初中信息技术课题研究:基于计算思维的初中Python课程模式设计与应用研究

基于计算思维的初中Python课程模式设计与应用研究

一、为什么改进？——问题的提出

信息技术课程标准颁布后，配合新课标的信息技术新教材也陆续出版，算法与程序设计的编程语言普遍采用了Python,初中信息技术教材也进行了大幅度的改编，将算法、数据结构和Python程序设计纳入了教学内容，自此开展初中阶段的Python程序设计课堂全体教育。

初一学习常用算法设计、初二进行Python程序设计和数据结构教学，教学时会有很多疑惑，例如，为什么初中就开始学编程？编程内容这么深，初中学生能学会吗？每个学生都有进行编程学习？

作为乡镇学校，我校学生认为Python程序设计“很难”、“不好学”、“不想学”、“学不会”等感受，学生对于Python课程存有畏惧心理，在学习上有一定的困难，在教师讲解较难的知识点和需要完成较难的任务时，容易出现开小差的现象。

教师在Python编程的教学上，一般还是采用教师讲授、学生操作练习的教学模式。在Python课堂上主要表现为教师讲解语法算法、解题步骤，学生操作、演示代码。这样的教学模式单一，较为死板，很难引起学生的兴趣。

二、改进什么？——原因的分析及理论依据

（一）原因分析

编程教学效果不尽人意

在Python课堂上，更多的还是教师讲解语法算法、解题步骤，学生操作、演示代码。教师为了教学效果在讲解的过程中往往会预设解题路径，学生则依赖教师的讲解，根据教师的解题步骤进行操作，而不主动思考，学生照着教师的代码进行编辑，学生只是在学习代码，而不是通过创作代码来解决问题。这样的课堂氛围下，学生会失去对编程学习的兴趣，机械地应对教师布置的任务，在解决复杂的问题时，不能很好的进行知识迁移，逐渐失去对编程学习的信心。

2.现有教学模式难以培养学生的计算思维

信息技术老师认为Python课程对学生来说很难，虽然也注重对学生的计算思维这种高阶思维能力作为教学目标进行制定，但是，由于教学效果较差，学生对Python课程接受起来较难，所以教师一般会侧重于基本教学目标的实现和完成，尽管在Python编程在一定程度上更容易培养计算思维，但是教师很少在Python课堂上注重对学生计算思维的培养也很难对学生的计算思维进行培养和提升。

3.计算思维作为四大核心要素受到重视。

计算思维能力的培养热潮在各个教育领域流行开来，着眼于信息技术教学领域，计算思维能力的培养也是具有一定的现实意义的。计算思维能力的培养对于学生信息素养的提升具有至关重要的作用。在信息技术课程中，Python编程课程更易促进计算思维能力的培养。

但是在Python编程教学中，初中Python编程教学效果不尽人意，现有的教学模式难以培养学生的计算思维。学生需要一种全新的教学模式进行Python课程的学习，同时也需要计算思维能力的培养和提升。所以，当下Python编程课程需要积极地开拓创新，而不是沿用传统的教学模式。当下教师需要构建新型的教学模式，在完成基本的教学目标的基础上，对学生进行计算思维能力的培养和提升，才能让学生有应对复杂问题的能力，更好地适应社会的发展。

（二）理论依据

1.建构主义学习理论

建构主义强调知识的动态性和相对性，强调通过一定的学习情境对学生所学内容进行有意义的建构。建构主义学习理论指出学习本身是一个双向的过程，一方面学生学习新知识并将新学习的知识纳入到自己原有的认知结构中，从而自己原有的认知结构获得了新的意义；另一方面原有的经验由于新知识的纳入而进行了一定的调整和重构。建构主义学习观强调学生的主动性，学生的学习不是简单的接受教师的“灌输”，而是处于学习活动的主体地位。

基于计算思维的初中Python教学模式的构建，要注重突出学生的主动性，借助编程课程创设情境，要为学生创设适合的学习环境，同时还要根据学生的特点和需求提供一定的学习资源。使得学生在Python课程的学习中主动学习算法，提升初中生计算思维能力中算法设计、问题解决能力。通过创设学习环境和提供丰富的教学资源，激发学生进行推理和分析等高阶思维活动，培养学生计算思维能力等高阶思维能力。

