基于信息科技课标指导的程序设计教法探究

钱文静 江苏省苏州市振华中学校

顾卫（通讯作者） 江苏省苏州市第二十四中学校

在信息科技课程教学中，程序设计是十分重要的学习内容，它是开拓学生计算思维能力、掌握创新实践技能是不可或缺的部分，更是培育学生运用多学科知识开展创意智造的重要基础。因此，如何有效开展教学，一直是教师关注的重点。但仅依照教材上程序设计章节展开教学，常常是教师教得累、学生学得乏，原因在于教学内容枯燥。

那么，能否通过重组学科教材、重塑教学形态、重建学习方式、重述学程目标来扭转程序设计教学面临的窘境呢？为此，笔者在《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）的指导下，结合教学经验，尝试将程序设计、学生机器人、物联网与“创意智造”实践课程等知识进行教材重组，获得了较好的成效。

● 教法创新，从课内到课外实施多学科知识交叉融合

在以往的程序设计教学中，教师常以知识点为源选取案例组织教学，但教材中的案例是为教编程而准备的，学生通过机械模仿来完成学习任务，往往缺乏主动思考意愿和对知识点迁移运用能力。新课标强调“真实性学习”。为此，笔者引入Arduino开源系统软硬件，将学习内容与学生生活相结合，构建真实性学习情境，在实践过程中建构知识，教会学生解决问题的方法。

例如，笔者以学生们熟悉的小区“人脸识别门禁”为切入点，构建自动门程序设计项目。由于所构情境符合众多学生的求知需求，所以，当引入人工智能视觉传感器（简称“二哈识图”）知识时，很快获得学生的响应，虽然人脸识别原理与操作过程复杂，但是借助开源硬件二哈识图和LED显屏，识别技能很快被学生掌握。在实验指导书辅助下，学生经过反复测试学会了以下编程技术：①当二哈识图没有识别到人时，无显示；②当识别到内部人员时，显示“自己人”；③当识别到外来人员时，显示“陌生人”。若用舵机旋转角度表示开门、关门状态，以此替代屏显提示，那么学习目标已不再是单纯地让学生学会程序设计，还应该让学生认识到学的意义与项目落地的方法。

新冠疫情的发生，影响了人们的出游。有学生提议可否制作一个智能导游的“云”作品，这样想去哪里，就让二哈识图识别景点图片，结合实时模式，在地图上显示出景点位置并链动语音播报功能对景点景色进行详细介绍。同样，若将苏州传统美食名店推介给外地游客，岂不是更妙？的确是一个好主意！学生们你一言我一语，说干就干，三周之后，一个“云游苏州”创意作品在教师辅导下诞生了。

● 工具遴选，提供适切学习环境让更多学生参与体验

新课标提出数字化学习与创新是信息科技课程所要培养的核心素养之一，提倡开展探究，用合适的数字设备进行创新创造活动，高效地解决问题。[1]

但是，在众多的程序设计工具中，寻找到能适合初中段学生认知水平且可实现大班化教学的编程工具绝非易事。Mind+是一款拥有自主知识产权的国产青少年编程软件，支持Arduino、Micro:bit、掌控板等上百种智能开源硬件。积木化的编程环境，为学生“直观”编程提供了易上手的平台，Mind+提供的由图形化状态过渡到纯代码的编辑功能，又为后期有潜在学习能力的学生提供了可拓展的途径。

因此，为适应不同基础条件的学生学习需求，笔者提供了不同的学习梯度。梯度一：借助Micro:bit主控板、掌控板和加速度计，磁力计、温度、光线、蓝牙等板载传感器开展编程教学。梯度二：借助与Micro:bit主控板类似的Arduino主控板开展教学，利用其扩展板接口比Micro:bit强的优点，连接更多传感器、执行器，完成较复杂项目的实验。

例如，在制作提醒老人按时吃药的“辅助服药”智能项目中，笔者根据学生能力，设置不同目标任务。目标一：制作一个定时服药的提醒功能，到设定时间，在点阵屏上显示服药提醒。设备选用：Micro:bit主控板。目标二：在目标一的基础上，到设定时间，使用语音合成模块播报提醒药名和药量。设备选用：Micro:bit主控板+扩展板，加接语音合成模块。目标三：在目标二的基础上，到设定时间，除语音播报提醒服药的药名外，老人还可将药品盒子通过二哈识图识别拿药是否正确，如果正确，则继续播报服用剂量，否则提示拿错了，需更换。设备选用：Micro:bit主控板+扩展板或Arduino主控板+扩展板，再加接人工智能视觉传感器。

