基于信息科技課標指導的程序設計教法探究

錢文靜 江蘇省蘇州市振華中學校

顧衛（通訊作者） 江蘇省蘇州市第二十四中學校

在信息科技課程教學中，程序設計是十分重要的學習內容，它是開拓學生計算思維能力、掌握創新實踐技能是不可或缺的部分，更是培育學生運用多學科知識開展創意智造的重要基礎。因此，如何有效開展教學，一直是教師關注的重點。但僅依照教材上程序設計章節展開教學，常常是教師教得累、學生學得乏，原因在于教學內容枯燥。

那么，能否通過重組學科教材、重塑教學形態、重建學習方式、重述學程目標來扭轉程序設計教學面臨的窘境呢？為此，筆者在《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）的指導下，結合教學經驗，嘗試將程序設計、學生機器人、物聯網與“創意智造”實踐課程等知識進行教材重組，獲得了較好的成效。

● 教法創新，從課內到課外實施多學科知識交叉融合

在以往的程序設計教學中，教師常以知識點為源選取案例組織教學，但教材中的案例是為教編程而準備的，學生通過機械模仿來完成學習任務，往往缺乏主動思考意愿和對知識點遷移運用能力。新課標強調“真實性學習”。為此，筆者引入Arduino開源系統軟硬件，將學習內容與學生生活相結合，構建真實性學習情境，在實踐過程中建構知識，教會學生解決問題的方法。

例如，筆者以學生們熟悉的小區“人臉識別門禁”為切入點，構建自動門程序設計項目。由于所構情境符合眾多學生的求知需求，所以，當引入人工智能視覺傳感器（簡稱“二哈識圖”）知識時，很快獲得學生的響應，雖然人臉識別原理與操作過程復雜，但是借助開源硬件二哈識圖和LED顯屏，識別技能很快被學生掌握。在實驗指導書輔助下，學生經過反復測試學會了以下編程技術：①當二哈識圖沒有識別到人時，無顯示；②當識別到內部人員時，顯示“自己人”；③當識別到外來人員時，顯示“陌生人”。若用舵機旋轉角度表示開門、關門狀態，以此替代屏顯提示，那么學習目標已不再是單純地讓學生學會程序設計，還應該讓學生認識到學的意義與項目落地的方法。

新冠疫情的發生，影響了人們的出游。有學生提議可否制作一個智能導游的“云”作品，這樣想去哪里，就讓二哈識圖識別景點圖片，結合實時模式，在地圖上顯示出景點位置并鏈動語音播報功能對景點景色進行詳細介紹。同樣，若將蘇州傳統美食名店推介給外地游客，豈不是更妙？的確是一個好主意！學生們你一言我一語，說干就干，三周之后，一個“云游蘇州”創意作品在教師輔導下誕生了。

● 工具遴選，提供適切學習環境讓更多學生參與體驗

新課標提出數字化學習與創新是信息科技課程所要培養的核心素養之一，提倡開展探究，用合適的數字設備進行創新創造活動，高效地解決問題。[1]

但是，在眾多的程序設計工具中，尋找到能適合初中段學生認知水平且可實現大班化教學的編程工具絕非易事。Mind+是一款擁有自主知識產權的國產青少年編程軟件，支持Arduino、Micro:bit、掌控板等上百種智能開源硬件。積木化的編程環境，為學生“直觀”編程提供了易上手的平臺，Mind+提供的由圖形化狀態過渡到純代碼的編輯功能，又為后期有潛在學習能力的學生提供了可拓展的途徑。

因此，為適應不同基礎條件的學生學習需求，筆者提供了不同的學習梯度。梯度一：借助Micro:bit主控板、掌控板和加速度計，磁力計、溫度、光線、藍牙等板載傳感器開展編程教學。梯度二：借助與Micro:bit主控板類似的Arduino主控板開展教學，利用其擴展板接口比Micro:bit強的優點，連接更多傳感器、執行器，完成較復雜項目的實驗。

例如，在制作提醒老人按時吃藥的“輔助服藥”智能項目中，筆者根據學生能力，設置不同目標任務。目標一：制作一個定時服藥的提醒功能，到設定時間，在點陣屏上顯示服藥提醒。設備選用：Micro:bit主控板。目標二：在目標一的基礎上，到設定時間，使用語音合成模塊播報提醒藥名和藥量。設備選用：Micro:bit主控板+擴展板，加接語音合成模塊。目標三：在目標二的基礎上，到設定時間，除語音播報提醒服藥的藥名外，老人還可將藥品盒子通過二哈識圖識別拿藥是否正確，如果正確，則繼續播報服用劑量，否則提示拿錯了，需更換。設備選用：Micro:bit主控板+擴展板或Arduino主控板+擴展板，再加接人工智能視覺傳感器。

