培養計算思維的高中Python課程的教學思路

戴元聰

摘 要：計算思維是信息技術學科核心素養的組成部分，更是“互聯網+”時代公民所應具備的基本素養。Python課程是高中階段信息技術課程的不容忽視的組成部分，也是培養高中生計算思維的有效途徑。筆者在研習《普通高中信息技術課程標準》（2017版）的基礎上，闡述了計算思維的含義，并結合Python課程的本質特征與班級內學生的認知需求，探討了高中Python課程的教學思路，推動計算素養切實貫穿Python課程課堂的各環節，為學生成長為適應社會發展的人才奠定基礎。

關鍵詞： ? 計算思維;高中Python課程;教學思路

Python課程是高中階段信息技術課程的重要組成部分，也是培養計算思維的有效途徑。然而，傳統的“灌輸式”的教學模式下，課堂上師生的“教”與“學”都傾向于機械化，不能夠滿足計算思維培養的需求，所以要想促進計算思維落實在Python課程的課堂上，就必須要圍繞計算思維的含義，結合高中生的認知特征與需求進行教學思路研究，促進Python課堂上師生“教”與“學”的改變，使學生學習掌握理論知識的同時形成計算思維，更好地推動高中生信息技術素養的提升與發展。為此，筆者在研習《普通高中信息技術課程標準》（2017版）的基礎上，闡述了計算思維的含義，并結合實例探討了高中Python課程的教學思路。

一、計算思維的含義

“互聯網+”時代下，計算思維不再是信息技術相關領域人員應當具備的基本思維，而是當代公民皆應具備的思維模式，尤其隨著2017版《普通高中信息技術課程標準》的頒布實施，計算思維培養已經成為當代一線信息技術教師亟待解決的問題。計算思維，是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生一系列思維活動，其具有較強的抽象性，具體來講就是：面對問題時能夠將次要內容剝離出去，關注問題的核心，促進問題從“煩瑣”轉向為“簡單”。計算思維走進高中Python課程，很大程度上提升了計算思維的針對性，尤其結合具體的問題，促進學生自然而然地聯想、建立模型，水到渠成地動手實際操作，使學生在“想象”“建立”“操作”的過程中潛移默化地培養計算思維。

二、Python

（一）什么是Python

Python是一種高級計算機編程語言，不僅可以用Python編程，還可以閱讀源代碼。與一些計算機程序不同，Python更注重解決問題的計算，弱化了傳統的計算機程序規則。這樣的好處是學生在學習Python的同時可以更專注于計算和程序本身，不會在程序的規則和語法上浪費太多時間。畢竟高中生時間緊，又不是專門學計算機的。Python更有利于培養學生的計算思維。Python本身不是目的，只是提高高中生計算思維的工具。

（二）Python的特點

Python語法簡單，程序簡單，容易理解。高中生在學習中可以提高計算效率，減少代碼的使用，這樣學習Python就不是一件很難的事情。例如：在Python中，你不需要程序強制縮進。Python有很多功能，可以滿足高中學習中的基本運算，讓教師和同學不需要額外花時間去補充其他程序。Python是最接近人類自然語言的編程，提高了教學中的便利性，更便于高中生學習和使用。另外Python比C++和JAVA簡單，直接編程計算。Python的許多特點表明，在高中信息技術課程中選擇Python語言進行教學是明智的。高中生通過學習Python，可以輕松掌握這門學科，培養計算思維，這也是開設這門學科的目的。高中生成就感和計算思維的達成，預示著一舉多得目標的實現。

（三）Python和計算思維之間的聯系

高中學習Python課程的目的是培養計算思維，所以Python課程是計算思維的載體。高中生通過Python課程的學習，在學習中閱讀和計算相關資料，在一步步解決問題的路上，自然在Python程序的計算中提高了計算思維。在Python課程中，學生以抽象的方式解決實際問題，在這個過程中，進行計算、歸納、總結并得出結論，這整個過程就是計算思維的體現。由此可見，Python是計算思維的載體，體現在Python計算中。正是Python與計算思維有著密不可分的關系，在高中新課改中使用Python程序來提高學生的計算思維。信息技術教學需要質量和效率，兩者缺一不可[1]。

三、計算思維在高中教學中的應用現狀

（一）課堂教學模式過于古板

與其他類型的教學相比，計算機輔助教學法要求教師準確確定計算機知識的方向，引入新的教學方法和教學內容，并采用相應的計算機輔助教學方法。但在高中，課堂教學已經過時，嚴重制約了學生計算機思維的發展。在我國大多數高中，計算機課程在教學上還比較落后，仍然是按照教師在傳統教學經驗基礎上發展起來的內容和方法進行的，對學生學習效果的影響也制約了學生計算機思維的形成。