2.合作学习理论

合作学习理论主要是基于心理学和社会学之上的一种复合型的理论，以小组合作为主要形式,以团队成绩为评价依据。教师指导学生和学生之间或者学生和教师之间的互动交流来促进学习。教师要在合作学习中不断通过转换不同的角色，来调整学生和所学知识之间的矛盾，使学生获得知识，同时也有利于教学过程的顺利发展。教师是整个课堂的管理者，在学生讨论问题时，又是一名咨询者，在师生进行合作时，教师又充当了参与者。合作学习的基本理念进行了新的探讨，认为合作学习的先导是目标的设计，基本的教学形式是小组活动，基本动力是师

生、生生、师师的合作，评价标准是团体成绩，来改善班级气氛、提高学生的成绩，并最终培养学生的优良品质，提升学生的技能培养。

在Python课程的教学活动中，合作学习可以更好地促进学生之间的交流，在解决编程问题中，以小组合作的形式学生可以发散思维，交换思想，创造性的去解决问题，最终得到问题的解决。在培养计算思维的Python教学模式的构建中，加入合作学习，解决学生与Python课程知识之间的矛盾，以消除学生对于Python课程的抵触和恐惧的心理，激励学生的主动学习，这样也可以使学生成为学习的主人，成为知识的主动接受者。

三、怎样改进？——实施计划

（一）研究对象

浙光中学学生

（二）研究目标

1.以基于计算思维的Python课堂教学改进为核心，扎扎实实地开展课例研究，切实提高实际教育教学的水平。

2.通过本项目的研究，开展多形式拓展性探究活动，引导学生把探究由教室扩展到课堂以外的家庭、社区乃至整个社会，使课内、课外、生活、社会互相结合，不流于形式，让学生获得最大程度的满足与发展。

3.通过本项目研究，在观察、实践、制作等活动中学生经历以探究为主的学习，促进独立思考、自主探究、合作交流意识和主动学习能力的培养，提高学生的科学素养。

（三）研究内容

在教学模式中加入计算思维的核心要素和Python课程的特点，对整个教学过程、学生活动和计算思维的核心要素进行整合设计，得出培养计算思维的初中Python课程教学模式，基于计算思维的初中Python课程教学模式的教学过程中计算思维贯穿整个教学过程，分为创设情境、分析问题、协作交流、任务实施、评价反思、知识迁移六个环节。逐步引导学生利用计算思维解决问题，在教学过程的每个环节中对学生的计算思维能力进行培养和提高。

1.创设情境

从课堂的开始进入创设情境的环节，在创设情境时设置引导问题，引导问题设置较为简单，并且包含本节课的知识点，使得学生将抽象的问题实际化。教师在引导问题中对本节课的知识点进行简单讲解，对学生的本节课的学习起引导作用。这一环节的主要目的是引起学生兴趣，在完成基本教学目标的基础上培养学

生的问题界定能力。教师需要根据教学内容和教学目标进行情境的创设，引导学生在课堂的问题情境中发现问题，明确问题。问题驱动式学习可以让学生形成主动思考的习惯，慢慢的“戒掉”依靠教师“教”的心理，成为课堂的“主人”，而不是知识的被动接受者。

根据基于计算思维的初中Python课程教学模式，在创设情境环节，教师首先应该根据教学内容选择和设计跟生活息息相关的引导问题，例如将引导问题设置为：“学校每年植树节都有志愿者服务，规定每人第一年种1棵树，第二年种2棵树。第三年种3棵树，以此类推，编程计算需要几年才能种够10棵树？”通过设置问题情境，学生进入问题情境，理解、发现问题。教师根据引导问题引出本节课的知识点的时候，简单讲解while语句的一般格式，和while语句的功能，给同学们提示：while语句可以用来解决不确定的重复性问题。引导问题应该设置较为简单，引起学生的兴趣，也可以帮助学生在简单的情境中理解抽象的问题。通过这一环节培养学生计算思维中问题界定能力。

