習(xí)資源，從易到難，環(huán)環(huán)相扣，形成“閱讀學(xué)算法，不插電學(xué)編程”的新思路，讓學(xué)生在一個(gè)個(gè)精彩的故事中學(xué)習(xí)計(jì)算思維與算法，提高對(duì)算法與程序設(shè)計(jì)的整體認(rèn)知。這種追求生動(dòng)的課外閱讀活動(dòng)，以故事類比閱讀幫助學(xué)生輕松了解、掌握算法思想與程序設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維、算法思想與工程思維，助推了信息科技課程系統(tǒng)、有機(jī)的“法”“碼”平衡學(xué)習(xí)生態(tài)建設(shè)。

閱讀設(shè)計(jì)：對(duì)程序、算法與計(jì)算思維進(jìn)行擬人故事化處理

筆者在創(chuàng)作《編程江湖》一書時(shí)，以擬人化的系統(tǒng)故事情境及虛擬的武俠小說對(duì)“算法”“計(jì)算思維”與“程序”進(jìn)行融合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)。全書分三卷、九章、三十六回，在尋劍、弩攻、爭(zhēng)鋒的故事場(chǎng)景中，把各種計(jì)算語(yǔ)言作為江湖門派，生動(dòng)有趣，以程序?qū)嵗腿宋镄愿裾宫F(xiàn)算法與語(yǔ)言的特點(diǎn)，用劍術(shù)、劍法、劍道類比程序知識(shí)、算法思想和計(jì)算思維，以盤龍陣、飛花令、套娃、擊劍比賽、劍法擂臺(tái)賽及算術(shù)動(dòng)物園、派森英雄榜等趣味程序項(xiàng)目實(shí)踐來(lái)降低認(rèn)知難度，提高學(xué)習(xí)效益。

故事情境、人物語(yǔ)言與行為具有親和力和形象感是閱讀設(shè)計(jì)的效度要素。例如，人物的知識(shí)與技術(shù)融合中國(guó)功夫、兵家陣法等文化元素，以提高對(duì)編程技術(shù)與算法的理解力和應(yīng)用性；程序范例結(jié)合古今中外的經(jīng)典案例與優(yōu)秀算法，以提高算法學(xué)習(xí)的典型性與可操作性。故事中的人物相對(duì)獨(dú)立，但在學(xué)習(xí)中會(huì)將他們作為一個(gè)“程序、算法與計(jì)算思維的編程能力”整體來(lái)對(duì)待。例如，派森恩喜“劍術(shù)”，是Python編程知識(shí)的形象類比；韓青鋒會(huì)“劍法”，是算法思想的形象類比；姬思木懂“劍道”，是計(jì)算思維的形象類比。眾所周知，計(jì)算思維、算法與程序設(shè)計(jì)常需要融合學(xué)習(xí)，在閱讀中，讀者自然吸取各人之長(zhǎng)，視他們?yōu)橐粋€(gè)團(tuán)隊(duì)，或同一個(gè)“真實(shí)人”的多項(xiàng)能力。讀者在學(xué)習(xí)之外，會(huì)逐步兼具三人優(yōu)秀品質(zhì)，規(guī)避如姬思木體質(zhì)柔弱、派森恩話多語(yǔ)碎、韓青鋒沉默寡言等“暗喻”的缺陷。整個(gè)故事的發(fā)展，也正是三人相互促進(jìn)、揚(yáng)長(zhǎng)避短、克服缺點(diǎn)的成長(zhǎng)過程，如姬思木“健康”了（暗喻計(jì)算思維強(qiáng)化實(shí)踐），韓青鋒“愛笑”了（暗喻算法生動(dòng)有趣），派森恩“務(wù)實(shí)”了（暗喻程序知識(shí)學(xué)以致用）等，對(duì)讀者極具不斷成長(zhǎng)的教育意義。

類比演繹：把程序知識(shí)通俗融入算法與計(jì)算思維

類比式演繹知識(shí)與實(shí)踐，是對(duì)較難理解的技術(shù)、原理有效“破壁”的策略之一，為教師“闡釋”和學(xué)生“理解”提供橋梁作用。在《編程江湖》一書中，筆者不僅發(fā)揮了常規(guī)類比的作用，還以故事來(lái)演繹類比，讓過程更具可讀性。

第一，程序知識(shí)的類比演繹。例如，以基本功類比“交互式”程序命令，將“套路”演繹程序作為指令整體的“算法”流程意義。將輸入、運(yùn)算、輸出類比為“吸氣”“運(yùn)氣”“呼氣”的基本過程，將int（）、round（）函數(shù)類比成“斷舍離”劍術(shù)，將字符串的切片類比成“斬蜂群”，將列表和復(fù)合列表類比成“盤龍陣”和“群龍陣”，以及將自定義函數(shù)和調(diào)用類比成“戰(zhàn)隊(duì)”與“指揮”，在故事演繹中用各種生動(dòng)、形象、貼切的類比讓學(xué)習(xí)更有趣、理解更有效。

