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翻转课堂教学模式在小学信息技术PYTHON编程教学中的应用方法研究

发表时间：2021/7/12 来源：《现代中小学教育》2021年7月下作者：郑锴

[导读] 《义务教育信息技术课程标准》（2017版）指出，小学信息技术教育拓展模块一包括算法与程序设计入门两部分内容，其中程序设计是基础，算法是核心，而且强调以程序设计方法和算法思想体验为教育宗旨。为此，教学中我们从现实生活实际问题出发引导学生理解程序的基本概念、组成要素与结构及其开发工具，并在此基础上通过程序结构体验，感悟算法思想。

佛山市顺德区玉成小学郑锴

        《义务教育信息技术课程标准》（2017版）指出，小学信息技术教育拓展模块一包括算法与程序设计入门两部分内容，其中程序设计是基础，算法是核心，而且强调以程序设计方法和算法思想体验为教育宗旨。为此，教学中我们从现实生活实际问题出发引导学生理解程序的基本概念、组成要素与结构及其开发工具，并在此基础上通过程序结构体验，感悟算法思想。因应人工智能对未来社会变革与发展带来的深刻影响，在中小学阶段设置适应信息时代、智能时代到来及其发展的相关课程，必需逐步加强编程教育。而Scratch语言、Python语言是目前公认的比较适合中小学学习程序设计及体验算法思想的的编程语言。Scratch是一款由麻省理工学院 (MIT) 设计开发的面向少年的简易编程工具。这个工具可以让低龄儿童编写属于自己的交互动画、游戏、故事甚至是音乐和美术作品。Scratch学习过程中，除了编程本身的内容外，scratch可以将编程与学科内容以动画、游戏或者故事的形式表现出来，在加深编程理解的同时，还能对于学校学习有明显的促进作用。此外，Scratch语言入门简单, 内容丰富, 成果直观，符合孩子喜好，既注重孩子的编程思维和逻辑能力培养，又提高孩子学习主动性并激发创造力。Python语言能将大量烦琐的编程任务用库函数的形式封装起来，用它编写程序简单、易读、篇幅小，具有容易学习上手的特点。虽然Python语言简洁但是可以完成很多复杂的任务，轻松解决科学计算、大数据分析、机器学习等复杂问题。
        在教学实践中我们发现，小学高年级段，学生已经具有一定的信息技术基础知识，小学三年级又开设Scratch 图形编程，形成一定编程思维和逻辑能力，到小学四、五、六年级即小学高年段，如果继续讲授Scratch 图形编程会出现一些问题，比如，稍微复杂的问题解决，复杂计算难以实现。主要原因是:（1）Scratch 图形编程功能有限，其主要用于编写一些交互性的游戏程序，对复杂一些的计算比如复杂图形的绘制、数据统计、文本处理等则难以实现。（2）Scratch 一般解决某个问题或者比较简单问题，比如将Scratch编程与学科内容以动画、游戏或者故事的形式表现出来，解决一些线性问题，注重细节，但是对比较复杂问题，难以对问题的整体解决步骤的理解，缺乏整体观、大局观。（3）对于较复杂的程序， Scratch 脚本就显得非常繁杂，非常不利于阅读理解。为此，我们选取Python 语言作为小学高年级段的编程语言，虽然Python语言并不是图形化的编程，但其大量的内置函数将一些具体小任务的实现细节封装，使得学生可以把注意力集中到解决问题的逻辑上，而且Python 语言代码便于阅读理解，更加符合小学高年级学生从形象思维过渡到抽象思维、数理思维的发展过程，有利于学生理解程序的基本概念、组成要素与结构，掌握程序设计方法，体验算法思想。
        一、翻转课堂教学模式简介
        翻转课堂式教学模式，是指教师创建音、视频，学生在课前或课外观看教师的音、视频讲解，自主学习，教师不再占用课堂时间来讲授知识，回到课堂上师生面对面交流互动包括答疑解惑、合作探究、完成学业等的一种教学活动程序。
        二、Python 编程语言教学概述
        Python语言使用函数、对象、模块和库来扩展语言，主要让学生通过指令不断和计算机交流，把主要精力用在算法思维体验和程序的逻辑结构上，还能让学生在编程过程中用接近自然语言的方式通过代码达意，且程序语言可读性强，简洁精确。
        Python 语言语法简洁清晰、结构简单、关键字少，阅读这样一个符合规范的Python程序就感觉像在读英语一样。这就使得小学生在编程过程中无须关注太多语法细节和计算机底层知识，而更多地专注于应用计算机解决问题的思路和方法，降低了学习的门槛，有着极佳的成就感体验。
        教学上，Python语言可采取可视化编程教学，比如Python里面的turtle模块。可视化编程可以提供即时反馈，降低小学生入门门槛，学习过渡会更顺利，另外，可视化编程可以持续激发学生的学习兴趣这为后续的学习提供动力基础。
        Python 语言教学可采用问题驱动教学。在教学中可以设置问题情境，在情境中提出要解决的问题或需要完成的任务，学生再将所学到的编程知识和要解决的问题或任务情境联系起来，再通过编程将问题解决或任务完成。学生在用计算机编程解决问题的过程中,学会分析提取问题的关键，理解解决问题的方案和步骤，然后编写代码，并通过调试修改达到预期结果，也就是培养计算思维和解决问题的能力，有利于学生去理解生活中常见的自动化工具的工作逻辑、工作原理。比如停车场车牌自动识别系统，所涉及的知识点是计算机视觉、机器学习, 在Python 中主要通过调用OpenCV库来实现。教师将课堂上学生学习的Python 知识与实际生活结合，让其感觉到计算机解决实际问题的作用，帮助其建立学习自信，激发其进一步学习的欲望，这样Python才成为学生施展个性的舞台。
        Python 语言教学通常还采用体验式教学。主要是为学生提供了实践活动机会，体会具体的操作过程。学生首先直观的体验和观察，接着在已有的认知和经验范围基础进行抽象和建构，顺利从体验过渡到抽象阶段。比如在小乌龟运动的Python编程教学中，首先让学生扮演小乌龟的运动，让学生通过卡牌来展示各类排序过程，让学生通过角色扮演和实物演示来体验各种问题及解决思路。为学生后面的抽象建模过程提供了体验基础，符合学生认知建构过程。

