周明柯 奚曉楓

培養(yǎng)中小學(xué)生的編程能力已經(jīng)成為我國(guó)基礎(chǔ)教育改革的新熱點(diǎn)，基于編程課程的人工智能教育已經(jīng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略。2017年國(guó)務(wù)院出臺(tái)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出：要實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，并逐步推廣編程教育。教育部教師工作司司長(zhǎng)任友群指出：人工智能教育的目標(biāo)是素養(yǎng)培育，抓手是編程實(shí)踐，核心是實(shí)施不同層次的編程教學(xué)并培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。在這樣的大背景下，我校在初一年級(jí)開(kāi)設(shè)了選修課程《編程與計(jì)算思維導(dǎo)論》。該課程以Python語(yǔ)言作為編程教學(xué)語(yǔ)言，旨在培養(yǎng)學(xué)生的編程能力與計(jì)算思維。在一學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐后，筆者總結(jié)了教學(xué)過(guò)程中常見(jiàn)的四大問(wèn)題，并針對(duì)性地提出了相關(guān)的應(yīng)對(duì)策略。

● 問(wèn)題一：計(jì)算機(jī)基本操作能力缺乏

1.問(wèn)題描述

本課程使用的編程語(yǔ)言Python是一種字符型編程語(yǔ)言，學(xué)生需要利用鍵盤(pán)輸入程序代碼。然而，對(duì)于初一年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)，打字這一計(jì)算機(jī)基本操作仍是一種挑戰(zhàn)。雖然電腦打字技能是小學(xué)信息技術(shù)課的內(nèi)容，但是這并不足以讓學(xué)生真正地掌握熟練的打字技能。另外，如今學(xué)生在家使用的都是手機(jī)和平板等觸摸式輸入設(shè)備，平時(shí)使用鍵盤(pán)進(jìn)行打字練習(xí)的機(jī)會(huì)很少。因而，很多學(xué)生在課堂上表現(xiàn)出較弱的打字能力，輸入一個(gè)簡(jiǎn)單的程序都需要很長(zhǎng)時(shí)間。

與此同時(shí)，不少學(xué)生對(duì)切換輸入法這一計(jì)算機(jī)基本操作也不熟練。通過(guò)對(duì)桑田系統(tǒng)中學(xué)生數(shù)據(jù)的分析，筆者發(fā)現(xiàn)有大約四分之一的學(xué)生出現(xiàn)的程序錯(cuò)誤源于其程序中的中文標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。在高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)是非常重要的分隔符，如引號(hào)、逗號(hào)、分號(hào)等。但是，程序中作為分隔符的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)必須是英文符號(hào)，不能使用看上去相似的中文標(biāo)點(diǎn)。然而，筆者在課堂觀察中發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)生在輸入代碼時(shí)使用中文輸入法，有的學(xué)生甚至不知道如何在中英文輸入法之間進(jìn)行切換。在這種情況下，許多學(xué)生在程序中錯(cuò)誤地使用了中文標(biāo)點(diǎn)。更重要的是，編程中常見(jiàn)的英文標(biāo)點(diǎn)符號(hào)與中文標(biāo)點(diǎn)類似（如中文的逗號(hào)和英文的逗號(hào)），當(dāng)程序由此出錯(cuò)時(shí)，學(xué)生很難發(fā)現(xiàn)并糾正這種錯(cuò)誤。

2.應(yīng)對(duì)策略

從以上描述可以看出，學(xué)生缺乏的計(jì)算機(jī)操作技能是熟練的文字輸入技能以及中英文切換的能力。筆者認(rèn)為，可以在編程課程正式開(kāi)始之前，對(duì)學(xué)生進(jìn)行1～2課時(shí)的打字訓(xùn)練，尤其是英文打字訓(xùn)練，幫助學(xué)生熟悉鍵盤(pán)輸入的方法。雖然課程的總課時(shí)并不寬裕，但正所謂“磨刀不誤砍柴工”，學(xué)生打字能力的提升能夠提升教學(xué)效率。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，在課程的中后期，多數(shù)學(xué)生已經(jīng)能夠熟練地輸入代碼，教學(xué)效率也有了大幅度提升。對(duì)于中英文輸入法切換的問(wèn)題，筆者認(rèn)為在課程初期也進(jìn)行一些訓(xùn)練，并教會(huì)學(xué)生辨別中英文標(biāo)點(diǎn)，定能事半功倍。