第二，算法設(shè)計(jì)的類比演繹。通過在行軍中對(duì)順序、判斷和循環(huán)的類比演繹，不斷發(fā)展到在戰(zhàn)斗中“弩攻”時(shí)循環(huán)發(fā)射及死循環(huán)、中斷等類比演繹，扣人心弦又直觀有趣。對(duì)難度較大的“遞歸”算法，以套娃類比演繹，以“劍法”演繹遞歸過程，準(zhǔn)確把握遞歸結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。在對(duì)數(shù)據(jù)搜索算法闡述時(shí)，以“尋箭”演繹，對(duì)照草地上的矩陣劃分，讓算法可懂又可用。對(duì)“排序”等算法，更是用大量篇幅進(jìn)行劍法類比演繹，如在擂臺(tái)賽時(shí)把標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)類比為“一劍封喉”的劍法，將“桶排序”類比為挑水舞蹈，將“冒泡排序”類比成冒泡劍法，將“插入排序”類比成插撲克牌游戲等，通過類比對(duì)基礎(chǔ)算法的描述、特征、應(yīng)用、功能進(jìn)行演繹，讓算法變得好玩、好懂、好用。

第三，計(jì)算思維的類比演繹。一方面，筆者將計(jì)算思維的分解、抽象、模式、算法進(jìn)行故事演繹。例如，用“各個(gè)擊破”分解猴群，用“化繁為簡(jiǎn)”的簡(jiǎn)筆畫探查敵情，用“照貓畫虎”識(shí)別背單詞的詞序模式。另一方面，通過有一定規(guī)模的作品設(shè)計(jì)，如“飛花令”“口算游戲”“剪刀石頭布”“派森英雄榜”等，融合計(jì)算思維與工程思維進(jìn)行作品創(chuàng)作，讓學(xué)生系統(tǒng)體驗(yàn)需求分析、問題分解、模塊化設(shè)計(jì)、抽象建模、技術(shù)迭代與產(chǎn)品泛化的計(jì)算思維綜合應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)與技能。

數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)：用數(shù)據(jù)測(cè)試、觀察、分析、揭示算法的過程與功能

為直觀地體驗(yàn)、理解算法，筆者設(shè)計(jì)了“數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)”開展各種方式的數(shù)據(jù)觀察，不僅提供如字符串、列表、數(shù)據(jù)類型等程序設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行“程序執(zhí)行過程的數(shù)據(jù)觀察實(shí)驗(yàn)”，更以“武功秘笈”的形式提供數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)“模板”，以“簡(jiǎn)約高效”的實(shí)驗(yàn)策略進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)與分析。例如，用“運(yùn)行時(shí)間差異實(shí)驗(yàn)”直觀對(duì)比不同算法的運(yùn)行效率，實(shí)驗(yàn)過程如圖1所示。

測(cè)試數(shù)據(jù)要具有可實(shí)驗(yàn)的樣本效益，要么現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，要么提前準(zhǔn)備數(shù)據(jù)文件，還可以隨機(jī)生成數(shù)據(jù)等?，F(xiàn)場(chǎng)采集的風(fēng)險(xiǎn)非常大，因?yàn)椴杉』驍?shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)后期教學(xué)影響是巨大的。提前準(zhǔn)備數(shù)據(jù)文件，文件形式可以是文本文件或電子表格等。因電子表格讀取需要安裝并引入pandas庫(kù)，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、讀取要符合規(guī)范，所以使用時(shí)須謹(jǐn)慎。文本文件相對(duì)容易操作，但文本文件讀取時(shí)有不同的格式。

為此，筆者在實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)觀察，使用“容錯(cuò)”方法改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，既體現(xiàn)了計(jì)算思維的技術(shù)細(xì)節(jié)“迭代”思維，又滲透了算法通用化的“泛化”思維。例如，對(duì)不同文本文件格式的容錯(cuò)測(cè)試可用try/except來(lái)適應(yīng)多種數(shù)據(jù)提供模式，代碼如圖2所示。

綜上所述，筆者通過通俗閱讀算法故事，類比演繹算法基本思想和計(jì)算思維基本要素，降低認(rèn)知難度，即通過數(shù)字素養(yǎng)與技能培育為信息科技課程的實(shí)施助力，通過構(gòu)建豐富的課程資源為“法”“碼”平衡的課程生態(tài)大廈添磚加瓦。

參考文獻(xiàn)：

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