基于Python語言的算法與程序設(shè)計教學(xué)策略

應(yīng)迎春

Python作為一門“解釋型”語言，可讀性強(qiáng)，語法簡便，能較好地引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入程序設(shè)計的世界。算法是程序的靈魂，程序設(shè)計離不開算法。闡述用程序設(shè)計解決問題的一般過程與方法，有利于幫助學(xué)生理解算法在程序設(shè)計中的核心地位。本文將以三位信息技術(shù)教師在Python教學(xué)實(shí)踐中存在的問題為切入點(diǎn)，針對算法與程序設(shè)計教學(xué)策略分析展開探討。

● 現(xiàn)狀與問題

問題1：精英教學(xué)與普及教學(xué)的區(qū)別。一位資深信息學(xué)奧賽輔導(dǎo)教師，她的上課方式類似于信息學(xué)競賽輔導(dǎo)，是屬于精英教學(xué)方法，但在普及教學(xué)中，學(xué)生各方面水平和能力良莠不齊，所以精英教學(xué)方法不適合Python語言的普及教學(xué)。

問題2：照本宣科與教材處理的區(qū)別。一位是剛工作的新教師，沒有教學(xué)計算機(jī)語言的經(jīng)歷，講述語言很容易照本宣科，學(xué)生聽得云里霧里。據(jù)學(xué)生反饋，學(xué)程序設(shè)計沒有想象中的“有趣”，也沒有想象中的“有用”;學(xué)生僅將教師的代碼敲進(jìn)去并運(yùn)行出結(jié)果就停止了思考與學(xué)習(xí)，這樣絲毫鍛煉不了學(xué)生思維能力。

問題3：一般過程與表面有趣的區(qū)別。一位參加地市級優(yōu)質(zhì)課評比的高中信息技術(shù)教師，上課內(nèi)容是《用計算機(jī)編程解決問題的一般過程》，因?yàn)槭窃u比課，在試上時為追求熱鬧有趣的課堂氛圍，他利用海龜畫圖命令進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，從畫直線、三角形、正方形到正N多邊形，一堂課下來，感覺就是換了款軟件上畫畫課。其實(shí)這堂課的重點(diǎn)是讓學(xué)生了解用計算機(jī)編程解決問題的一般過程，即分析問題、設(shè)計算法、編寫程序、調(diào)試運(yùn)行程序。學(xué)生不清楚其一般過程，剛開始抱著很濃厚的學(xué)習(xí)興趣，但往后學(xué)習(xí)會覺得越來越難而放棄學(xué)習(xí)。

● 教學(xué)策略分析

1.結(jié)合生活創(chuàng)設(shè)問題情境，抽象建模提升學(xué)生思維

在程序設(shè)計教學(xué)中，F(xiàn)or循環(huán)結(jié)構(gòu)是一大難點(diǎn)，為了讓學(xué)生對For循環(huán)有形象的理解，有一位教師提問到：每天在儲蓄罐中存兩塊錢，一星期后儲蓄罐中多了多少錢？學(xué)生通常會直接說出結(jié)果——二乘七等于十四，這是他們經(jīng)過多年的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)保留下來的一個數(shù)學(xué)模型。要想讓學(xué)生明白計算機(jī)的思維方式，可通過動畫演示，讓學(xué)生感受每一天儲蓄罐里的變化，從而扭轉(zhuǎn)學(xué)生已有思維，使其理解計算機(jī)的遞推思想。再聯(lián)系變量，將儲蓄罐切換為變量S，抽象出模型。在實(shí)例中抽象建模，讓學(xué)生自主建構(gòu)得到S等于S加二這樣的一個表達(dá)式，從而理解計算機(jī)的累加，培養(yǎng)抽象思維。

2.適調(diào)結(jié)構(gòu)利用教材重點(diǎn)，注重編程解決問題方法

大部分程序設(shè)計教材都是按照“先理論后實(shí)踐，先語句再程序”的順序編排，2020浙教版信息技術(shù)八上也基本采用這種模式，若在教學(xué)中也是這個順序，語法格式的講解就只能是采用傳統(tǒng)的講解法，而學(xué)生對這種講解一是沒興趣聽，二是講了與沒講一個樣，在編輯應(yīng)用中根本不會考慮語句格式。