● 問(wèn)題二：英語(yǔ)拼寫(xiě)的困擾

1.問(wèn)題描述

因?yàn)镻ython編程的語(yǔ)句都是英文單詞或者單詞縮寫(xiě)，所以正確拼寫(xiě)這些單詞成為學(xué)生進(jìn)行編程的一大挑戰(zhàn)。在Python編程中，不少單詞學(xué)生還沒(méi)學(xué)過(guò)，因此完成拼寫(xiě)較難。例如，Python中的random包可用于產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，但是random這個(gè)單詞學(xué)生還沒(méi)有學(xué)過(guò)，因此在編程過(guò)程中經(jīng)常拼錯(cuò)。另一個(gè)例子是錯(cuò)誤地拼寫(xiě)math.sqrt（）函數(shù)。Sqrt是英文Square Root的縮寫(xiě)，意思是求平方根。雖然學(xué)生學(xué)過(guò)這兩個(gè)單詞，但是這兩個(gè)單詞連在一起時(shí)的意思他們并未學(xué)過(guò)，因此常常出現(xiàn)拼寫(xiě)錯(cuò)誤，如錯(cuò)誤地拼寫(xiě)成sprt、srqt等。根據(jù)桑田系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生經(jīng)常拼錯(cuò)的Python關(guān)鍵詞和函數(shù)有import、random、input、float、print、sqrt等。

2.應(yīng)對(duì)策略

要在短時(shí)間內(nèi)提升學(xué)生的英語(yǔ)能力尤其是詞匯量并不容易，但是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)Python編程相關(guān)的英文詞匯不是難事。對(duì)于英語(yǔ)拼寫(xiě)問(wèn)題，筆者認(rèn)為可以分兩步走：第一，在備課時(shí)，羅列出課程內(nèi)容所涉及的英文單詞，并在上課時(shí)進(jìn)行講解。第二，在上課過(guò)程中，觀察總結(jié)學(xué)生容易拼寫(xiě)錯(cuò)誤的單詞，并強(qiáng)調(diào)這些詞匯的正確拼寫(xiě)方式。

● 問(wèn)題三：對(duì)計(jì)算機(jī)智能的錯(cuò)誤假設(shè)

1.問(wèn)題描述

通過(guò)觀察桑田系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)，筆者發(fā)現(xiàn)大約三分之一的學(xué)生出現(xiàn)的錯(cuò)誤與Python編程的語(yǔ)法有關(guān)，而其中的大部分是因?yàn)閷W(xué)生使用了模糊的語(yǔ)法。編程語(yǔ)言要求程序的每一條語(yǔ)句都有準(zhǔn)確的意義，不能有歧義，否則編譯器或者解釋器就會(huì)報(bào)錯(cuò)。而初一年級(jí)學(xué)生作為初學(xué)者，常常忽略語(yǔ)法的精確性，并使用自然語(yǔ)言的表達(dá)方式來(lái)編程。在筆者的課堂上，一個(gè)典型的例子就是學(xué)生使用print函數(shù)輸出多行文字時(shí)，常常使用一個(gè)print函數(shù)，然后將輸出內(nèi)容寫(xiě)成多行。這種方式在日常寫(xiě)作中并沒(méi)有錯(cuò)，但是在Python編程中需要用多個(gè)print函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)筆者問(wèn)學(xué)生為什么用這種方式實(shí)現(xiàn)多行輸出時(shí)，他們的回答非常一致：“我覺(jué)得電腦能夠理解我的意思?！币苍S是受到科幻片的影響，或者是在日常生活中我們的計(jì)算機(jī)總是顯得那么智能，學(xué)生有了一個(gè)錯(cuò)誤的假設(shè)，那就是計(jì)算機(jī)很聰明，能夠理解我表達(dá)的意思。然而，實(shí)際上計(jì)算機(jī)并不聰明，它只能執(zhí)行非常精確的指令。在程序設(shè)計(jì)中，這一點(diǎn)尤為突出，每一行代碼都不能有歧義。