（二）教師的教育水平需要提高

教師的教育水平對學生的學習成績和思維有很大的影響，高素質的教師能夠有效地培養學生的計算思維，而相對較弱的教師卻不能培養學生高質量的知識和科學思維。我國還有很多學校缺乏符合計算機技術教師選拔的標準和要求，在非專業或低技能教師的情況下，學生的學習興趣和學習效果明顯下降，也在一定程度上影響了學生計算思維技能的培養。

四、基于計算思維的高中Python課程的教學思路

Python是一種計算機語言，相對比其他計算機語言來講，Python語言的功能強大、語法簡單、類庫豐富，尤其對于高中階段學生來講，Python語言更容易上手，尤其學生用Python語言編寫程序的過程中強化解決問題能力的提升，滿足高中生認知與學習的需求，真正地讓計算思維扎根于課堂，有效地避免計算思維淪為課堂包裝的感染。這就需要，教師明確“灌輸式”教學模式與計算思維培養的“不適用”與“不實用”，更要結合Python課程的本質特征與班級學生的認知需求，對高中Python課程的教學思路進行研究，構建“素養”與“知識”協同發展的課堂，助力計算思維的培養。

（一）合理設計內容

Python語言的難度不高，但對于高中生來講，其仍舊較為陌生，所以絕大部分學生對Python課程的興趣缺缺，更遑論積極主動地利用Python語言解決實際問題，且解決問題的過程中促成計算思維培養的落實。因而在Python語言的課程上，教師不能生硬地按照教科書進行講授，而是要結合班級學生的認知程度與學習實況，對Python的內容進行合理的安排、科學的調整，確保學生跟上課堂教師“教”的步伐，進而更好地理解、掌握課堂的目標內容。Python課堂的內容大致分為三維度，依次為：

一是，Python語言的含義、作用以及基本操作。該維度的內容也就是日常提到的理論知識，其難度較低，但如若不能合理地安排，較容易讓學生的學習興趣“低迷”，導致學生對含義理解不精準、作用知道不全面、操作了解不客觀，進而影響接下來操作性內容的學習。所以理論知識學習階段，教師要貫徹“以生為本”的教學理念，引導學生分析、思考，為學生提供“看”含義、“見”作用的平臺，很大程度上確保學生“知”理論的過程中處于“思”的狀態。

二是，Python程序設計的基本語句及結構。無論是基本語句還是基本結構，都是學生進行實際操作的基礎，所以學習該維度內容時，教師不能言簡意賅、單刀直入地告知，而是要為學生提供思考、交流的空間與平臺，讓學生對基本語句與基本結構的學習從“知道”轉向“消化”，促使學生產生用“語句”、用“結構”進行創新、創造的欲望，為接下來的實際操作奠定基礎。

三是，運用各種算法知識進行Python設計。算法知識的理解難度較高，因此課堂上，教師不能照本宣科，而是要靈活地運用各種算法知識進行Python的設計，使學生“看”算法知識靈活運用的基礎上理解掌握各算法知識，進而讓學生結合自己掌握的知識進行設計與編寫，助力學生計算思維的培養[2]。

學習三維度內容過程中，教師要始終貫徹“以生為本”的教學理念，引領學生從簡及難、從表及里、從理論到實踐掌握Python，一方面有助于消除學生與Python的陌生感，很好地解決學生學習Python時帶有的消極情緒，如恐懼、厭惡等，另一方面也能夠促使計算思維真正地滲透于Python課堂，更好地推動對學生計算思維的培養。

（二）改進教學方法

眾所周知，“好”的教學方法不僅能夠提高課堂中師生“教”與“學”的質量，構建高效率的課堂，還能夠豐富課堂的教學內容、活躍課堂的教學氛圍，構建富有生命力的課堂，因而面對傳統“灌輸式”教學模式在培養計算思維的不足時，教師要有意識地改進課堂上采用的教學方法，尤其培養計算思維的Python課堂上，教師要立足于學生的思維水平與認知需求，著眼于Python語言的本質特征，逐步形成具有班級學生認知特性的教學方式，促進計算思維與課堂教學的深度融合。