例如，在一次采用同課異構(gòu)方式進(jìn)行的公開課中，主題是While循環(huán)。講課的兩位教師，一位是教齡十年、教學(xué)基本功比較扎實(shí)的教師，一位是教齡不足兩年的新教師。

教齡十年的教師上的是傳統(tǒng)課，由母親節(jié)想用Python跟媽媽說一百遍“媽媽，我愛您！”直接引入新知——用Python中的條件循環(huán)語句While來實(shí)現(xiàn)，然后按教材新知講解。

（1）While循環(huán)語句的一般格式（如圖1）。

（2）While循環(huán)的執(zhí)行流程：當(dāng)條件判斷為True時，循環(huán)體被重復(fù)執(zhí)行，當(dāng)條件判斷為False時退出循環(huán)，else子句的語句塊才會被執(zhí)行。若條件表達(dá)式的值一直為True，則While循環(huán)將一直執(zhí)行。因此，在循環(huán)體中一定要包含改變測試條件的語句，使循環(huán)能夠結(jié)束，以避免死循環(huán)。

（3）代碼展示（如圖2）。

這種上課的模式是比較傳統(tǒng)的教學(xué)方式，只是在學(xué)習(xí)語言，學(xué)生的思維沒有發(fā)生火花，不知道學(xué)了這個知識有什么用。

教齡不足兩年的教師上課時，以學(xué)生熟悉的咬手指鱷魚玩具引入，手指一直輪流按壓牙齒，若觸發(fā)開關(guān)，嘴巴閉合，游戲結(jié)束，若沒有觸發(fā)開關(guān)，游戲一直繼續(xù)。

（1）提出While循環(huán)的思想，與For循環(huán)的區(qū)別。

For循環(huán)：一般用于次數(shù)的循環(huán)。

While循環(huán)：一般用于條件的循環(huán)。

（2）初探任務(wù)：快到寒假了，幾個同學(xué)準(zhǔn)備去游樂園玩，每位同學(xué)手里都有一張游樂卡，金額為200元，游樂園的項(xiàng)目價格都一樣：摩天輪13元/次，海盜船13元/次，過山車13元/次……引導(dǎo)學(xué)生：①分析玩的過程：每玩一個項(xiàng)目，卡里的錢就會扣13元，一直玩，當(dāng)卡里余額不足時就不能玩了。②設(shè)計算法：第一步，卡里初始金額是200元;第二步，玩的條件——當(dāng)卡里余額大于13元才可以玩;第三步，玩的結(jié)果——每玩一個項(xiàng)目，卡里的錢會扣13元;第四步，一直玩，直到卡里余額不足即少于13元，游玩結(jié)束。根據(jù)上述算法，學(xué)生結(jié)合教材講解實(shí)現(xiàn)程序語句，從而引出While語句格式（如上頁圖3）。

經(jīng)歷這種以學(xué)生熟悉的場景實(shí)例引入，引導(dǎo)學(xué)生問題分析、算法設(shè)計，再編寫程序?qū)崿F(xiàn)的過程，學(xué)生比較容易掌握While循環(huán)的思想、格式。

其實(shí)，新教材的第10課是循環(huán)結(jié)構(gòu)——While循環(huán)（重點(diǎn)是講解語句格式），第12課才是While循環(huán)的應(yīng)用實(shí)例。通過這次的同課異構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，把這兩課的教材內(nèi)容打散重組處理，每一節(jié)課拋出實(shí)例或生活中的問題，根據(jù)問題進(jìn)行分析、抽象建模、設(shè)計算法，用自然語言或流程圖表示算法，根據(jù)設(shè)計的算法用Python語言編寫代碼實(shí)現(xiàn)，在算法表示的對應(yīng)步驟中穿插滲透相應(yīng)的語法知識，最后調(diào)試運(yùn)行，觀察程序運(yùn)行結(jié)果，能讓學(xué)生的上課參與度更高，學(xué)習(xí)積極性更強(qiáng)，更有助于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，即解決問題的能力。

