基于计算思维培养的“python选择结构”教学设计

汪慧

【摘要】计算思维可以让学生从多元化的视角用信息技术学科思维方式理解信息世界，进一步推动信息技术课程的改革与重构。根据python程序设计课程的特点，将python程序设计的理论与计算思维的原理有机结合起来，并把计算思维中一系列方法运用到课堂教学的各个环节中，可以有效地培养学生的计算思维，提高学生的信息素养。

【关键词】计算思维;python;程序设计

新课标指出：“计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题，抽象特征，建立结构模型，合理组织数据;通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案;总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题解决中。”[1]这里特别突出了计算思维的重要性并对其提出了具体要求。初中信息技术课程中该如何通过编程教学体现计算思维呢？我们以华中科技大学出版社初中信息技术八年级“Python选择结构”为例进行了初步探讨。

【基于计算思维培养的教学设计案例】

Kuster等理解的计算机思维内涵是数据分析、算法设计与实现，以及数学建模的一个综合体。这个综合体不是一蹴而就的，而是一个循序渐进的过程，需要有针对性地对课堂教学加以培养。我们设计了一节以计算思维的培养为导向的教学案例——身体质量指数BMI。

本节课的教学流程大致分为以下几个阶段。

一、明确任务

任务：编写一个根据体重和身高计算BMI值的程序，并同时输出国际和国内的BMI指标建议值。

学生活动一：分组完成表格1，了解并记录本组成员的体重、身高。阅读资料了解BMI的基本指标。

了解BMI的基本指标。BMI通过人体体重和身高两个数值获得相对客观的参数，并用这个参数所处范围衡量身体质量。BMI的定义如下：

BMI=体重（kg）/身高的平方（m2）

例如：一个人身高1.78米，体重78公斤，他的BMI值为23.67。

BMI值可以客观地衡量个人的肥胖程度或者说健康程度。世界卫生组织（WHO）根据对全球人口体重的统计认为，BMI值低于18.5kg/m2时属于“过轻”，表明个体可能營养不良或饮食无法保障;BMI值高于25m2时属于“过重”。

二、分析问题，建立数学模型

学生活动二：将文字材料分析成能用计算机处理的数学问题，并列出IPO描述。

输入：身高和体重值。

处理：计算BMI值，并根据BMI指标分类找到合适分类。

输出：打印指标分类信息。

计算思维：通过输入、处理、输出对问题进行分析，化难为易，将一个衡量个人健康程度的问题分解成简单的计算与数据对比问题，从而使学生找到解决问题的思路，建立数学模型。

三、确定数据结构和算法

采用if-elif-else多分支结构对BMI数值按照不同区间范围进行分类。

学生活动三：了解三种分支语句，从单分支语句开始判断，找出最合适的判断语句，根据判断语句，分析BMI区间值判断个人健康程度，思考表2国际标准、国内标准如何同步。

判断表2中的4种情况，是并列的关系，可以使用多分支语if -elif-else来写代码。

计算思维：计算思维是用来解答问题的，它将实际生活中的问题以抽象化和程序化的形式表示出来。在程序设计课程的教学过程中，要注意培养学生依据已有知识体系提出问题、解决问题的能力[2]。本例采用问题分解法，先将问题分解成国际标准和国内标准两项，再将国际标准中4种情况的关系找出来，转化成4个小问题，找出合适的语句，将一个复杂问题分解成几个问题，再细分成一个个具体的小问题，用学生已有的知识体系解决复杂问题。

四、算法实现

学生活动四：根据数学模型，将任务适当分解为子任务，根据算法分析选择多分支语if-elif-else书写代码。

计算思维：①分解——分解是对整体任务进行合理的功能模块划分，将总任务分解成可以单独解决、独立开发的子任务，减少一次要处理的任务负荷，使复杂的问题得到较容易的解决。在算法实现的过程中采用分解思维，将总任务分解为两个子任务：国际标准、国内标准。找出4种情况的关系，选择合适语句写出代码。②算法思维——算法是一系列的计算步骤，用来将输入数据转换成输出结果，是计算机问题求解中非常重要的步骤，在分析清楚问题后，需要通过设计算法把问题的数学模型或处理需求转化为使用计算机解题步骤，然后将算法实现为程序，最后在计算机上运行，从而得到问题的解。把算法理解透彻，成为习惯思维，自然而然地就成为计算思维。③评估——确保当前的解决方案是最优的。比较实例代码BMIv1和实例代码BMIv2可以看到if语句的运用主要与程序编写者对问题的理解及算法设计有关，采用一组if语句将两套BMI指标融合在一起，实际上是算法的改变。程序的简洁性和可读性都比更少的代码行数重要。这里，评估BMIv1的方式编写程序为最优方案。

五、程序调试

学生活动五：运行程序，搜集数据，填写表格1《学生健康情况》，并对学生健康情况进行分析，找出其规律。

计算思维：学生通过算法实现程序，并由程序的自动执行来搜集数据。

本教学活动设计紧紧围绕计算思维的操作性定义和编程的四个基本步骤展开，从当前最受关注的健康问题说起，引导学生思考如何利用计算机来解决问题。通过主动、有意识地将计算思维培养融入教学的各个环节，不仅有利于学生理解程序设计的方式和方法，而且有利于学生运用计算机学科的独特思维来求解专业问题，培养学生面向未来发展的能力。只有当计算思维成为一种本质的、所有人都具备的思维方式，使计算思维成为人类活动的整体，才能激发人们对科学探索的兴趣，使计算思维成为一种常识。作为提升学生信息素养的中小学信息技术课程，也应该承担起计算思维培养的重任[3]。

【参考文献】

[1]教育部基础教育课程教材专家工作委员会，普通高中课程标准修订组.普通高中信息技术课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]丁金凤，李英梅，徐建山，等.基于计算思维的程序设计类课程教学实践[J].计算机教育，2012（15）：65-68.

[3]王荣良.计算思维对中小学信息技术课程的影响初探[J].中国教育技术装备，2012（27）.