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        三、翻转课堂教学模式在小学信息技术PYTHON编程教学中的应用方法
        教学是通过一定的组织形式进行的，好的教学组织形式对完成教学内容，达成教学目标可以有事半功倍的作用。现代教育提倡“做中学”“玩中教”“寓教于乐”，目的都是为让学生在轻松愉快的活动中学到知识，锻炼能力，达成教学目的。多年以来，小学信息技术PYTHON编程教学我都采用翻转课堂教学模式，经教学实践证明，该教学模式易于学生操作、方便灵活，学生参与的积极性也高，教学效果明显好于教师讲授学生模仿教法。但是，不同的教学内容，不同的项目，Python编程难易程度不同，翻转课堂教学模式在小学信息技术PYTHON编程教学中的应用方法即教学方式是不同的，经过几年的实践探究，我总结出如下几种翻转课堂教学模式在小学信息技术PYTHON编程教学中不同的应用方法。
        （一）任务单合作探究教学方式。
        该教学方法关键步骤是：首先教师由教学目标和教材选定教学项目，根据学生自主学习能力及学习特点，以现实生活为切入点，基于学生已有的基础，以可接受、有能力完成、跳一跳够得着的设计原则，设计知识学习、预备知识和技能的任务单；接着根据任务单设计原则按照知识点或技能点或疑难点开发音视频微课教学课件，并设计出知识学习、预备知识和技能的任务单；然后通过班级微信群或校园网班级群布置学生课前学习活动，其中小学低年级学生自主学习完成任务单时间设计30分钟，小学高年级学生自主学习完成任务单时间设计为1个小时，师生自主交流互动、提问和解答设计30分钟；之后，根据学生提交的任务单完成情况，分析学习在自主学习过程中存在的问题，学生尚未掌握的知识技能和学生未解决的疑难问题，确定课堂教学内容，制定课堂教学重难点及课堂上突破方案；在课堂上，老师让学生运用合作探究方法突破教学重难点并掌握知识和技能完成项目学习；最后，课后进行课堂教学反思，查找不足，进一步完善该教学方法。
        （二）任务单体验评价教学方式。
        该教学方式也叫项目学习方式，主要应用于基于实践操作解决实际生活问题的项目学习，这个教学方式主要操作步骤是：首先教师由教学目标和教材内容选定以现实生活为切入点教学项目，根据学生自主学习能力及学习特点及其已有的基础，抛出抛出概念、知识与技能和问题，并据此设计概念理解、知识与技能学习、问题解决的任务单；接着根据教学目标及任务单设计原则按照知识点或技能点或实践操作关键点开发音视频微课教学课件，并设计出概念理解、知识与技能学习、问题解决方案设计及其操作关键点的任务单；然后通过班级微信群或校园网班级群布置学生课前学习活动，其中小学低年级学生自主学习完成任务单时间设计30分钟，小学高年级学生自主学习完成任务单时间设计为1个小时，师生自主交流互动、提问和解答设计30分钟，任务单设计有学生手动体验活动，通过具体的体验活动后可为后面的抽象提供了实践来源，这样从抽象到程序设计不至于跨度大，进而降低学习难度，学生自主学习难度也降低。这样做也是为学生提供了实践活动机会，体会具体的操作过程。从而能顺利过渡到抽象阶段。其实学习一项新的技能，我们认为最好的方式就是在学生已有的认知和经验范围基础进行建构。