python实现搜索关键词_【优秀成果】如何做好算法与程序实现教学的知识储备

【摘要】《普通高中信息技术课程标准》(2017版)将算法与程序实现作为必修模块一的主要内容&＃xff0c;并融入到多个单元和模块中。大部分教师缺少相应的知识储备&＃xff0c;需要及时补充。本文结合笔者近3年的教学实践和学习&＃xff0c;从课程标准研读、教材梳理挖掘、教学范例拓展、学科核心素养提升等方面&＃xff0c;阐述了进行算法与程序实现教学应该具备的知识储备及提升方法。

随着《普通高中信息技术课程标准》(2017版)(以下简称课标)的颁布&＃xff0c;以及高中信息技术新教材的审读试教活动的开展和定稿发行&＃xff0c;高中信息技术学科新一轮课程改革的内容已经明确。相比上一轮课标和教材变化显著&＃xff0c;其主要表现之一&＃xff1a;必修模块一《数据与计算》中将算法与程序实现作为重点&＃xff0c;其内容的广度和深度都远高于上一轮的课标要求。最大的变化是&＃xff0c;新一轮教材所采用编程语言为Python&＃xff0c;这是大部分教师没有学习过的纯代码编程语言。面对变化&＃xff0c;信息技术教师要及时的补充专业知识&＃xff0c;才能开展正常的教学活动。由于算法和Python语言涉及的知识非常广泛&＃xff0c;教师应该学习哪些内容&＃xff1f;达到什么程度&＃xff1f;如何学习&＃xff1f;是信息技术教师面对的主要问题。

笔者从2017年开始学习Python编程语言&＃xff0c;同时开始教学尝试。经过四届学生的教学实践和不断的学习&＃xff0c;参加某出版社教材审读试教和教参编写&＃xff0c;主讲多次市级专题培训讲座之后&＃xff0c;认为信息技术教师可以从以下几方面做好知识储备。

课标从内容要求、教学提示和学业要求等方面&＃xff0c;对算法与程序实现提出了要求和建议。我们可以从中提炼出本学科学习的方向&＃xff0c;明确学习的知识框架。

例如&＃xff0c;从内容要求中“掌握一种程序设计语言的基本知识&＃xff0c;使用程序设计语言实现简单算法。”这句话&＃xff0c;我们可以提炼出“程序设计语言的基本知识哪些呢&＃xff1f;在Python中对应的内容是什么&＃xff1f;”、“简单算法包括哪些内容&＃xff1f;如何用Python实现相应的算法呢&＃xff1f;”

再如&＃xff0c;从教学提示中“通过编程实现枚举法中的‘百钱买百鸡’等经典案例&＃xff0c;体验程序设计的基本过程&＃xff0c;学习程序设计的基本方法。”这句话&＃xff0c;我们可以提炼出“其他的枚举算法经典案例是什么&＃xff1f;用Python如何实现呢&＃xff1f;”、“枚举算法之外的简单算法和经典案例是什么&＃xff1f;用Python如何实现呢&＃xff1f;”“程序设计的基本过程和基本方法是什么呢&＃xff1f;”

通过这样细致的研读课标&＃xff0c;提炼出具体的问题&＃xff0c;便可以明确应该储备知识的框架。然后按照这个框架&＃xff0c;明确学习的方向性知识。

从课标征求意见稿发布到新版教材发行&＃xff0c;周期很长。笔者按照这种方法确定学习框架和方向后&＃xff0c;通过购买书籍、选修网络课程、关注微信公众号等方式进行自主学习。并做到围绕框架&＃xff0c;控制学习范围&＃xff0c;使学习目标明确。

这种方法一般用在教材发行之前。在新版教材发行之后&＃xff0c;教师可以以此为依据&＃xff0c;有针对性的在教材中寻找答案&＃xff0c;以便更好的分析教材使用教材。

对课标的研读只能明确学习的框架和方向&＃xff0c;并不能准确的确定学习内容和深度。而教材是对课标较为精准的解读和具体化呈现&＃xff0c;因此熟读教材梳理知识点&＃xff0c;便能够明确具体的学习内容和深度。

