基于计算思维培养的高中信息技术课堂教学探究

                            ——以for循环为例

                 

摘要：2019年高中信息技术教材实现换代，编程计算成为新教材的重要内容。如何在编程教育中，摆脱传统的演练、模仿，培养学生的计算思维？文章以《周而复始的循环》这一章节为例，从教学情景创设到活动任务分层，以问题为导线，采用探究式学习，将学生引入发现问题、主动寻求答案的课堂舞台，鼓励学生自主探究、试错、总结，从而落实计算思维的培养。

 

关键词：计算思维  高中信息技术 课堂教学

 

一、计算思维与编程教育

《普通高中信息技术课程标准解读（2017年版2020年修订）》指出：计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。

 

计算思维是一种可以培养与训练的能力，主要是处理、分析和解决问题时所依赖的思维方式和能力。算法是计算思维的载体。编程是将算法具体化、以特定语言实现的过程。由此，信息技术课堂上的编程教育是培养学生计算思维的重要环节。

 

任何编程语言的学习都要面临语法规则，需要学生投入时间去熟悉和掌握。对于县级城镇的大部分高中生来说编程语言是零起点。零起点的学生一方面对新知识充满好奇，乐于探索；另一方面对新的学习内容很容易遭遇困难和挫折，需要时间适应，尤其是在入门初期，需要更多的教师指导和支持。

 

教师在引导学生学习编程语言的过程中，如果摆脱传统的演练、模仿、掌握模式，而是让学生变被动为主动，去发现问题、探究答案，从而掌握。笔者借教育科学出版社出版的《信息技术必修1.数据与计算》2.3章节《周而复始的循环》谈一下自己的实践与探究。

 

二、选取与定位

1、教学内容的选取：明确教学目标，立足学情，设计教学活动

在for循环中，教学目标是什么？掌握for循环的基本格式。从教学目标出发，基于本校学生的实际情况，对教材内容作了调整与补充，课时、内容安排如下：

 

本文案例为第二课时：设计“用python作画”的例子，降低for循环的入门难度，将代码与图形的结合，消除学生对编程语言学习的畏难情绪，让学生更具象的掌握for语句的基本格式。

  

2、教学重点的定位：问题导向教学，将学习任务活动细化为小目标

在for循环中，教学重点是——列表在for循环承担的作用。围绕该教学重点，整个课堂活动拆分为4个小目标，由问题引领，教师引导学生一步步在实践中寻找答案：

 

 

3、活动主体的定位：鼓励学生动手、试错，纠正，打造主动探究学习的舞台

python代码的学习不像办公软件那样所做即所得，它需要一次次去运行去调整。而这样的过程恰恰是计算思维所要培养的：一步步去发现问题，一步步去解决问题，从而将复杂问题抽象为可处理、可理解的形式。

因此，课堂设计的时候，尽量减少教师的讲解，多给时间学生操作：同样的画，print()需要输入5行，for循环只用了两行代码，这样一对比，更能激发学生对for循环的解读兴趣。课堂重点“列表在循环中的作用”，教师没有展开讲解，而是设计探究活动2，让学生动手修改列表中的元素数量，查看运行结果。在一次次的调整、运行、观察中得出结论。

学生是学习活动的中心，教师的演示、讲解都应围绕学生的需求。给足学生试错的时间，让学生在试错中发现问题、寻求解决方案，不追求一步到位的掌握。

 

 

三、基于计算思维培养的课堂教学设计：

学科核心素养：

1、通过py画图，代码与图形的结合，消除学生对编程语言学习的畏难情绪。（数字化学习与创新）

2、能用for循环语句编写代码，画出重复图形。感受for循环处理重复问题的有效简洁。（信息意识、计算思维）

   3、在问题引导下主动探究for循环结构，在实践操作中解读列表在循环中的作用。（计算思维）

 

教学内容：

本节课是基于2.3章节《周而复始的循环》(教育科学出版社《数据与计算》)的教学内容做的铺垫教学。旨在让学生更具象的掌握for语句的基本格式，感受for循环在处理重复问题的简洁有效。

for循环这一知识的学习，教师计划是3课时。

 