Python語言對于高中生來講較為陌生，而其具有的抽象性，更使部分學生談“Python”色變。作為一線的信息技術教師，如若未能及時地“看到”班級學生的談“Python”色變，隨著時間的推移學生定然會產生厭惡、恐懼等不良情緒，進而影響課堂上師生“教”與“學”的質量與效率，同時也不利于計算思維在Python課堂上的滲透。因而，如何讓學生接受并愛上Python語言？則是當代一線信息技術教師改進教學方法的基本目標，而為了實現計算思維的培育，教師可以借助現代化信息技術將抽象性的具體知識、內容轉化為形象性的模型結構，降低學生對知識理解、掌握的難度，促使學生自覺主動地進行深刻的思考、靈活的運用，在學生“思考”與“運用”的過程中促成計算思維的培養。如，教師可以將算法（結構）等內容與生活中的具象事物聯系起來，引領學生于腦海中建立一個生動又具體的形象意義，而建立的過程中，學生的大腦始終處于“思”的狀態，更重要的是，潛移默化地將“算法”與“生活”聯系起來，促使學生逐步具備利用算法解決實際問題的技能，助力計算思維的培養、形成以及發展[3]。

（三）創新教學模式

“灌輸式”教學模式不能滿足信息技術學科核心素養培養的需求，這是眾所周知、毋庸置疑的，所以要想實現計算思維的培養，教師理當在認知傳統教學模式弊端的基礎上進行創新。結合Python課程的本質特征，教師對課前預習、課中學習，以及課后深化三個階段進行了研究，具體如下：

一是，課前預習。該階段，教師并未讓學生走馬觀花地“看”教科書，而是利用班級微信群發布預習任務單，讓學生有目標地“看”教科書、有目的地查閱相關資料。這樣的預習，一方面能夠提升學生的預習效果，使學生清楚自身知識的“優”與“缺”，另一方面也能夠鍛煉、提升學生的自主學習能力，為學生今后的終身學習奠定良好的基礎。

二是，課中學習。該階段被教師分為“解疑答惑”與“合作探究”兩大環節。其中“解疑答惑”環節的主旨就是幫助學生解決預習過程中遇到的“問題”、產生的“疑惑”，在具體的課堂上，教師可以根據“問題”（疑惑）提出的遍數，判定是進行重點講解還是單獨指導，提升了教師“教”的針對性與有效性;“合作探究”環節的關鍵就在于師生之間、生生之間溝通、交流的有效性，因此具體實施時，教師不能做“座上賓”而是要充當“參與者”，積極地點撥與引導，保證學生探究有效性與方向性。

三是，課后深化。該階段，教師要求學生依據課堂上的意見與指導進行修正與完善，更重要的是，教師要利用班級微信群提出階梯式的問題，引領學生對課堂內容進行深度掌握。

（四）開展啟發式教學，引導學生學習

啟發式教學是一種有效的教學干預模式，可以幫助學生發展計算思維。教師在引導學生解決問題的過程中，首先要讓學生進行反思和回憶，即讓學生用寫好的代碼來對應教師提出的問題，探究這個代碼是否能解決這些問題，幫助學生把思維變成目標導向和結果導向的思維。其次，在解決問題的過程中，教師要引導學生循序漸進地反思自己，并對其他團隊成員編寫的代碼進行實質性的回顧，探究自己的代碼與其他學生的代碼的異同，通過批判性思維探究自己的不足，這將使學生掌握循序漸進的學習方法。

（五）為Python教學提供充足的資源

Python課程作為一門計算機課程，需要相關的配套設施跟上，才能順利發展和學習。其中不僅硬設施需要跟上，軟設施也需要跟上。比如學校需要聘請有專業知識的教師授課，以保證高中Python教學的課堂質量;學校需要改善相關教室和配套電腦。Python課程是一門實踐性很強的課程，只有硬件跟上了，學生才能動心。只有學校重視信息技術教學，營造主動學習、熱愛信息技術的氛圍，師生才會更加重視Python學習。只有重視了，才能提高學生的計算思維。

結束語

綜上所述，“互聯網+”時代下，信息技術已經被廣泛地應用于社會的各個領域，且給人們的思維帶來了更新。所以作為當代一線的信息技術教師，不能局限于信息知識的傳授，而是要在注重培養學生動手操作能力的同時發展學生的計算思維，推動學生信息素養的發展。具體落實時，教師要貫徹“以生為本”理念進行創新與設計，尋找“知識”與“思維”的契合點，構建高效又鮮活的課堂，助力計算思維的滲透。高中信息技術課程中的Python教學是提高學生計算思維的重要途徑，Python的學習需要教師和學生的共同努力。

參考文獻

[1]郁曉華，肖敏，王美玲，等.基于可視化編程的計算思維培養模式研究：兼論信息技術課堂中計算思維的培養[J].遠程教育雜志，2017（6）：12-20.

[2]倪俊杰.Python教學：編程如何培養學生計算思維[J].中國信息技術教育，2017（19）：27-29.

[3]韓捷.從計算思維培養角度談高中Python課程教學模式[J].啟迪與智慧（中），2020（9）：86.