自制教具在高一編程教學中的案例研究

陳英

[摘? ?要]隨著《新一代人工智能發展規劃》文件的頒布，我國吹響了搶占人工智能全球制高點的號角。教育部頒布的2017年版新課標，大幅提升了在編程、計算機思維、算法等方面的思維要求。如何上好高中編程課，如何培養學生的計算機思維，關鍵在提高課堂有效性。抓手何在？教師可以在教具上做文章。

[關鍵詞]自制教具;高一;編程教學;案例研究

[中圖分類號]? ? G633.67? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）30-0062-02

一、新課改背景下教具的價值確認

隨著《新一代人工智能發展規劃》文件的頒布，我國吹響了搶占人工智能全球制高點的號角。該規劃指出，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育。2018年1月，教育部頒布2017版新課標，其大幅降低了對基本軟件使用的要求，大幅提升了在編程、計算機思維、算法等方面的思維要求。

如何上好高中編程課？如何培養學生的計算機思維？關鍵在提高課堂有效性。而如何構建高效課堂，關鍵在“四到”，即眼到、口到、手到、心到。

如何開啟深度學習模式？抓手何在？教師或許可以在教具上做文章。

1.豐富教材，提升教師素養的添加劑

廣義的教材，包括課本及與課程有關的豐富的學習資源，從形式上看，有紙質的，也有數字的;從內容上看，有課程內的，也有課程外的;從開發主體看，有專家的，也有教師的。蒙氏數學通過“游戲”讓孩子對復雜、抽象的數學產生濃濃的興趣，其抓手就是豐富的教具資源。而教師要設計這樣高效的教具，必須具備扎實的學科基本功和學科素養。只有對本學科的關鍵知識點、大概念信手拈來，才能設計出大道至簡的教具。

2.點亮課堂，激發學生興趣的催化劑

良好的開端，是成功的一半。興趣是學生最好的老師。只有上課后5分鐘，牢牢抓住學生的眼睛、耳朵、嘴巴，才能最大限度地激發學生的學習興趣，為后續學習助力。自制教具結合學生身邊的問題，利用生活中常見材料進行教學活動，取材容易，制作簡單，生動有趣，能自然地引起學生濃厚的興趣，激發他們的探究欲望。

3.突破難點，破解學習障礙的助推劑

在教學實踐中，很多知識點的概念和特征都非常抽象，通過傳統的講授方法很難讓學生真正理解。如何突破教學難點？我們必須另辟新徑，讓知識點自己“說話”。教師可采用各種手段化抽象為直觀，讓學生在輕松愉快的學習氛圍中，不知不覺地掌握了核心知識點。

二、高一編程教學之“困”