2.分析问题

在完成创设情境中的引导问题之后，进入分析问题环节，这一环节教师继续提出探究任务，实践探究任务有一定的难度，学生通过分析问题、协作交流、任务实施完成实践探究任务，目的是对学生抽象和问题分解能力的培养。在提出探究任务之后，有一些学生会有一些思路，但还是不能全部理解，这时候教师的引导和帮助就会变得格外重要，教师要引导探究任务中的问题进行分解，分析问题中的各个元素，以及各元素之间的关系，引导学生思考可以通过什么方法或者途径来解决这个问题，提示学生发散思维不拘泥于一种解决方法，鼓励学生利用多种方法解决问题，注重计算思维中的抽象和分解能力的培养。而学生将问题与已经学过的知识建立连接，分析问题需要的知识与已有知识之间的差距，对问题进行更加深刻的理解。这一环节，计算思维中的抽象和问题分解能力都可以得到锻炼。

基于计算思维的初中Python课程教学模式，在分析问题环节，应该对探究任务进行设置，此时已经完成了引导问题，探究任务的设计应该比引导问题更有难度上应该更加困难，还可以增加一些新的知识点，作为学生的探究点。例如：学生在教师在根据引导问题讲解了本节课所需要掌握的while循环语句的格式之后，对本节课的知识有一定认识，学生可以根据自己的理解大概梳理出解题步骤。在“条件循环显身手”这节课中，探究任务为：‘让计算机随机生成一个规定范围内的数字a，让用户去猜这个数字是多少？用户通过键盘输入猜测的数字b，程序将a和b进行比较。如果a大于b，输出“猜小了！”；如果a小于b，输出“猜大了！”；如果a等于b，输出“猜对了！”；并展示你猜了多少次猜

中了。’教师引导学生找出问题的核心，分解问题。教师和学生一起得出：“共有三种情况①a>b②a

3.协作交流

进行问题分解之后，教师对学生进行分组，进入协作交流环节。学生通过对问题的分解和分析，将自己的解题思路与同组人员进行交流，交换想法思维碰撞，最终形成自己的解题思路。这一环节与同组人员交流可以培养学生的合作能力，在与同伴之间的交流可以帮助学生将自己的想法用语言符号表达出来。这一环节可以培养学生计算思维中的问题解决、算法设计、数据表达能力。

协作交流环节处于创设情境和分析问题环节之后，在这一环节学生已经对本节课所要学习的内容和问题有了一定的了解，并且学生自己也会有了要解决的问题和目标。这时教师对学生进行分组，依照学生的学业水平、能力倾向、个性特征进行异质分组。学生在对探究任务分解的基础上，小组之间讨论交流具体应该怎样编写程序，怎样设计算法。在这一环节，学生在讨论的过程中可能会出现很多问题，教师要在班级里巡视，对于学生解决不了的疑问进行针对性的指导，帮助学生提高小组合作交流的效果，增强学生学习Python课程的自信心。

4.任务实施

形成解题思路之后就要开始在计算机上进行编程设计，尝试解题，将自己的交流之后的最终解题思路用Python语言输入到计算机里。在任务实施环节，每个同学独立完成，在进行解题过程中难免会出现一些问题，教师需要对学生出现的问题个别化指导，帮助学生完成任务。整个任务实施环节也就是计算思维中的算法设计，需要通过学生数据表达和抽象能力外化出来，最终落实到问题的解决上。这一环节可以培养学生计算思维中的问题解决、算法设计、数据表达能力。

在任务实施环节，学生基本已经解决了自己的问题，并将自己所形成的解题思路和Python代码在计算机上表达出来。首先，教师对于学生讨论的情况设置简单点评，并强调学生出现的易错点。然后学生开始上机操作，对于刚刚讨论的结果进行运行程序，完成探究任务，真正利用while语句解决问题，并领会用random随机函数生成整数。通过协作交流环节和任务实施环节培养学生计算思维中问题解决、算法设计、数据表达能力。

5.评价反思

在任务实施之后，教师组织各个小组展示自己的成果以及解决问题的过程和解决思路。在展示的过程中会有一些小组完成的非常好，有一些小组做的不够完

善，这时候教师进行补充强调一些知识点和重点。教师对每一个小组的作品进行评价，并邀请学生对别组的作品进行评价，最后完善自己的作品。这样通过评价反思的过程，每个小组形成自己最终的解题思路，通过评估过程进一步培养学生的计算思维。

