教育信息化背景下的高中編程教學探索

【摘要】近年來，隨著信息技術的飛速發(fā)展，教育信息化如火如荼地推進，由國家頂層設計、省級推廣，地區(qū)學校落地實施，從1.0時代到2.0時代取得了非凡的成效。整個過程由政府規(guī)劃（包括政策、資金、技術等）、學校支持，教師更新理念、學習技術，實現(xiàn)教學模式的優(yōu)化，促進學生知識的內(nèi)化。隨著信息化進程的加快、信息化手段的豐富、智慧教室的興建、人工智能與大數(shù)據(jù)的融合應用，文章探討在高中編程課程中實現(xiàn)有效教學、高效教學的策略?！娟P鍵詞】教育信息化；編程教學；智慧學習環(huán)境；信息技術教育信息化由1.0時代向2.0時代升級轉(zhuǎn)變，創(chuàng)造了全新的數(shù)字化環(huán)境。如何更好地利用國家教育信息化行動的契機，優(yōu)化課堂結構，創(chuàng)新教學方式，支持學生在數(shù)字化學習環(huán)境中進行自我規(guī)劃、管理和評價，提升學生解決問題的能力，培養(yǎng)學生的科學精神，提升學生的數(shù)字素養(yǎng)與技能，是高中信息科技課程要著重探索和研究的課題。一、教育信息化背景下學科落地現(xiàn)狀自進入教育信息化1.0時代以來，國家致力于發(fā)展教育裝備，開發(fā)優(yōu)質(zhì)教學資源，優(yōu)化和改善教育信息化環(huán)境，推進多媒體課件逐步代替教師板書，使學校教育呈現(xiàn)網(wǎng)絡化、多媒體化態(tài)勢。在信息化教學環(huán)境下，教師的備課、授課行為可存檔、可更新、可合作、可迭代，課堂教學資源內(nèi)容豐富、圖文并茂，學生的課堂學習也更高效、更便捷，教師向?qū)W生傳播知識的效率、容量和質(zhì)量均不斷提升。隨著移動終端、人工智能、大數(shù)據(jù)時代的到來，教育信息化不再滿足于網(wǎng)絡、資源、空間的互聯(lián)互通，逐步向互聯(lián)網(wǎng)的大資源觀邁進，向智慧學習環(huán)境過渡，教育信息化2.0時代由此到來?；趪医逃F(xiàn)代化頂層設計，教育信息化2.0行動提出了“三全兩高一大”的戰(zhàn)略目標，旨在推動信息技術與教育教學的深度融合，創(chuàng)新信息時代教育治理新模式，使教育信息化朝著更加科學、規(guī)范和大眾化的方向發(fā)展。在智慧學習環(huán)境下，信息科技課程依托網(wǎng)絡技術和教學平臺不斷更新升級，師生互動、課堂即時反饋、聽評課記錄、在線能力檢測、作品提交與評價等課堂教學功能均在不斷增強，教與學的效率不斷提升，以學生為主體的教學模式正在有序形成。教育信息化2.0時代，信息科技課程的信息化不能僅停留在技術應用層面，還應將信息技術與學科教育深度融合，深化素養(yǎng)立意，依托技術手段實現(xiàn)學生學情的精準監(jiān)測，推動教師教學方式、學生學習方式和師生互動方式的變革，構建一個更為高效的信息化學習環(huán)境。二、教育信息化背景下高中編程教學的優(yōu)化路徑編程教學是高中信息科技學科的重要內(nèi)容模塊，是中學階段培養(yǎng)學生計算思維和創(chuàng)新能力的重要載體。教育信息化2.0時代從學情分析、教學設計、學法指導、學業(yè)評價四個維度對教師隊伍的信息技術應用能力提出更精確的微能力點要求，信息技術已經(jīng)成為教育的重要工具。在此背景下，高中信息科技教師需立足教師、學生、教學環(huán)境以及教學資源等要素，推動更為高效的數(shù)字化教育形態(tài)的形成。（一）以學生為主體，開展學情分析教學是因人而異的，有效的學情分析能夠幫助教師更好地了解學生的學習情況，針對不同類型的學生制訂教學計劃，推送教學內(nèi)容，確定具體教學方向。由于學生的認知發(fā)展情況受年齡、生活經(jīng)驗等多方面因素的影響，因此學生的信息素養(yǎng)存在一定差異。