2.應(yīng)對(duì)策略

如何讓學(xué)生明白計(jì)算機(jī)只能理解精確的代碼呢？筆者認(rèn)為構(gòu)造認(rèn)知沖突是一種有效的策略。所謂認(rèn)知沖突，就是將錯(cuò)誤展示給學(xué)生看，讓學(xué)生明白自己一直秉持的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。在教學(xué)中，教師可以展示一個(gè)錯(cuò)誤的程序，并詳細(xì)解釋錯(cuò)誤的原因，最后將修改錯(cuò)誤的過(guò)程演示給學(xué)生看，從而幫助學(xué)生理解為什么自己原先的理解有錯(cuò)誤。在演示過(guò)程中，教師要強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)并不像人一樣智能。

● 問(wèn)題四：數(shù)學(xué)知識(shí)不足

1.問(wèn)題描述

在課程進(jìn)行過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生數(shù)學(xué)知識(shí)不足也是他們學(xué)習(xí)編程的一大障礙。首先，在編程中有不少概念與數(shù)學(xué)息息相關(guān)，如變量、函數(shù)等。初一年級(jí)學(xué)生剛開(kāi)始學(xué)習(xí)代數(shù)，雖然已經(jīng)知道了方程、變量等數(shù)學(xué)概念，但是他們對(duì)這些概念的掌握還不深入且經(jīng)常和編程中的相似概念混淆。變量這一概念就是一個(gè)典型的例子。在編程中，變量有名稱，也有類型，一個(gè)Python變量可以是整數(shù)、小數(shù)，也可以是字符串，在進(jìn)行變量運(yùn)算之前，先要考慮變量的類型以及它所支持的運(yùn)算。例如，將一個(gè)整數(shù)型變量和一個(gè)字符串相加，程序就會(huì)出錯(cuò)。然而，在數(shù)學(xué)中，變量不存在類型特征，變量之間的運(yùn)算也沒(méi)有類似的約束。因此，很多學(xué)生常常混淆數(shù)學(xué)和編程中的變量概念，當(dāng)程序出錯(cuò)時(shí)，也很難理解錯(cuò)誤的原因。另一種情況是編程中的相關(guān)概念在數(shù)學(xué)課上還沒(méi)學(xué)過(guò)，如函數(shù)、平方根等。函數(shù)是編程中最重要的概念之一，但是初一年級(jí)學(xué)生還沒(méi)有學(xué)習(xí)函數(shù)相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)，因此他們?cè)诶斫饩幊痰暮瘮?shù)概念時(shí)就會(huì)遇到一些阻力。

2.應(yīng)對(duì)策略

對(duì)于數(shù)學(xué)知識(shí)不足這一問(wèn)題，筆者認(rèn)為可以從兩個(gè)方面著手：第一，對(duì)于數(shù)學(xué)上已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)且容易混淆的概念（如“變量”），在教學(xué)中應(yīng)該對(duì)比這一概念在數(shù)學(xué)和編程中的異同點(diǎn)，幫助學(xué)生理解這個(gè)概念在編程中的獨(dú)特之處。第二，對(duì)于數(shù)學(xué)上還沒(méi)有學(xué)過(guò)的概念（如“函數(shù)”），我們可以在課程中對(duì)這類概念進(jìn)行詳細(xì)的介紹。如果某個(gè)概念在數(shù)學(xué)或者其他學(xué)科中也存在，只是學(xué)生還沒(méi)有學(xué)習(xí)到，那么從本學(xué)科的角度先進(jìn)行概念介紹，這樣能夠幫助學(xué)生更順暢地理解這個(gè)概念。

隨著人工智能教育的發(fā)展，編程課程將會(huì)逐步普及。本文主要介紹了筆者在初一年級(jí)《編程與計(jì)算思維導(dǎo)論》課程教學(xué)中所發(fā)現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題以及相關(guān)的應(yīng)對(duì)策略。由于我們的課程開(kāi)設(shè)時(shí)間還不長(zhǎng)，所以本文總結(jié)的問(wèn)題并不全面。與此同時(shí)，在不同學(xué)校不同年級(jí)開(kāi)設(shè)類似課程，教學(xué)中所面臨的問(wèn)題也會(huì)有所不同。希望未來(lái)能夠與更多同人一起來(lái)探討編程教育中的常見(jiàn)問(wèn)題與應(yīng)對(duì)策略。