计算思维培养为核心的中职信息课程图形化教学策略探究与实践

张彪

摘要：本文针对目前中职信息技术课程教学存在核心素养关注低、课程结构缺乏科学性等不足，提出了以计算思维培养为核心的信息技术课程图形化教学模式。为验证该模式的有效性，作者将其应用于“Python语言程序设计”课程的教学设计与过程中，实践表明，该教学模式在提升学生学习积极性的同时，还能有效培养其计算思维。

关键词：计算思维;游戏法教学;教学策略;信息技术课程

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）14-0110-03

导入

教育部2020年颁布的《中等职业学校信息技术课程标准（2020版）》，明确提出“中等职业学校信息技术课程学科核心素养主要包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个方面”。[1]而Python以其语法简洁、易入门等特点，被逐步纳入各学段的教学内容体系，Python也因此被逐渐赋予培养学生计算思维的重任。

信息技术课程教学过程中的难点

笔者担任的是烹饪专业的信息技术教学工作，根据多年的实践及研究，笔者发现教学中存在以下问题：①授课方式传统。在教学过程中，教师只注重软件的操作，忽略核心素养的培养。②教学情境抽象且不真实，与学生的知识背景关联不强，导致学生参与度较低。③程序语言、语法抽象，生涩难懂，学生很难理解。④课程间存在互相割裂的矛盾，忽视对学生迁移学习能力的培养。

针对以上不足，笔者以计算思维培养为核心，以逻辑思维能力培养为基础，以学生专业为背景，运用理实一体化的方法展开教学，提出了以计算思维培养为核心的信息技术课程图形化教学模式，以期提升学生的学习积极性，有效培养其运用和迁移计算思维的能力。

计算思维图形化编程教学策略的构建和实施

1.信息技术课程图形形象化理论基础

建构主义理论认为，学习是学习者在原有经验的基础上，在一定的社会文化情境中，主动对外部信息进行加工处理、建构知识意义的过程。[2]教师建立带有真实体验的学习情境，引导学生积极参与学习活动，以小组合作的形式完成课程理论学习和实践技能训练，这样不仅能使学生成为知识建构的主体，还可以激发学生的学习兴趣，提高学习专注度。

2.教学架构设计

在“Python语言程序设计”课程中，抽象的知识点往往让教师难以讲解、学生难以理解，因此如何培养学生的计算思维，让学生达到教学目标是一大难题。笔者以高一年级的73名学生为教学对象，以“Python语言程序设计”4.2节“程序的分支结构”为例，对课程进行教学设计，将学科专业知识和信息技术知识通过游戏引入，以问题为向导，在游戏中寻找学科知识点和编程逻辑关系的相似性，通过理实结合的手段让知识的理解过程更加形象化。

如图1所示，在“图形化教学模式”教学架构中，由外而内依次分为转化层、教学方法层和计算思维层。转化层贯穿于整个信息技术课程，使专业知识与信息技术之间形成了相互融通、相互转化的关系，以专业思维帮助学生理解信息技术知识，以计算思维帮助学生解决专业问题。教学方法层是在专业知识与信息技术融通转化框架下，以游戏化教学、思维导图教学、问题导向教学等教学方法为支撑，开展以计算思维培养为核心的课堂教学，引导学生自主学习。计算思维层是“图形形象化教学模式”教学架构的核心，计算思维细分为合作能力、创新能力、批判思维、问题解决能力、算法思维等。

3.教学策略——教师行为

“程序的分支结构”涉及条件判断、选择处理等逻辑操作，需要用计算思维对问题进行思考、解答。笔者根据if-else函数的运用方法，依据教学内容将项目明确为设置、单分支结构、二分支结构、多分支结构、判断条件及组合五个部分。情境设置是联系学生背景知识与当前知识的关键，各分支结构是学习的重难点，判断条件及组合是后续的知识补充。

（1）设计互动游戏

笔者的教学对象为烹饪专业的高一中职学生，他们已有一定的烹饪实操经验，因此选择烹饪菜肴作为切入点，用烹调过程来比喻分支结构函数的运行过程，将学生已有的判断、选择知识迁移到信息技术课程的学习中，提升学生的兴趣，降低学习难度。