不同出版社的教材有不同的风格和定位&＃xff0c;在具体的内容组织上会有所差异。例如某版教材将知识全部融入到项目中&＃xff0c;在做中学&＃xff1b;另一版教材先提出项目&＃xff0c;再介绍知识&＃xff0c;最后利用知识完成项目。某版教材涉及turtle、time、math、sinomaps、jieba等5个模块&＃xff1b;另一版教材涉及math、random和Image等3个模块……教师可将多个版本教材利用思维导图梳理知识点&＃xff0c;进行对比综合&＃xff0c;形成知识脉络图&＃xff0c;进而针对性的学习&＃xff0c;增加教学知识储备。

例如&＃xff0c;通过这种方式&＃xff0c;笔者发现学习Python时需着重关注in操作符、列表和字典等序列类型及模块的应用。这是Python区别于其它编程语言的主要内容。例如&＃xff0c;图1所示是使用in操作符和列表判断生字的小程序&＃xff0c;“ok_word”是一个存放学过的字的列表&＃xff0c;“if i in ok_word”表示如果“ok_word”列表中存在“i”。这种用法非常简洁的实现了在c&＃43;&＃43;等其他编程语言中需要使用循环遍历才能实现的功能。

图1 in操作符和列表应用

三、挖掘教材&＃xff0c;储备适应学生个性化需求的知识

课标提倡项目学习&＃xff0c;教材中的范例多是基于生活情境的小项目&＃xff0c;这些小项目一般具有一定的挖掘空间。例如&＃xff0c;笔者看到某版教材中的范例“最强大脑”游戏时&＃xff0c;第一反应是应该增加“如果输入超时便结束游戏”的功能。为了实现这个功能&＃xff0c;笔者利用网络搜索、求助技术高手等方法&＃xff0c;花费了很多精力&＃xff0c;仍未解决。最后在阅读某公众号的一篇文章时&＃xff0c;偶然发现了解决问题的方法。这个经历使笔者知道了shell和命令行下运行Python代码可能得到不同的结果&＃xff1b;知道还有sys、msvcrt等模块可能会在教学中用到&＃xff1b;知道了print()命令flush参数的作用等Python知识。这些知识是教材没有直接体现的&＃xff0c;如果不进行教材范例的挖掘是无法发现的。

虽然挖掘教材范例需要的知识不是教学必备的&＃xff0c;但却可以在解决学生层次差异、引导学生深入学习、激发学生学习兴趣、预防课堂“尴尬”等方面发挥一定的作用。试想如果学生提出类似的问题&＃xff0c;而教师毫无知识储备会怎样呢&＃xff1f;这部分的知识储备有一定的不确定性和难度。需要教师在准备教学时充分考虑提前准备&＃xff0c;也需要关注学生课堂上提出的问题不断积累&＃xff0c;以满足学生的个性化需求。

四、拓展教材&＃xff0c;储备提升学科魅力的知识

教学的重要目标之一是在学生心中种下一粒种子&＃xff0c;使其慢慢发芽、生根、长大、开花、结果。这粒种子需要使用一些“魅力”知识来播种。而“魅力”知识仅从教材中获得是不够的&＃xff0c;需要教师进行拓展。

例如&＃xff0c;图2和图3是笔者搜索整理的求解非线性方程组和绘制3D等高线的代码及运行结果图。两个例子分别涉及数学学科和地理学科知识&＃xff0c;一文一理相得益彰。短短的十几行代码就能够解决较为复杂的学科问题&＃xff0c;对学生的触动是可想而知的。“我将来不学计算机专业&＃xff0c;不需要学这个”的想法会淡化。“这个可能对我将来的专业学习有用”的想法会萌发。如果教师能够“轻而易举”的给学生呈现这样的跨学科应用范例&＃xff0c;那粒种子一定会深深的植入学生心田。

图2 求解非线性方程组

图3 绘制3D等高线

这方面的知识储备需要在具备前面的知识储备后&＃xff0c;在充分利用专业技术社区等网络资源寻找范例、阅读代码、修改代码的过程中逐步提升。

储备这些知识时需要注意&＃xff0c;教材是教学的重要依据。尽管由于种种原因教材的范例不尽如人意&＃xff0c;但教材所承载的知识、思维和理念是源自课标的。教师在修改范例甚至自行设计范例时&＃xff0c;不能脱离这三方面内容。同时要牢记&＃xff0c;算法与程序实现的教学核心不在语法&＃xff0c;也不在算法&＃xff0c;在思维。算法是思维的表现&＃xff0c;语法是实现算法的工具。

