指向计算思维发展的Python语言跨学段衔接教学实证研究

摘要：本文深入探讨了中小学信息科技课程中Python语言教育对学生计算思维培养的影响，提出了Python语言在小初高不同学段的教学建议，以及以计算思维为主线的教学支持策略，并以《计算机解决问题的过程》一课为例进行具体阐述。

关键词：Python语言；计算思维；跨学段衔接；教学实证

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）20-0000-03

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）[1]提出的核心素养与高中阶段的信息技术学科核心素养保持了一致性，新课标对核心素养在不同教育阶段的具体表现也进行了明确。计算思维是信息技术学科核心素养的一个重要组成部分[2]，其核心要素包括分解、模式识别、抽象、算法设计、建模、调试和泛化。编程语言是计算思维培养的有效载体，在众多编程语言中，Python因具有易入门、重算法、轻语法以及强大的库支持等优点，为解决复杂问题提供了便利，所以，非常适合在小学、初中和高中三个学段开展教学。

Python语言在不同学段的教学建议

①小学阶段，小学低年级应进行图形化编程的实训和积木思维，在小学高年级引入Python语言，应聚焦于激发学生的兴趣，通过使用游戏化和故事化教学，教授基础编程概念，如序列、循环和条件判断。同时，鼓励学生动手实践，通过使用Python控制机器人或制作动画，以及设计跨学科项目，将编程与数学、艺术等学科结合，体验Python程序的高效性。

②初中阶段，建议Python语言的教学转向更加系统化的知识传授，包括Python的基本语法等。通过问题解决导向的项目，鼓励学生应用Python解决实际问题，培养他们的批判性思维和团队合作能力。此外，探索Python在不同领域的应用，如科学计算和数据分析，可以拓宽学生的视野，并为高中阶段的深入学习打下基础。

③高中阶段，Python语言的教学应深入到高级编程概念，如面向对象编程、异常处理、模块化编程及基础算法阶段，同时鼓励学生参与开源项目和个人项目开发，提升编程实践能力。进一步拓展跨学科应用，让学生了解Python在科学研究和工程实践中的重要性。通过参与编程竞赛和挑战，提高学生解决复杂问题的能力。

通过分学段的教学，可以使学生在不同学习阶段获得适宜的Python语言教育，奠定编程基础，并培养计算思维能力，提升核心素养。

指向计算思维培养的中小学Python语言教学流程及教学策略

1.计算思维培养教学流程设计

笔者通过研究分析，并结T2/qXNhdqO0B+FmQdynKRQ==合实践，将指向计算思维培养的中小学Python语言教学流程设计为五个环节：①融合生活，确定项目。②分析项目，制订计划。③科学探究，合作学习。④项目实践，编程设计。⑤分享交流，评价总结。

2.计算思维培养教学策略构建

笔者对计算思维培养的具体维度进行细化，构建出计算思维培养的教学策略：①创设多样化且真实的项目情境。②注重教师的启发引导作用。③有机结合自主学习和小组合作。④提供优质且多样化的学习资源。⑤充分利用可视化认知工具。⑥计算思维评价方式的多元化。

Python语言助力学生计算思维发展的效度验证

下面，笔者以高中信息技术必修1第二单元“编程计算”中的《计算机解决问题的过程》一课为例，对Python语言助力学生计算思维发展进行效度验证。

本课的教学目标为：①了解计算机解决问题的过程；②了解流程图的规范表示方法，学会使用自然语言和流程图描述算法；③了解算法的三种基本结构。学生在小学、初中阶段经过系统学习，已经熟练掌握了Python语言的基本语法，学会了用Python语言解决实际问题的方法，为高中阶段在Python语言项目实施中锻炼和培养计算思维奠定了坚实的基础。笔者以“360健康助手功能设计”为主题，通过项目引入、项目分析、编程实现、项目评估等教学流程，在问题解决过程中培养学生分解、抽象、建模、算法设计、评估等计算思维能力。通过本课的抽样实施，结合样本实证及调研量表数据反馈，进一步证实Python语言对计算思维培养的助力。