从直观的体验、观察过渡到实践操作再到后面的抽象，认知负荷会小很多，自主学习也逐步轻松。比如设计让学生扮演小乌龟的运动，让学生通过卡牌来展示各类排序过程，让学生通过角色扮演和实物演示来体验各种问题及其解决思路。为学生在课堂上或者后面的抽象建模过程提供了体验基础；之后，根据学生提交的任务单完成情况，分析学习在自主学习过程中存在的问题，学生尚未掌握的知识技能和学生未解决的疑难问题，确定课堂教学内容，制定课堂教学重难点及课堂上突破方案；之后，根据学生提交的任务单完成情况，分析学生自主学习过程中存在的问题，学生尚未掌握的知识与技能以及学生解决问题方案设计和实施情况，确定课堂教学内容，制定课堂教学重难点及课堂上突破方案，此教学方式任务单设计主要是小组合作探究单，基本包括概念学习、知识与技能、体验与操作、验证与迭代等等方面，该任务单关键点在于从具体到抽象的提升部分，即主要引导学生怎么通过计算机抽象模拟问题情境，然后解决问题，我们设计强调首先要明确问题，理出输入是什么，输出是什么？然后，分析如何能处理输入才能得到输出的结果，其次，根据需要选取合适的数据类型或数据结构存放数据，最后，通过编程实现问题解决并测试，除此之外，时间充足情况下，我们会给学生迭代进行完善的机会，毕竟一个产品都是从一个稚嫩的雏形开始，经过打磨完善，才能诞生出来独一无二的产品，教师根据学生提交的任务单并审视任务单，找出各小组的问题所在并制定课堂教学实施方案；在课堂上，让学生采取分享研讨反思的方式展示小组学习成果和所掌握知识和技能完成项目学习，当然，教师一开始就给学生评价标准，然后按照评价标准去完成任务，这样他们有的放矢，不至于浪费时间，并且就算完成项目学习，教师也会让学生进一步迭代完善，精于求精；最后，课后进行课堂教学反思，查找不足，进一步完善该教学方法。
        （三）任务单答疑指导评价教学方式。
        该教学方式主要应用于概念学习、知识获取和技能学习掌握等方面，该教学方式的操作步骤是：首先教师由教学目标和教材选定以现实生活为切入点教学项目，根据学生自主学习能力及学习特点，基于学生已有的基础，以可接受、有能力完成、跳一跳够得着的设计原则，设计概念理解、知识学习、技能掌握的任务单；接着根据任务单设计原则按照概念关键点、知识点、技能掌握点或疑难点开发音视频微课教学课件，并设计出概念理解、知识学习、技能掌握的任务单；然后通过班级微信群或校园网班级群布置学生课前学习活动，其中小学低年级学生自主学习完成任务单时间设计30分钟，小学高年级学生自主学习完成任务单时间设计为1个小时，师生自主交流互动、提问和解答设计30分钟；之后，教师根据学生课前提交的任务单完成情况，分析学生自主学习过程中存在的问题，学生尚未理解的概念、尚未掌握的知识与技能以及学生存在的疑难问题，确定课堂教学内容，制定课堂教学重难点及课堂上突破方案；在课堂上，老师采取讲解、演示让学生模仿与合作探究方法突破教学重难点，理解基本概念并掌握知识和技能完成项目学习，此外，还采用课题检测方式来评价学习效果；最后，课后进行课堂教学反思，查找不足，进一步完善该教学方法。
参考文献：
1.靳玉喜，基于翻转课堂的教学模式研究，《教育学》，中国人民大学出版社，2017年5月总第119期