信息技术学科的核心素养不仅是培养学生的目标&＃xff0c;更是教师必须具备的素养。教师如果具有较强的资源搜索能力进行数字化学习&＃xff0c;通过敏感的信息意识从中筛选出适合的资源&＃xff1b;能够运用计算思维解决搜索和学习过程中的困难&＃xff1b;能够创新性的应用各种工具&＃xff0c;提升学习效率&＃xff1b;能够学会分享并遵守资源交流共享的规则&＃xff0c;承担信息社会责任等&＃xff0c;将利于教师学习能力的提升。

例如&＃xff0c;笔者在教学中发现&＃xff0c;Python自带的编辑器IDLE存在纯英文界面、行号不明显、调整显示不方便等不利于教学的问题。尝试了Jupyter、PyCharm等编辑器&＃xff0c;能解决问题的同时也带来了安装配置难、界面复杂等更不利于教学的新问题。在寻找更合适的编辑器时&＃xff0c;敏锐的信息意识使笔者从无意中看到的“谁不喜欢硬件、闪烁的LED、传感器&＃xff0c;使用Mu&＃xff0c;一个老少咸宜、用户友好的编辑器?”这句话中&＃xff0c;发现了Mu这个关键词。但是网络搜索结果却指向了一款游戏&＃xff0c;通过运用计算思维不断的调整搜索关键词&＃xff0c;才找到官方下载地址。在使用中发现Mu编辑器果然能够很好解决使用IDLE编辑器遇到的问题(见图4)&＃xff0c;更适合初学者学习使用&＃xff0c;尤为适合教学&＃xff0c;但也发现安装新模块时存在的困难。通过数字化学习&＃xff0c;创新性的研究出解决方法(见图5)。并撰写文章&＃xff0c;通过公众号分享给更多的老师&＃xff0c;尽自己的社会责任。

图4 MU和IDLE编辑器主界面对比

方法1&＃xff1a;使用pip命令

方法2&＃xff1a;复制IDLE模块文件

图5 MU安装新模块的方法

再如&＃xff0c;基于“一个人走得很快&＃xff0c;一群人走得更远。”的认识&＃xff0c;笔者加入了一些Python学习交流群&＃xff0c;受益良多。但同时发现这些群探讨的方向有些杂乱&＃xff0c;内容大多超出了教学所需&＃xff0c;不利于高中教师教学知识储备的提升。便组建了“高中Python教学交流群”&＃xff0c;专门探讨交流和高中教学密切相关的内容&＃xff0c;并拓展到整个高中信息技术课程教学的研讨。同时&＃xff0c;为了使共享资源更有针对性&＃xff0c;更好的尊重资源拥有者&＃xff0c;遵守知识产权相应规定&＃xff0c;承担信息社会责任。创建了《高中Python教学资源交流共享协议(HSPT-RESP)》&＃xff0c;提出了“我们不做网络资源的搬运工&＃xff0c;我们做资源整理的知识分享者&＃xff0c;我们做资源交流的守则者”的理念。通过这种方式&＃xff0c;获得了优质学习资源&＃xff0c;拓宽了视野。在不断的交流碰撞中&＃xff0c;学习能力和学习成效都得到很大提升。

总之&＃xff0c;储备算法与程序实现教学知识的过程不是一蹴而就的。教师需要立足课标&＃xff0c;依托教材&＃xff0c;从教学需求出发&＃xff0c;明确方向&＃xff0c;充分利用信息技术手段循序渐进、有的放矢的进行。

作者单位&＃xff1a;哈尔滨市第三中学校

注:本文是哈尔滨市教育学会“十三五”教育科学规划重点课题《普通高中算法与程序实现单元教学实践研究》(课题编号&＃xff1a;HXHXZ-135-001)研究成果。曾发表在笔者个人微信公众号“行走路上”和《中国信息技术教育》杂志2020年8月刊&＃xff0c;本文有修改。

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