1.项目引入（情境导入）

笔者引导学生通过查看360安全卫士中的健康助手，检验健康助手的功能，并以其中的功能——“定时休息”为研究对象。

2.项目分析

活动1：健康助手“定时休息”功能。

笔者引导学生认识定时休息功能，让学生应用自己的知识表达解决问题的过程，引导学生发现问题的本质，并通过各小组代表的描述完成问题的结构化。

活动2：使用流程图描述算法。

让学生明确算法要解决的问题以及输入和输出的数据。将问题分解成一系列具体的步骤，每个步骤对应流程图中的一个节点。避免使用模糊的描述，确保每个步骤的含义明确。

活动3：自然语言与流程图转换。

各小组将自然语言表达与流程图转换，引导学生形成结构化的解决问题的思路，通过结构化的表达，使项目问题更加明晰。

3.编程实现

活动4：认识Python的界面与基本操作。

学生通过知识迁移、类记事本、流程图的程序表达的思路，体验程序运行，认识部分代码以及Python编程规范。

①体验：Python程序“2.1_Time.py”，实现满足30分钟进行提醒，并打开音乐网（可自选）；②初识：通过代码分析，初步认识相关代码规范以及相应的功能；③尝试：通过修改代码为满足1小时，休息5分钟，打开音乐网（参照“廖雪峰的Python网站”）；④反思：Python程序设计语言与小学阶段的图形化编程以及个人学习过的语言有何区别？有什么优缺点？Python语言的特点是什么？

活动5：流程图的编码表达，实现编程的过程。

笔者引导学生通过简单修改代码实现不同的功能，以提升学生的学习兴趣。在体验中学生认识了Python的基础知识，通过Python语言体验，感受伪代码的本质。

4.项目评估

笔者引导学生通过模型分析三种基本结构（如下页图1），以培养学生的计算思维。

5.研究过程及方法

计算思维量表构建过程的三个阶段[3]分为基于新课标的量表初步开发、收敛混合方法的量表验证与修订，以及样本实证调研的量表检验与确立。

（1）基于新课标的量表初步开发。①确定框架及人员。②项目池的确定。③题项审核。④初始量表的确定。

（2）收敛混合方法的使用。在量表的验证与修订阶段将同时收集基于专家教授和课题团队骨干审查的定性数据和基于试点调研的定量数据，并确定相应的题项标记标准，最后通过收敛分析两种数据的重叠和互补视图，对被标记的题项进行审查、删除或修改。经过两轮的收敛混合验证与修订，专家和课题lc7wumotVKGqaPA0nJoTsQ==团队组对量表的认同度和调研数据分析结果逐渐趋同，且量表表现出较高的有效性。

（3）样本应用检验。笔者选择所在学校高一年级学生进行课堂实施和数据分析，高一4个平行班，共253人，男生占76.28%，女生占23.72%。笔者采用问卷星进行数据收集，运用SPSS和Mplus对回收的有效问卷进行分析，通过计算 Cronbach's α系数和折半信度系数来评估整体量表及分维度量表的信度（如上表）。从结构效度和聚敛效度两个指标分析来看，总量表5个维度的α系数和折半信度系数均超0.8，说明有较好的信度，具有良好的聚合效度和结构效度来检验计算思维。

同时，笔者从学生性别、年龄、学段、区域等因素入手，从形态等值、负荷等值和尺度等值上进行分析，均达到理想水平。应用本次测评工具是培养学生计算思维能力的基础，也是检验培养成果的工具和手段，经验证具有较的信效度。

结束语

笔者通过实证分析，深入探讨了Python在中小学信息科技课程中对计算思维培养的有效性。研究结果表明，Python不仅是一种技术工具，更是一个强有力的认知思维性工具，能够显著提升学生的计算思维能力。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]任友群，黄荣怀，熊璋.从信息技术到信息科技——关于《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的对话[J].课程·教材·教法，2022，42（12）：21-31.

[3]张屹，陈邓康，付卫东，等.基于新课标的中小学生计算思维量表构建研究[J].电化教育研究，2024，45（03）：90-98.

本文系江苏省“十四五”中小学教学研究课题“指向计算思维发展的Python语言学习支持策略的研究”（课题编号：2021JY14-L32）的阶段性研究成果。