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Python编程学习中巧用开源硬件提升问题解决能力

秦维超戴晓芬

面向人工智能前沿领域的Python编程内容已纳入浙教版高中信息技术教材。对于在编程领域零起点的高中生，纯Python编程的学习往往停留于知识点的罗列，自然感到乏味、无趣。那么，在学习Python编程时如何提高学生解决真实问题的能力呢？笔者认为，将Python教学的知识点融合到开源硬件Micro：bit搭建的实际项目设计中，寓教于乐，使学生在Python编程学习中经历发现问题、分析问题、分解问题、转化问题、解决问题、总结问题的全过程，可全面提高学生的问题解决能力。

●开源硬件在Python编程学习中的优势

对于学习Python编程的大部分高中生来说，在学习了Python的基本语法、数据结构、三种控制结构等基础知识后常会出现学习积极性不高和迷茫的情况，之所以出现这种情况，往往是因为缺乏Python编程的实践场景。

●如何在Python课堂中巧用开源硬件

在设计基于Python的硬件编程课程时，不要认为凡是硬件编程的内容，都是围绕学习某硬件的功能特性来展开的，对于入门级的Python硬件编程课程而言，设计者需要思考如何把对硬件的编程与Python软件编程结合在一起。

笔者尝试了一种基于Micro：bit的以问题解决为导向的Python編程课堂教学范式，借助Micro：bit代替Python单纯语句教学形式，学生可以直观地把Python编程项目成果展现在自己的作品中。例如，在借助Micro：bit构建的点阵LED灯光屏幕中，结合Python编程重难点内容之一的双重循环，将其转化为一个LED灯的显示、一行LED灯的显示、多行LED灯的显示，调动了学生学习积极性，提高了学生在真实场景中的问题意识、问题思维能力和转化能力。

●基于开源硬件的Python课堂有利于提升问题解决能力

开源硬件的教育应用应着重发展学生的创新能力，包括学习能力、发现问题能力、设计解决问题方案能力和实践其方案的能力。基于Micro：bit的以问题解决为导向的Python编程的课堂教学范式，主要由创设问题、分析问题、问题转化、问题分解、解决问题、总结问题等环节组成。

1.创设问题

2.分析问题

引导学生借助流程图进行分析，Micro：bit正面有5×5的LED显示屏，可以用来显示图案和文字。将上面的问题情境经过算法分析，可以借助5次循环依次控制每一排LED灯的亮和灭，形成图1所示的流程图。

3.问题转化

转化就是把较复杂的问题变成较简单的问题，把未知的问题变成已经解决的问题，如点亮LED灯的问题可以转化成数字图像。

4.问题分解（如图2）

把复杂的、笼统的问题拆解成一个个小的、可执行开展的问题就是问题拆解能力，只有正确拆解了问题，才能形成合理的假设、切入点。这个能力是不断进阶并胜任复杂任务的基本功。

5.解决问题（如图3）

6.总结问题

本节课将理论知识与动手实践结合，培养了学生的创新实践能力与团队协作能力，通过该实验让学生认识到在信息课上学到的知识、技术是有用的，是真的可以转化成实际的产品甚至是艺术品的，提高了学生学习信息技术学科的兴趣，为学生学习后续的知识增加了驱动力。但同时本节课也有一些不足，如该实验难度不大但环节较多，学生水平的差异导致部分小组进度较慢等，因此笔者在后续班级的教学中，根据学生学习能力进行了分组，每组都有不同学习能力的学生，这样在提高实验效率的同时也锻炼了学生的团结协作精神。

●开源硬件带来的改变

在认知层面，主要表现在开源硬件作为基础教学工具，能够降低学生理解程序设计相关知识的难度，同时为学生的编程提供更广阔的动手操作空间，对学生学业成就、问题解决能力、认知能力等方面的提高具有显著促进作用。在非认知层面，将开源硬件作为创新能力培养的平台，可以有效提高学生的学习兴趣、学习自信和主观能动性，使学生向更乐于合作、参与、分享、实践的态度转变。