 

 

 

 

本教案设计是第二课时。通过画卷1、画卷2的绘制，熟练掌握for语句的基本格式。

 

教学目标：

1、掌握for循环的基本格式。

2、感受for循环在处理重复问题的简洁有效。

3、理解for语句中循环变量的作用。

 

教学重难点：

教学重点：列表在for循环中的作用。

 

学情分析：

1、学生现有的知识水平：

已完成第二单元《编程计算》前两个章节的学习，掌握基础的Py知识：py文件的编辑与运行，输入、输出函数，分支语句中的关键词if等。对列表与range()有了一课时的专项学习。

For循环第一次接触，从作画入手既能降低难度也更容易让学生有成就感。

2、现有技能准备：

接触使用IDLE软件6次，会看懂简单的运行出错提示。

3、认知发展水平：

这一阶段的学生求知欲强，思维活跃，富有个性，勇于实践，且已经具备了一定的信息素养。

 

教学策略：

本次课堂的教学设计主线：画卷1(每行一个*，连续5行)、画卷2(第一行一个*，第二行**，第三行***，一次类推，共6行)，围绕该主线设计了4个课堂活动：

1、对比活动：前后两种代码画出画卷1，感知for语句处理重复问题的简洁。

2、探究活动：围绕画卷1，分别改变for循环中的列表元素数量和列表元素值，分析探讨列表在循环中的作用。

3、探究活动：追踪循环变量。

4、应用与迁移：独立再战画卷2，引入range()，更简洁的表达有规律的数字列表。

 

教学环境：

网络机房、IDLE软件。

 

教学过程设计

（一）创设情境，展开活动1：

1、教师情境导入：“我们今天要用PY来画画。这是我们要画的第一幅画。我们一起来观察这幅画的构成：总数是5行，每行是一颗*。你能用前面所学的print（）函数画出这幅画吗？”

2、学生利用print()作画      

3、教师观察学生，学生上台演示：5行print(*)生成画卷1。

4、教师设问“有没有更好的办法？”引出课堂学习内容。

    

 

 

 

 教师提问：面对这个格式，有看不懂的名词吗？

结合学生反馈，讲解循环体：就是需要重复出现的语句。我们这个例子中的循环体是哪一句呢？——print（*）

 教师演示：for i in [1,1,1,1,1]:  

print(“*”)

5、学生用for语句完成画卷一，上传作品。

6、师生合作点评，修正for语句中的易错点。

 

 

 

（二）探究for循环中列表的作用。

1、教师出示探究任务，进入活动2

        得出结论：循环的次数取决于列表元素的数量，与元素的值无关。

 

2、活动3：利用print（）追踪循环变量的变化

得出结论：循环变量的值来自列表元素。

      

（三）出示画卷2，开展活动

1、教师出示任务：巧用循环变量，完成画卷2。学生独立探索。

2、上传任务，师生合作点评。在评价中，进一步巩固for循环。

3、教师设问“如果图形按这个规律递增，循环次数是20次，最后一行是20颗*，我们需要输入20个元素的列表吗？有更简洁的表达吗？”

4、用range()代替列表完成画卷2，上传作品。

5、学生作品展播，请学生对有问题的作品进行分析、找到问题、修改代码。

 

(四)课堂小结

1、学生完成课堂小结：

计数循环的基本格式：

     For      循环变量     in      列表/range(  )：

      循环体

2、拓展任务：

给学生提供更丰富的Python绘画作品，修改里面的for循环，查看运行效果。

       

四、小结

科技发展推动着教学理念的更新，项目式学习、大单元教学的成为我们一线教师教学探究的新方向，传统的任务驱动法也它的小阵地，特别是面对零起点的乡镇学生。

教师根据课程内容和教学目标设计符合学生实际学情的任务，学生通过问题引导一层层去探究、去调试、去求解、接近或找到答案，在这样的学习过程，实现计算思维能力的提升。