3.巧用錯誤認(rèn)識語法規(guī)則，多樣實(shí)現(xiàn)發(fā)散學(xué)生思維

有時候，程序運(yùn)行不出但在相應(yīng)行有顯示，這說明程序存在語法錯誤。初學(xué)Python造成語法錯誤的常見原因有字母大小寫不同意義、語句的縮進(jìn)輸入、中英文符號的混亂等，不過語法錯誤程序調(diào)試運(yùn)行時會提示。鑒于此，筆者在課堂中因勢利導(dǎo)，用這些語法錯誤來穿插講解語法規(guī)則，讓學(xué)生在改錯中學(xué)習(xí)Python語言的語法規(guī)則，取得了不錯的效果。當(dāng)然，在展示學(xué)生程序時，細(xì)心的學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，不同的程序表示會出現(xiàn)一致的程序結(jié)果，教師要及時引導(dǎo)學(xué)生分析程序，從而引出同一程序的多樣性表示。

例如，在編寫第一個Python程序時，學(xué)生常常會出現(xiàn)各種語法錯誤。所以，筆者常讓學(xué)生先嘗試，在調(diào)試程序的過程中發(fā)現(xiàn)問題時，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材找出問題原因，若不能，則全班同學(xué)一起來“找茬”。這樣利用錯誤突破重點(diǎn)或分散難點(diǎn)，取得了較好的教學(xué)效果。錯誤是一種很好的課堂生成資源，這些資源對突破課堂重點(diǎn)往往能起到關(guān)鍵性的作用。

又如，在教學(xué)《循環(huán)語句》這一課時，課堂的教學(xué)重點(diǎn)是對循環(huán)語句的正確描述。在用For語句編寫程序時，會發(fā)現(xiàn)學(xué)生容易出現(xiàn)一種邏輯錯誤，即循環(huán)體語句次序顛倒使結(jié)果不符合要求，而這恰恰是教學(xué)重點(diǎn)需要解決的問題的具體體現(xiàn)。在接下來的評價分析環(huán)節(jié)，教師就可以利用這些課堂生成資源引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論和自我總結(jié)，從而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)知識結(jié)構(gòu)的構(gòu)建或完善。學(xué)生的錯誤通常是他們學(xué)習(xí)難點(diǎn)的具體體現(xiàn)，在引導(dǎo)學(xué)生改正錯誤的過程中，如果能采取“以錯攻難”的方式，用錯誤來消化學(xué)習(xí)難點(diǎn)，有時能收到事半功倍的教學(xué)效果。

4.依托競賽激發(fā)學(xué)生興趣，分層教學(xué)鑄就學(xué)習(xí)品質(zhì)

如今，各級中小學(xué)電腦作品大賽中的程序設(shè)計項(xiàng)目都是使用各類程序設(shè)計語言，創(chuàng)作完成軟件作品，實(shí)現(xiàn)某些特定功能或解決某種需求。由于學(xué)生水平層次參差不齊，以競賽為引導(dǎo)的基于Python語言的算法和程序設(shè)計教學(xué)，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、學(xué)會學(xué)習(xí)的能力。

總之，基于Python語言的算法與程序設(shè)計教學(xué)是學(xué)生深層次認(rèn)知信息技術(shù)魅力的重要窗口，對學(xué)生未來的學(xué)習(xí)及發(fā)展能產(chǎn)生一定的影響，但現(xiàn)階段的教學(xué)仍然存在諸多的限制因素，其教育價值并未得到充分顯現(xiàn)。所以，教師要始終秉持發(fā)展的眼光看待教育教學(xué)，加快教學(xué)創(chuàng)新及優(yōu)化的探索腳步，加速攻克教學(xué)難點(diǎn)，構(gòu)建有效教學(xué)課的課堂。