自制教具在高一编程教学中的案例研究

陈英

[摘   要]随着《新一代人工智能发展规划》文件的颁布，我国吹响了抢占人工智能全球制高点的号角。教育部颁布的2017年版新课标，大幅提升了在编程、计算机思维、算法等方面的思维要求。如何上好高中编程课，如何培养学生的计算机思维，关键在提高课堂有效性。抓手何在？教师可以在教具上做文章。

[关键词]自制教具;高一;编程教学;案例研究

[中图分类号]    G633.67        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）30-0062-02

一、新课改背景下教具的价值确认

随着《新一代人工智能发展规划》文件的颁布，我国吹响了抢占人工智能全球制高点的号角。该规划指出，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。2018年1月，教育部颁布2017版新课标，其大幅降低了对基本软件使用的要求，大幅提升了在编程、计算机思维、算法等方面的思维要求。

如何上好高中编程课？如何培养学生的计算机思维？关键在提高课堂有效性。而如何构建高效课堂，关键在“四到”，即眼到、口到、手到、心到。

如何开启深度学习模式？抓手何在？教师或许可以在教具上做文章。

1.丰富教材，提升教师素养的添加剂

广义的教材，包括课本及与课程有关的丰富的学习资源，从形式上看，有纸质的，也有数字的;从内容上看，有课程内的，也有课程外的;从开发主体看，有专家的，也有教师的。蒙氏数学通过“游戏”让孩子对复杂、抽象的数学产生浓浓的兴趣，其抓手就是丰富的教具资源。而教师要设计这样高效的教具，必须具备扎实的学科基本功和学科素养。只有对本学科的关键知识点、大概念信手拈来，才能设计出大道至简的教具。

2.点亮课堂，激发学生兴趣的催化剂

良好的开端，是成功的一半。兴趣是学生最好的老师。只有上课后5分钟，牢牢抓住学生的眼睛、耳朵、嘴巴，才能最大限度地激发学生的学习兴趣，为后续学习助力。自制教具结合学生身边的问题，利用生活中常见材料进行教学活动，取材容易，制作简单，生动有趣，能自然地引起学生浓厚的兴趣，激发他们的探究欲望。

3.突破难点，破解学习障碍的助推剂

在教学实践中，很多知识点的概念和特征都非常抽象，通过传统的讲授方法很难让学生真正理解。如何突破教学难点？我们必须另辟新径，让知识点自己“说话”。教师可采用各种手段化抽象為直观，让学生在轻松愉快的学习氛围中，不知不觉地掌握了核心知识点。

二、高一编程教学之“困”

笔者曾对高一两个班的学生进行了编程学习方面的问卷调查，共回收有效问卷74份，其结果如下：

从题1和题5可以看出，对于编程学习，学生有较强的学习内驱力，也能意识到编程学习对自身计算机思维等方面的重要作用。

从题2可以看出，学生更倾向于探究和讨论后的“顿悟”和“理解”。在编程教学中，教师的作用是“启”和“发”，学习活动的主体是学生。

题3和题4反映出在编程学习中，学生想学，但存在较大的困难，呈现出明显的矛盾心理：思考不动，教师讲解，模仿为主;自己探究，能力不够，失败居多。

要解决上述问题，路在何方？教师又该如何作为？也许可以在“启发”教学上下功夫！

三、自制教具在高一编程教学中的应用案例

在编程教学中，使用自制教具提升课堂的有效性，从使用目标上看，大致可以分为以下三种情况：一为激趣导入类;二为过程演示类;三为推理验证类。

案例1：二进制猜数字游戏类教具

1.设计意图

猜数字游戏主要演示二进制—十进制的转换过程，将抽象问题形象化。设计4张卡片，游戏者随机选择0—15中的任意一个数字，只回答4个问题，你就能猜出他选择的数字。

2.游戏规则

卡片4—1从左到右依次放置。

请游戏者从0 —15之间任选一个数字，不要告诉猜数者，并依次回答4个问题：

（1）是否在卡片4中，在则卡片上放置1，不在则放置0

（2）是否在卡片3中，在则卡片上放置1，不在则放置0

（3）是否在卡片2中，在则卡片上放置1，不在则放置0

（4）是否在卡片1中，在则卡片上放置1，不在则放置0

答案对照表（卡片4 —1）：

0000—00100—41000—8  1100—12

0001—10101—51001—9  1101—13

0010—20110—61010—10     1110—14

0011—30111—71011—11     1111—15

3.使用说明

假设游戏者选的是10，必然回答如下：

在卡片4中，猜数者在卡片4下放置1;不在卡片3中，猜数者在卡片3下放置0。

在卡片2中，猜数者在卡片2下放置1;不在卡片1中，猜数者在卡片1下放置0。

如下图所示：

猜数者很快猜出，游戏者默选的数字是10。

4.教学后记

在使用二进制游戏教具后，学生的学习兴趣和专注度有所提高，对后续学习也有助益。

案例2：冒泡排序程序过程演示教具

1.设计意图

冒泡排序是编程学习中的基础和难点，主要考查学生对数组和双重循环的理解和运用。传统教法，以教师讲授为主，学生参与度不高，最后的结果是听得懂但不会写。如果自制简单教具，将冒泡排序的过程完整展现，对学生理解冒泡排序的思想和程序实现必将很有帮助。

2.使用说明

打开“冒泡排序.xls”，启用宏，单击“创建”按钮随机产生6个0 — 9的数，单击“第一轮”，直观演示一轮排序，找出最大数，并将其放置到数组末尾的过程。单击“第二轮”再次呈现在剩余5个数中，找出最大数，并将其放置到数组末尾的过程。整个数组经过5轮，最后实现6个数从小到大的排序。

3.教学后记

通过这个自制教具，学生对冒泡排序的核心思想有了较为深刻的理解，能够比较轻松地完成内层排序，最终，在教师的层层启发下，实现冒泡排序的核心代码。

案例3：字符匹配程序推理验证教具

1.设计意图

遍历是数组题知识点的基本技法。通过循环和判断的密切配合，可以解决生活中大批量的数据匹配问题。教师可使用简单材料自制教具，对该算法进行推理验证。

使用硬纸卡模拟Text1中的源字符串，Text2中存放待匹配字符，Text3中显示待匹配字符的个数。

2.使用说明

师：请同学们思考解决该问题的算法，尝试用自己的語言表述出来。

生：从头到尾一个一个取字符，与Text2中的待匹配字符比对，若相同则将计数器加1。

师：根据同学们的思路，我们使用小卡片来模拟验证一下该算法的可信性和正确性。

启用小哨兵i，初始位置在第1个位置，对应字符为“A”，与Text2中的待匹配字符比对相同，计数器K+1，小哨兵后移到第2位，不匹配，后移到第3位，不匹配，后移到第4位，不匹配，后移到第5位，匹配，计数器K+1，匹配结束！最终计数器K=2，K的值即为匹配字符个数，验证完毕，该算法可行。

3.教学后记

利用自制教具模拟问题解决的完整过程，一则，可将“思维可视化”，帮助学生更好地理解和解决问题;二则，可对算法进行模拟验算，从而验证算法的正确性和有效性;三则，学生和教师在模拟验算的过程中，获得了新的体验和启发。

总之，要上好高中编程课，培养学生的计算机思维，关键在于提升课堂有效性，通过各种途径促进学生深度学习，让理解真正发生。

[  参   考   文   献  ]

格兰特·威金斯，杰伊·麦克泰格.追求理解的教学设计[M].上海：华东师范大学出版社，2017.

（责任编辑 柳   紫）