基于STEM理念的Python课程开发与应用

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  【摘 要】为适应我国的教育发展,促进学生学习思维和创新能力的成长,在展开Python课程的教学时,教师应当主动地以情境创建、分组讨论等方法作为支撑,将Python课程与学生的实际生活进行联系,引导学生收获跨学科的知识,发展逻辑清晰的程序性思维。
  【关键词】STEM理念;Python课程;学生
   STEM教育是伴随课程改革而来的一种新颖教学理念,强调学生在科学、技术、工程、数学等方面的综合技能,同时也体现了对学生学习思维的影响。在初中信息技术学科中,教師通过将STEM教育运用到Python课程的教学中,不仅可以提升初中生的学习兴趣,还可以帮助学生深层理解Python的内容,达到启迪学生思维、提升学生信息素养的教学目的。
   一、创设情境,打造趣味导入
   STEM教育思想指出教师应当主动地让学生发现问题,从而解决问题。所以,在教授Python课程的内容时,教师不妨利用情境的创建进行趣味导入,引导学生产生思维活动。教师可以结合学生已有的认知经验,以及学生的身心特点出发,为学生提出一些贴近实际生活的案例和感兴趣的小知识,以便激发学生的求知欲望,引导学生主动地发现问题,促进学生思维的活跃。
   例如,初中阶段的学生正处于身高不断变换的黄金时期,在课堂中,教师可以先结合学生的身高变化情况,向学生提出“相较于去年,你是否长高了呢?”的问题,让学生主动从自己身体变化情况出发,向教师回答这一问题。结合学生的答案,教师再向学生提出“那么你知道自己的身高变化情况是正常的吗?”的问题,引导学生展开积极的讨论。当学生进行随意的讨论后,学生会沿着问题情境的思路,主动提出“我们这样按照自己的标准去评判,很难形成统一的意见,是否有一个软件可以直接进行测试呢?”的问题,在教师发现学生提出这一问题后,教师顺势为学生引入“Python”的程序语言,激发学生使用Python程序思考如何测试身高成长是否符合标准。
   可以看出,教师围绕学生的实际生活,向学生提出一些问题,打造课堂的问题情境,能够让学生基于问题产生探究知识的欲望,从而生成进行Python课程学习的积极性。
   二、分组讨论,促进任务驱动
   在教师为学生讲解了Python程序语言后,会为学生设定一定的任务引导学生进行实践操作,真正地利用Python程序语言进行问题的解决,然而学生自身的信息素养和编程能力是存在一定局限性的,如果教师单纯地让学生个人进行Python程序的设计,那么势必会减缓学生完成程序设计的进程。所以,为了加快教学的进程,使得学生在独立设计之余,发展合作能力。
   比如,在教师向学生讲述了Print()函数的常用格式,带领学生区分了字符串和数值后,教师为学生设定如下任务:1.使用Print(  )函数输出3+5;(4+5)×3÷2的表达式计算结果;2.使用Print(  )函数输出“teacher”;“wang”;“teacher”+“wang”等字符串表达式的计算结果。之后,教师先组织学生展开自主思考,培养学生的独立学习能力,使得学生主动区分“字符串”和“数值”之间的不同。随后,教师再为学生划定合作学习的小组,让学生在小组内进行相互讨论,共同商讨如何进行“字符串”和“数值”的区分,如何有效利用Python完成任务。
   显而易见,教师为学生组建合作交流的小组,让学生将自己的想法与同伴进行共享,能够有效强化学生的主体位置,促使学生在与同伴进行信息的交换中,实现合作能力和信息素养等综合素质的成长。
   三、程序设计,完成新知探究
   学生在进行Python程序语言的理论内容学习后,只能在头脑中建立初步印象,为了帮助学生进行知识的内化,教师应当组织学生进行程序设计,以便将原本抽象的内容转变为具象化的设计任务,使得学生在进行算法的输入中,真正地认识到Python程序语言,找到解决问题的关键切入口,在顺利完成程序编写和运行中,提高对新知内容的探究能力。
   以“分析胖瘦”的案例来说,在教师引导学生提出使用Python测试一个人的体重是偏胖还是偏瘦的任务时,教师可以组织学生思考解决问题的步骤,从而让学生完成对程序的设计。具体来说,学生先分析问题的关键是测试体重偏胖、偏瘦,之后,学生根据自己学习的Python程序语言内容,结合自身的程序设计思维特点,进行如下步骤设计:第一步:学生输入weight和height;第二步:计算BMI值=weight/pow(height,2);第三步:输出体重指数;第四步:判断BMI值,紧接着,学生按照上述步骤进行操作,并自主分析使用if语句进行求解。这样,学生不仅掌握了使用Python进行程序设计的方法,也锻炼了自己的逻辑思维能力,能够在未来的程序设计中更有条理地进行操作。
   教师根据提出的程序设计任务,引导学生分析程序设计的步骤,能够转变学生的思维,让学生将原本掌握的理论知识转变为实际的操作行为,从而真正完成对Python程序语言的内化。
   四、整合归纳,实现总结提升
   在教师组织学生进行Python程序语言的学习后,学生也会产生一定的想法,会对自己的学习过程和学习结果建立积极的思考,而这些反思的内容可以成为学生不断改进自我的有力支撑。因此,在完成教育活动后,教师也要通过巩固练习和归纳总结等方式,促使学生对所学内容进行进一步地强化,提高学生坚持处理和解决问题的勇气。
   例如,在学生完成对循环结构知识的学习后,教师可以先根据循环结构的内容为学生设定一些习题,引导学生检验自己的学习成效,使得学生基于实践操作的结果,明确地认识到自己对循环结构知识的认识还存在哪些疑惑,以及自己对for循环的格式等内容是否有疑问等。随后,教师再让学生逐条总结自己本节课学习的知识,如明确循环的次数,我们应当选用for…in…的循环;学会for循环的格式等。之后,教师也可以让学生以小组为单位围绕总结的内容进行相互交流,使得学生结合同伴的话语,回顾课堂学习的过程,切实地反思自己在学习行为上的缺失,以及自己在学习过程中的不足之处,使得学生可以根据同伴的建议,主动地调整自己的言行,以便在之后的Python程序语言学习中作出良好的表现,有效奠定高效的基础。
   显然,教师引导学生进行学习成果的检验,组织学生对学习过程进行反思,能够让学生直观地认识到自己在Python程序语言课程学习中存在的问题,促使学生在反思中进行改进,获得成长。
   总之,将STEM教育理念渗透到Python程序语言的设计中,能够让Python课程的教学具有方向,使得整体课程的教学目标更加明确,然而纵观当前Python课程的教学实况我们可以看到,存在许多教师不知道如何有效在Python课程中体现STEM教育的现象,对此,作为一线的初中信息技术教师,我们应当主动地探索STEM教育理念的特点,并在Python课堂上找寻落脚点,不断提高Python课程的教学效果。
   【参考文献】
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   [2]杨华.生本课堂理念下初中信息技术教学[J].新课程导学,2019(17):72
  (江苏省海安市海陵中学,江苏 南通 226600)
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