程序功能可以不断迭代、不断完善，对不同能力的学生，设置不同的层次目标，既能让基础相对较弱的学生不失去信心，有事可做，有项目可研，也能让基础较好的学生找到适合舞台施展拳脚，从而使每一位学生在“既动脑又动手”实践中学得、习得、有所得。

● 支架配置，引导学生由想学到思学直至会学以致用

信息科技学科课标主张由知识导向转为素养导向，由偏重技术转向“科”“技”并重。[2]因此，程序设计教学不再是仅教会学生掌握语法格式，会编几个小程序，会用几种软件，而是注重让学生理解科学原理，体验用程序设计技术来探究问题解决的方法，最终内化为自己的认知并验证所做的猜想。所以，搭好支架帮助学生掌握用程序设计方法解决问题，触类旁通地学会知识应用迁移也就十分有意义了。

以最常见的照明灯为例，笔者运用如下支架展开教学，一步步引导学生学习技能。

支架一：“每当夜幕降临，校园里的路灯就亮起来了，这些灯每天是怎样进行开/关控制的呢？”学生根据生活经验，不难得出控制灯的方式有人为或自动。在此，笔者以光控灯为例，引导学生分析其工作原理和实现方式，并用程序设计语言模拟其效果。由于单纯用代码展示难以让学生获得真实感受，笔者便结合开源硬件（主板+光线传感器+LED灯），让学生读取光线强度的值，通过对光线强度的判断，决定LED灯亮或灭，以此实现对灯的控制。

支架二：“校园里的路灯一般是光控的，楼道里的灯大都是声控或红外感应的，用开源系统软硬件是否也能通过编程模拟实现呢？”学生发现，不论是声控灯还是红外感应灯，原理与光控灯几乎是一样的，所以在光控灯的基础上，换成声音传感器或人体红外线传感器，简单修改代码即实现声控灯或红外感应灯。

支架三：“光控灯，光线不足就会自动开灯；声控灯，检测到声音灯便亮，如果以上两种情况下都没有人经过，是否会出现资源浪费的现象？”经过分析，学生认为可以将两种或三种控制方式结合起来使用，如“光线不足+声音大+有人经过”时灯才亮，这样既节约了资源，也符合现实生活中的真实需要。

看似一个“复杂”的实用问题，在数个教学支架的引导下，学生不仅学会了分析，理解了原理，更是找到了问题解决方案。借助支架辅助，学生越干越有劲，越学越上瘾，充分体现了新课标的思想：学生在掌握技术的同时，也要了解科学原理，只有掌握了科学原理，才能更好地用技术创造新生活。[1]

● 综合评价，从学到做从做到创全面夯实教学效果

教学成效评价是程序设计课程的难点，依照新课标指导，教学成效评价以学科素养为依据，坚持过程性评价与终结性评价相结合原则。[1]对此，笔者将终结性评价安排在学期末进行，占比60%，过程性评价在平时学习活动中展开，占比40%，采用多元评价机制跟踪学生的学习过程，及时反馈学习状况，从而实现综合评价学生学习行为的目的。

（1）终结性评价：由教师提供可选择的项目，学生作业以作品或研究报告的形式呈现，学生可通过项目“答辩”或成果汇报形式，对作品从创新性（20%）、结构性（10%）、规范性（10%）、艺术性（10%）、实用性（10%）方面进行展示。计分采用学生自评、同伴互评和教师点评三者结合的方式进行。根据大家共同制订的评价量表规则，学生在客观自评的同时，用“欣赏+挑剔”的眼光给他人的作品打分，在经过自评、互评和教师点评之后，每位学生既获得了较客观的评价分，也可从中发现各自存在的不足，更重要是从同伴的成果中获得可汲取的经验。

（2）过程性评价：主要考核与检测学生在平时课堂上的学习态度或实践活动中的表现。例如，可以结合每节课的教学目标，采用单选、判断、多选、简答等理论型的题目进行快速的随堂小测，也可以在项目实验过程中考察学生团队合作与动手实践能力等，从而达到对每位学生学习状况的了解，以便实施分层辅导及为后续课程教学提供依据。

由此可见，这样的评价不只关注课堂任务的完成情况，更关注学生用学科知识自主分析问题、解决问题的能力，将核心素养培育落实每一节课、每一次实验之中。

在新课标的促进下，笔者所在学校程序设计教法改革初见成效，广大学生现在不仅喜欢上程序设计课，更是将学习的内容与智能应用、创意智造实践活动结合了起来，在国家、省级各类赛事中获得了不错的成绩。