程序功能可以不斷迭代、不斷完善，對不同能力的學生，設置不同的層次目標，既能讓基礎相對較弱的學生不失去信心，有事可做，有項目可研，也能讓基礎較好的學生找到適合舞臺施展拳腳，從而使每一位學生在“既動腦又動手”實踐中學得、習得、有所得。

● 支架配置，引導學生由想學到思學直至會學以致用

信息科技學科課標主張由知識導向轉為素養導向，由偏重技術轉向“科”“技”并重。[2]因此，程序設計教學不再是僅教會學生掌握語法格式，會編幾個小程序，會用幾種軟件，而是注重讓學生理解科學原理，體驗用程序設計技術來探究問題解決的方法，最終內化為自己的認知并驗證所做的猜想。所以，搭好支架幫助學生掌握用程序設計方法解決問題，觸類旁通地學會知識應用遷移也就十分有意義了。

以最常見的照明燈為例，筆者運用如下支架展開教學，一步步引導學生學習技能。

支架一：“每當夜幕降臨，校園里的路燈就亮起來了，這些燈每天是怎樣進行開/關控制的呢？”學生根據生活經驗，不難得出控制燈的方式有人為或自動。在此，筆者以光控燈為例，引導學生分析其工作原理和實現方式，并用程序設計語言模擬其效果。由于單純用代碼展示難以讓學生獲得真實感受，筆者便結合開源硬件（主板+光線傳感器+LED燈），讓學生讀取光線強度的值，通過對光線強度的判斷，決定LED燈亮或滅，以此實現對燈的控制。

支架二：“校園里的路燈一般是光控的，樓道里的燈大都是聲控或紅外感應的，用開源系統軟硬件是否也能通過編程模擬實現呢？”學生發現，不論是聲控燈還是紅外感應燈，原理與光控燈幾乎是一樣的，所以在光控燈的基礎上，換成聲音傳感器或人體紅外線傳感器，簡單修改代碼即實現聲控燈或紅外感應燈。

支架三：“光控燈，光線不足就會自動開燈；聲控燈，檢測到聲音燈便亮，如果以上兩種情況下都沒有人經過，是否會出現資源浪費的現象？”經過分析，學生認為可以將兩種或三種控制方式結合起來使用，如“光線不足+聲音大+有人經過”時燈才亮，這樣既節約了資源，也符合現實生活中的真實需要。

看似一個“復雜”的實用問題，在數個教學支架的引導下，學生不僅學會了分析，理解了原理，更是找到了問題解決方案。借助支架輔助，學生越干越有勁，越學越上癮，充分體現了新課標的思想：學生在掌握技術的同時，也要了解科學原理，只有掌握了科學原理，才能更好地用技術創造新生活。[1]

● 綜合評價，從學到做從做到創全面夯實教學效果

教學成效評價是程序設計課程的難點，依照新課標指導，教學成效評價以學科素養為依據，堅持過程性評價與終結性評價相結合原則。[1]對此，筆者將終結性評價安排在學期末進行，占比60%，過程性評價在平時學習活動中展開，占比40%，采用多元評價機制跟蹤學生的學習過程，及時反饋學習狀況，從而實現綜合評價學生學習行為的目的。

（1）終結性評價：由教師提供可選擇的項目，學生作業以作品或研究報告的形式呈現，學生可通過項目“答辯”或成果匯報形式，對作品從創新性（20%）、結構性（10%）、規范性（10%）、藝術性（10%）、實用性（10%）方面進行展示。計分采用學生自評、同伴互評和教師點評三者結合的方式進行。根據大家共同制訂的評價量表規則，學生在客觀自評的同時，用“欣賞+挑剔”的眼光給他人的作品打分，在經過自評、互評和教師點評之后，每位學生既獲得了較客觀的評價分，也可從中發現各自存在的不足，更重要是從同伴的成果中獲得可汲取的經驗。

（2）過程性評價：主要考核與檢測學生在平時課堂上的學習態度或實踐活動中的表現。例如，可以結合每節課的教學目標，采用單選、判斷、多選、簡答等理論型的題目進行快速的隨堂小測，也可以在項目實驗過程中考察學生團隊合作與動手實踐能力等，從而達到對每位學生學習狀況的了解，以便實施分層輔導及為后續課程教學提供依據。

由此可見，這樣的評價不只關注課堂任務的完成情況，更關注學生用學科知識自主分析問題、解決問題的能力，將核心素養培育落實每一節課、每一次實驗之中。

在新課標的促進下，筆者所在學校程序設計教法改革初見成效，廣大學生現在不僅喜歡上程序設計課，更是將學習的內容與智能應用、創意智造實踐活動結合了起來，在國家、省級各類賽事中獲得了不錯的成績。