一条鱼不同部位的烹饪方式是学生的专业课程《中餐炉台技术》中的一部分。这里用一条鱼的烹饪部位选择，以及明确不同的部位要用不同的烹饪手法來实现选择后就不能再继续选用的原则。

在进行if函数的课程引入设计过程中，笔者设置了以下场景。

引入：两人一个组，用一条鱼进行一分为二（鱼头、鱼身）的抓阄游戏，每个小组只能一个人抽签。

问题：抽签一次可以确定每个人的烹制菜肴吗？

（2）游戏归纳总结

教师对互动游戏进行总结，以流程图或思维导图梳理游戏脉络，帮助学生形成解决问题的思路。同时，要求学生画出以鱼切分与烹制方式和成绩分布为对比的图例（如图2），或者绘制思维导图。

（3）知识体系构建

教师需要以信息技术知识对构建的思维导图或流程图进行内容替代，形成知识转化。知识体系的构建需要内化的过程，也需要实际训练，为了让知识更容易被学生理解，并实现更深入的学习，笔者以“程序的分支结构”为例展开课程的深入学习。

引入：三人一个小组，同时将鱼分成三部分，第一个人开始抽签，如果抽到鱼头，则烹饪鱼头豆腐汤。

问题：现在剩下的两个阄，可以确定剩下的两位同学烹制什么菜肴吗？不行，只能继续抽签。

思考：分成三份后，需要进行几次判断？

教师将各项目分解成若干个子任务，分析各子任务的特性，判断其适合培养计算思维的哪一维度，并据此设置恰当的学习活动。任务可针对计算思维的某一维度进行设计，也可以融合多个维度。这里还是以成绩判断为例和一条鱼不同部位的不同烹饪方式进行对比，图形化相似模型如图3所示。

（4）学生学习实践

教师讲解相关信息技术知识并演示，学生在实践过程中重在理解：为什么这样做？这样做的前提是什么？采样数据和定义数据之间是什么样的关系？

在学生实践环节，除了要求学生完成学科阶段性作业之外，筆者还设置了相应的奖励机制和小组互助机制。奖励机制：学生完成任务并在前十名提交，由教师确认正确后给予阶梯式加分;小组互助机制：当课堂任务完成后，在征得教师同意后，学生可以离开座位辅导其他同学。

（5）内固知识体系

在学生现有知识的基础上，提出具有一定难度的问题，要求以课堂作业的形式完成，进而帮助学生理解消化知识，并形成主动解决问题的能力。

学生在参与学习活动的过程中，运用计算思维的方法分析和解决问题，并思考该方法如何迁移应用至其他领域;教师引导学生积极参与学习活动，解答学生所反馈的问题，并观察、记录学生在活动中的行为和表现。

（6）总结教学知识

教师挑选部分学生提交的作品，让其演示和讲解，其他学生进行评价，最后由教师进行课堂总结评价。

4.学生能力培养

对学生能力的培养体现在以下几个方面：①学生以小组为单位开展互动游戏，而互动游戏是结合学生自身专业而设计，因此，在互动游戏过程中能更好地培养学生的合作能力。②学生积极参与到教师主导的思维导图绘制中，明晰游戏条理，培养了算法思维;利用游戏与思维导图阶段梳理的脉络，自主构建解决问题的思路，培养了主动解决问题的能力。③分享交流过程培养了学生的批判思维和创新能力。

5.总结评价

本教学模式注重对学生计算思维掌握程度的评价。一方面对学生提交的作业代码进行评估，如分析学生编写的“if-else”语句作业，评判其运用计算思维进行顶层分析的能力，以及通过编写代码来解决问题的能力;另一方面对学生在活动中的行为和表现进行评估，如在“if-else-else语句的使用”中学生需要团队协作共同完成任务，但有的学生合作能力较强，善于与他人协同完成任务。教师要详细记录组员的行为，才能更客观、全面地进行总结评价。

教学成效

笔者提出的图形化教学模式将计算思维培养融入教学的各环节，理论联系实践，在确保学生完成教学目标的同时，还能提升其运用和迁移计算思维的能力。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.关于发布《中等职业学校数学课程标准》等5门课程标准的公告[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/s5743/s5744/A07/202001/t20200120_416131.html.

[2]何克抗.建构主义──革新传统教学的理论基础（上）[J].电化教育研究，1997（03）：3-9.