筆者曾對高一兩個班的學生進行了編程學習方面的問卷調查，共回收有效問卷74份，其結果如下：

從題1和題5可以看出，對于編程學習，學生有較強的學習內驅力，也能意識到編程學習對自身計算機思維等方面的重要作用。

從題2可以看出，學生更傾向于探究和討論后的“頓悟”和“理解”。在編程教學中，教師的作用是“啟”和“發”，學習活動的主體是學生。

題3和題4反映出在編程學習中，學生想學，但存在較大的困難，呈現出明顯的矛盾心理：思考不動，教師講解，模仿為主;自己探究，能力不夠，失敗居多。

要解決上述問題，路在何方？教師又該如何作為？也許可以在“啟發”教學上下功夫！

三、自制教具在高一編程教學中的應用案例

在編程教學中，使用自制教具提升課堂的有效性，從使用目標上看，大致可以分為以下三種情況：一為激趣導入類;二為過程演示類;三為推理驗證類。

案例1：二進制猜數字游戲類教具

1.設計意圖

猜數字游戲主要演示二進制—十進制的轉換過程，將抽象問題形象化。設計4張卡片，游戲者隨機選擇0—15中的任意一個數字，只回答4個問題，你就能猜出他選擇的數字。

2.游戲規則

卡片4—1從左到右依次放置。

請游戲者從0 —15之間任選一個數字，不要告訴猜數者，并依次回答4個問題：

（1）是否在卡片4中，在則卡片上放置1，不在則放置0

（2）是否在卡片3中，在則卡片上放置1，不在則放置0

（3）是否在卡片2中，在則卡片上放置1，不在則放置0

（4）是否在卡片1中，在則卡片上放置1，不在則放置0

答案對照表（卡片4 —1）：

0000—00100—41000—8? 1100—12

0001—10101—51001—9? 1101—13

0010—20110—61010—10 ? ? 1110—14

0011—30111—71011—11 ? ? 1111—15

3.使用說明

假設游戲者選的是10，必然回答如下：

在卡片4中，猜數者在卡片4下放置1;不在卡片3中，猜數者在卡片3下放置0。

在卡片2中，猜數者在卡片2下放置1;不在卡片1中，猜數者在卡片1下放置0。

如下圖所示：

猜數者很快猜出，游戲者默選的數字是10。

4.教學后記

在使用二進制游戲教具后，學生的學習興趣和專注度有所提高，對后續學習也有助益。

案例2：冒泡排序程序過程演示教具

1.設計意圖

冒泡排序是編程學習中的基礎和難點，主要考查學生對數組和雙重循環的理解和運用。傳統教法，以教師講授為主，學生參與度不高，最后的結果是聽得懂但不會寫。如果自制簡單教具，將冒泡排序的過程完整展現，對學生理解冒泡排序的思想和程序實現必將很有幫助。

2.使用說明

打開“冒泡排序.xls”，啟用宏，單擊“創建”按鈕隨機產生6個0 — 9的數，單擊“第一輪”，直觀演示一輪排序，找出最大數，并將其放置到數組末尾的過程。單擊“第二輪”再次呈現在剩余5個數中，找出最大數，并將其放置到數組末尾的過程。整個數組經過5輪，最后實現6個數從小到大的排序。

3.教學后記

通過這個自制教具，學生對冒泡排序的核心思想有了較為深刻的理解，能夠比較輕松地完成內層排序，最終，在教師的層層啟發下，實現冒泡排序的核心代碼。

案例3：字符匹配程序推理驗證教具

1.設計意圖

遍歷是數組題知識點的基本技法。通過循環和判斷的密切配合，可以解決生活中大批量的數據匹配問題。教師可使用簡單材料自制教具，對該算法進行推理驗證。

使用硬紙卡模擬Text1中的源字符串，Text2中存放待匹配字符，Text3中顯示待匹配字符的個數。

2.使用說明

師：請同學們思考解決該問題的算法，嘗試用自己的語言表述出來。

生：從頭到尾一個一個取字符，與Text2中的待匹配字符比對，若相同則將計數器加1。

師：根據同學們的思路，我們使用小卡片來模擬驗證一下該算法的可信性和正確性。

啟用小哨兵i，初始位置在第1個位置，對應字符為“A”，與Text2中的待匹配字符比對相同，計數器K+1，小哨兵后移到第2位，不匹配，后移到第3位，不匹配，后移到第4位，不匹配，后移到第5位，匹配，計數器K+1，匹配結束！最終計數器K=2，K的值即為匹配字符個數，驗證完畢，該算法可行。

3.教學后記

利用自制教具模擬問題解決的完整過程，一則，可將“思維可視化”，幫助學生更好地理解和解決問題;二則，可對算法進行模擬驗算，從而驗證算法的正確性和有效性;三則，學生和教師在模擬驗算的過程中，獲得了新的體驗和啟發。

總之，要上好高中編程課，培養學生的計算機思維，關鍵在于提升課堂有效性，通過各種途徑促進學生深度學習，讓理解真正發生。

[? 參? ?考? ?文? ?獻? ]

格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格.追求理解的教學設計[M].上海：華東師范大學出版社，2017.

（責任編輯 柳? ?紫）