教師實施學情分析時應該做到：課前利用多元方式了解學生的基本情況；課中通過觀察、提問、交流或討論等方式采集學習數(shù)據(jù)；課后通過測驗、習題等關注學生的知識掌握情況和能力發(fā)展情況，以便及時調(diào)整教學策略，加強對教學重難點的突破。在這一過程中，教師要轉(zhuǎn)變自身的角色定位，秉持“輔助教”“促進學”的教學思路，關注學生的學習狀況［1］。（二）回歸教學，重視教學過程教育信息化背景下的高中編程教學要突破傳統(tǒng)教學模式，綜合考量教師、學生、教學內(nèi)容以及教學方式四要素的綜合作用。教師要利用數(shù)字化教學平臺擴大課堂的知識容量，以生動直觀的教學方式激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的學習主動性。教師應熟悉教材內(nèi)容，具備整合教學內(nèi)容和開發(fā)課程的能力，創(chuàng)設密切聯(lián)系學生生活實際的教學情境，調(diào)動學生對知識的好奇心。在教學過程中，教師應結合數(shù)據(jù)加工、問題解決和信息系統(tǒng)操作的真實過程，發(fā)展學生的計算思維，實現(xiàn)信息技術知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀的統(tǒng)一。（三）提升教學能力，引導自主學習掌握現(xiàn)代化的教學技能，是信息科技教師的必備素養(yǎng)之一。在教學過程中，教師需發(fā)揮學生的主觀能動性，提高學生的學習效率。教師可以巧妙運用練習、測驗等輔助手段，全面記錄每一個學生的學習過程和學習成效，滿足不同層次學生的學習需求，促使學生積極參與到信息技術支持的具有交互性、真實性的學習活動中，獲得最佳的教學效果。教師還應借助網(wǎng)絡搜集整合學習資源，引導學生更好地開展自主學習、合作學習，在網(wǎng)絡技術和平臺工具的幫助下積極進行人機交互、師生交互，最大限度地提高學生的學習效率［2］。（四）構建評價體系，及時跟蹤反饋教育信息化背景下的教學評價是一項綜合性的工作，不僅要跟蹤學生的學習過程，反饋學生的學習結果，還應起到優(yōu)化教學、為教師的教學提供指引的作用。因此，教育信息化背景下的教學評價應注重評價反饋的實時性、動態(tài)性和整體性。教師應通過靈活多樣的評價方式激勵和引導學生學習，豐富評價方式，使評價更加開放、多元、客觀。而教師也要利用評價結果反思和改進自己的教學，發(fā)揮評價與教學的相互促進作用。三、以“可以復用的代碼”為例進行案例剖析本文以教育科學出版社信息技術必修一“數(shù)據(jù)與計算”中的“可以復用的代碼”為例，分析高中編程教學策略。筆者認真研讀教材、教參，結合班級學情和校本情況，最終確定將本課教學設計分為六大部分。（一）課前調(diào)查以往的學情分析，主要依靠教師對學生的觀察和了解，通過對學生進行提問來簡單評估，分析結果缺乏有效數(shù)據(jù)支持，有較強的主觀性。在這節(jié)課中，筆者根據(jù)教學目標預設學情分析的方向，提前將本節(jié)課的學情問題進行細化、量化，整合成問卷的形式。學生需在教學平臺系統(tǒng)上完成問卷填寫，軟件后臺會形成真實數(shù)據(jù)支持下的圖文報表，以供教師進行更加準確、可量化的學情分析，從而為后續(xù)的教學設計和教學實施提供有效支持。通過課前學情分析，教師了解到，學生對本節(jié)課三種程序結構的整體掌握情況較好（其中順序結構掌握良好占比100%、分支結構掌握良好占比98%、循環(huán)結構掌握良好占比90%），同時他們對復雜程序的結構優(yōu)化呈現(xiàn)出濃厚的興趣和強烈的求知欲。因此，筆者在導學案中清晰梳理了順序、分支、循環(huán)三種基礎程序結構，以期深化學生的認識和理解，為本節(jié)課的順利開展奠定良好的基礎。（二）課堂活動為拓展編程學習的深度和廣度，教師引入數(shù)學學科里的排列組合知識，創(chuàng)設真實情境，設計課堂活動，實現(xiàn)跨學科教學?；顒?：了解階乘的由來和發(fā)明背景教師列出多種排列組合，引導學生探究階乘，并讓學生通過編程計算5！