在评价反思环节，教师应该根据教学内容设计评价量表，教师切换到学生机，展示各小组的作品，小组代表起来讲解展示自己的解题思路，这一环节的活动开展要紧扣评估能力的发展。教师对于学生的作品进行点评，同时学生进行自评，小组之间进行互评。教师在这一环节进行本节课的重难点知识的强调，学生对于本节课的知识进行消化。通过这一环节培养学生计算思维中的评估能力。

6.知识迁移

最后在知识迁移环节设置迁移任务，迁移任务应该贴近生活，把Python语言落实到实际生活中，目的是培养学生迁移能力。学生将课堂学会的知识应用到另一个问题中，完成知识的迁移，也就是将课堂中解决问题的思维来解决实际生活中的另一个问题，无形中也就进行了计算思维的培养。这一环节可以培养学生计算思维中的迁移能力。

在知识迁移环节，教师设置迁移任务：“用Python编程求正整数a和b的最大公约数”。迁移任务应该贴近生活，把Python编程落实到实际生活中。用贴近生活的迁移任务激发学习Python编程的热情，使得学生对Python语言有进一步的认识，树立用Python编程来解决无法用人工解决的问题的意识。通过这一环节培养学生计算思维中的迁移能力。

（四）研究的实施步骤及实验方法：

1、实施步骤：

本项目研究，拟定为一学年，分三个阶段进行。

第一阶段：准备阶段（2022年2月～2022年4月）

① 建立课题组，学习有关理论，制订计划。

认真研究基于计算思维的Python课堂教学模式，讨论学习教学方式方法，收集有关的信息、资料，吸取广大教师的有关经验和体会，形成较为实用、科学的研究方案。

本阶段已经有的成果：

新教材已经发布一年半，并进行了教学实践与探索，有了初步的经验与思考。

第二阶段：实施阶段（2022年5月～2023年1月）

①在平时的教学中和组员边实施边学习边总结。收集、整理、统计、分析调查数据和材料，撰写调查报告。

②以实践课的结果为依据，分析总结经验，研究教育对策开展课题实践，探索在教学中如何开展拓展活动的有效方法。

③撰写教学经验总结或论文。

第三阶段：小结阶段（2023年2月～2023年4月）

① 进行课题实践总结，形成实践报告。

② 收集课例研究资料，整理总结出具有特色的成果。

③撰写相关小论文。

2、主要研究方法

本课题研究主要采用文献研究法、调查研究法、行动研究法、个案研究法、经验总结法等方法进行。

1. 文献研究法

搜集国内外有关资料，多角度开展资料、信息的比较研究，了解最新研究成果、借鉴成功做法，吸取有关教训，为本项目研究提供理论框架和方法论。

2.调查研究法

一是调查项目实施点的教情、学情及创新思维发展的可能性、使研究切合实际，具有可行性；二是调查开展拓展活动能力的各种因素，研究相关对策，使研究有的放矢、具有实效性；三是调查活动前后学生有关素质指标的变化效应，使研究有根有据、具有科学性。

3.行动研究法

根据本校实际情况，在初中各年段中各选取部分班级，展开拓展活动。

4.个案研究法

选择个案，跟踪调查分析，了解研究方向及成效。

5.经验总结法

广泛总结项目组成成员的教学经验，同时学会运用教育科学理论的知识，分析所搜集材料和统计数据，提高自身业务水平。

四、研究的成果形式

1、撰写项目相关课例的活动方案及反思等。

2、全面收集、整理与课题有关的典型课例。

3、撰写课题结题报告。

五、课题研究的条件与保障

课题组全体教师善于学习，勤于钻研，是一个奋发向上的学习型群体。具有丰富的教育教学实践经验，参加研究的积极性高，有充足的时间和精力。同时，我校有完善的软硬件设施，有校长领导下的以教科室为主体的教科研管理机制，教科室还组建了教科研教育教学草根研究指导委员会，强化了教师教科研意识，从人员、时间和资料获得均为课题研究任务的完成提供良好的条件保障。

综上所述，本课题的研究条件比较完善，我们完全有信心完成本课题的研究，一定会收到课题研究的预期成果。