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
1.Python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，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。
什么编程课比较好
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<b③a==b对于①②两种情况需要继续输入b；对于③种情况，按要求输入信息并结束程序。”在这一环节，对while语句的一般格式进行运用，学生明确在解决不确定的重复性问题中应用while语句进行解决。通过这一环节培养学生计算思维中抽象和问题分解能力。
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。

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