，10！，15！，并找出規(guī)律，使學生能夠更加深刻地理解循環(huán)結構中各參數(shù)的含義?；顒?：解決實際問題在學生體驗了用計算機編程求解階乘這種大規(guī)模數(shù)據(jù)的數(shù)學問題后，教師列出更多的排列組合—P=n！/（n-r）！，C=n！/（r！*（n-r）?。?，并讓學生解決實際問題。（1）從六個同學中選三人進行排隊，共有幾種排法？（2）在高考選科時，從六門課程中選修三門，共有幾種選法？針對這兩個問題，學生運用排列組合來解決問題并呈現(xiàn)如下編程代碼。n3=1foriinrange（1，4）：n3=n3*in6=1foriinrange（1，7）：n6=n6*iprint（n6/n3）print（n6/（n3*n3））（三）學生探索通過觀察發(fā)現(xiàn)，上面的兩個程序多次出現(xiàn)相同或類似的代碼段。筆者提問：“如果遇到一個需求、一段代碼反復被使用到，有什么方法可以使程序更簡化？”由此，筆者強調(diào)編寫自定義函數(shù)的必要性，并指出，編寫自定義函數(shù)后，可以在需要用到這段代碼時直接調(diào)用，這樣就能夠大大優(yōu)化程序結構，減少代碼的重復出現(xiàn)，使程序更加優(yōu)美、簡潔。筆者順勢提問：“那么，我們該如何編寫自定義函數(shù)呢？”筆者通過展示學習材料，引導學生了解，自定義函數(shù)一般包括函數(shù)名、參數(shù)、返回值和函數(shù)體等四個部分。自定義函數(shù)的基本格式如下。def函數(shù)名（參數(shù)）：語句或語句組return返回值學生探索自定義函數(shù)f（n）=n！，呈現(xiàn)如下代碼。deff（n）：p=1foriinrange（1，n+1）：p=p*ireturnpprint（f（6）/（f（3）））print（f（6）/（f（3）*f（3）））教學過程中，筆者借助信息化手段，在教學輔助平臺ITtools3.0上搜集了豐富多樣的教育資源，如文字型的學案、結構化的演示文稿、視頻類的微課等，幫助學生更深刻地理解函數(shù)知識，提升計算思維。（四）拓展活動在完成前面兩個課堂活動后，部分學有余力的學生可以繼續(xù)探索本節(jié)課的拓展知識—遞歸函數(shù)。問題描述：有小兔一對，若第二個月它們成年，第三個月生下小兔一對，以后每月生產(chǎn)一對小兔，而所生小兔亦在第二個月成年，第三個月生產(chǎn)一對小兔，以后亦每月生產(chǎn)小兔一對，假定每產(chǎn)一對小兔必為一雌一雄，且均無死亡，試問一年后共有小兔幾對（提示：用函數(shù)編程解決問題）［3］？該問題涉及遞歸函數(shù)、函數(shù)嵌套，是對函數(shù)學習的有效延伸，供學有余力的學生深入探索，實現(xiàn)能力進階，以確保各個層次的學生都能獲得有效發(fā)展。（五）師生評價在本課中，筆者利用ITtools3.0教學輔助平臺設計多個學習任務節(jié)點，方便學生自主學習，支持學生在“Python自動閱卷”模塊自行上傳代碼、提交作業(yè)。該平臺具有存儲課堂作業(yè)、留痕學習過程數(shù)據(jù)等功能，方便教師對作業(yè)進行逐一或批量化批改、點評，實現(xiàn)課堂作業(yè)上交、批改、反饋的閉環(huán)，解決了信息科技課堂長期以來的作業(yè)收集難題，使教學活動、教學評價環(huán)節(jié)更加高效。（六）課堂小結本節(jié)課的重點在于教會學生使用自定義函數(shù)實現(xiàn)程序代碼的可復用，從而實現(xiàn)程序代碼結構的優(yōu)化。通過課堂實踐和評價，學生已初步掌握函數(shù)的定義及函數(shù)的調(diào)用。但是對于Python編程學習來說，學生僅僅掌握自定義函數(shù)還遠遠不夠，Python編程語言極具開放性，擁有大量的第三方庫，因此，學生不僅要學會使用自定義函數(shù)編程，還應善于使用Python標準庫函數(shù)及豐富的第三方庫編程，提升