Python教学中“做中学”理念的实践路径与效果评估

一、引言

在数字化时代的浪潮下，编程教育在中小学教育体系中的重要性日益凸显。2022 年 5 月，教育部发布的《义务教育信息科技课程标准 (2022 年版)》，正式将信息科技课程纳入义务教育范畴，旨在培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新以及信息社会责任等核心素养 。其中，计算思维要求学生能够对问题进行抽象、分解、建模，并通过设计算法形成解决方案，这一能力的培养成为了编程教育的核心目标。

Python 作为一种高级编程语言，凭借其简洁的语法、强大的功能以及广泛的应用领域，逐渐成为初中编程教学的热门选择。Python 的设计哲学强调代码的可读性和简洁性，这使得初学者能够在不被复杂语法结构困扰的前提下，快速掌握编程的核心概念和思维方式 。例如，Python 使用缩进来表示代码块，使得代码结构清晰明了，易于理解和维护。同时，Python 拥有丰富的库和框架，如用于数据分析的 Pandas、用于科学计算的 NumPy、用于机器学习的 Scikit-learn 等，这些工具为学生提供了更广阔的实践空间，能够帮助他们将编程知识应用于实际问题的解决中。

“做中学”（Learning by Doing）理念，最早由美国教育家杜威提出，强调通过实践活动来促进学习。在编程教育领域，“做中学” 理念认为，学生只有在实际动手编写代码、解决问题的过程中，才能真正理解和掌握编程知识与技能，培养计算思维和问题解决能力 。这一理念与传统的以教师讲授为主的教学模式形成鲜明对比，它更加注重学生的主体地位，鼓励学生在实践中探索、尝试和创新。例如，在传统教学模式中，教师可能会花费大量时间讲解编程语法和理论知识，学生被动接受，缺乏实际操作和应用的机会。而在 “做中学” 理念指导下的教学中，教师会设置实际项目或问题，让学生通过编写代码来解决，在这个过程中，学生不仅能够学习到编程知识，还能锻炼自己的思维能力和解决问题的能力。

本文基于 “做中学” 理念，深入探讨在初中 Python 编程教学中的实践路径，并结合具体案例对教学效果进行评估。通过项目式教学、跨学科任务设计等方式，将理论知识与实践操作紧密结合，旨在为提高初中 Python 编程教学质量、培养学生的核心素养提供有益的参考和借鉴。

二、理论框架与文献综述

2.1 做中学理念与编程教育的契合性

“做中学” 理念的核心内涵在于强调学习者通过亲身参与实践操作，在解决实际问题的过程中深化对知识的理解和掌握。这一理念与编程教育的实践性特征高度契合。编程教育不仅仅是传授编程语言的语法和规则，更重要的是培养学生运用编程知识解决实际问题的能力，以及计算思维、逻辑思维和创新思维等核心素养 。

从理论支撑来看，杜威的 “经验学习” 理论认为，学习是个体在与环境的交互作用中，通过主动的探索和实践，不断积累和重构经验的过程 。在编程教育中，学生通过编写代码、调试程序、解决编程过程中遇到的各种问题，不断积累编程经验，实现知识的内化和能力的提升。例如，当学生在编写一个 Python 程序实现文件读写功能时，他们可能会遇到文件路径错误、编码格式不匹配等问题，通过不断地尝试和调试，他们能够深入理解文件操作的原理和方法，积累解决实际问题的经验。

建构主义学习理论也为 “做中学” 理念在编程教育中的应用提供了有力支持。建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得 。在编程教学中，教师可以创设真实的编程项目情境，让学生在小组合作中共同完成项目任务。在这个过程中，学生通过与同伴的交流、讨论和协作，不断调整和完善自己的编程思路，实现对编程知识的意义建构。例如，在一个开发 Python web 应用程序的项目中，小组成员可以分工合作，分别负责前端页面设计、后端逻辑实现、数据库管理等部分，通过相互协作和交流，共同完成项目，同时也加深了对编程知识的理解和掌握。

此外，新课标倡导的真实性学习理念，强调学习应该在真实的情境中进行，让学生在解决真实问题的过程中学习和应用知识 。编程教育本身就是一个解决实际问题的过程，通过将 “做中学” 理念融入编程教学，能够更好地实现真实性学习，让学生在实际项目中锻炼编程技能，培养解决问题的能力。

2.2 深度学习与项目式教学的协同作用

深度学习是一种以培养学生核心素养为目标的学习方式，其特征包括批判性思维、知识迁移、复杂问题解决等 。在 Python 编程教学中，促进学生的深度学习至关重要。批判性思维要求学生能够对编程知识和问题解决方案进行质疑、分析和评价，不盲目接受现成的答案。例如，在学习 Python 算法时，学生可以对不同算法的优缺点进行比较和分析，思考如何根据具体问题选择最合适的算法。知识迁移能力则使学生能够将在一个编程项目中所学的知识和技能应用到其他项目中。例如，学生在完成一个数据分析项目后，掌握了 Python 的数据处理库和分析方法，能够将这些知识应用到后续的机器学习项目中。复杂问题解决能力让学生能够面对复杂的编程任务，通过分解问题、设计算法、编写代码等步骤，逐步解决问题。

项目式教学以真实任务为驱动，让学生在完成项目的过程中主动学习和应用知识，是促进深度学习的有效方式 。孙冬梅（2023）在 “有趣的整数” 项目案例中，通过将 Python 编程与数学知识相结合，设计了一系列有趣的项目任务，如判断整数的奇偶性、寻找质数、计算阶乘等。学生在完成这些项目的过程中，不仅需要掌握 Python 的基本语法和编程技巧，还需要运用数学知识进行问题分析和算法设计，从而实现了知识的深度融合和应用。在判断整数的奇偶性项目中，学生需要理解 Python 的条件判断语句，并运用数学中的奇偶性定义来编写代码。同时，学生还可以对代码进行优化，提高程序的效率，这就需要他们具备批判性思维和问题解决能力。

项目式教学还能够促进学生高阶思维的发展。在项目实施过程中，学生需要进行项目规划、任务分工、团队协作、成果展示等活动，这些活动能够锻炼学生的沟通能力、团队协作能力、领导能力和创新能力等高阶思维能力 。例如，在一个小组项目中，学生需要共同商讨项目的目标和计划，根据每个成员的特长进行任务分工，在项目实施过程中及时沟通和解决遇到的问题，最后将项目成果以展示的形式呈现给大家。在这个过程中，学生的各项高阶思维能力都得到了锻炼和提升。

三、“做中学” 理念的实践路径

3.1 项目式教学的实施策略

项目式教学是 “做中学” 理念在 Python 编程教学中的重要实践方式。在项目设计时，遵循紧密结合数学、科学等学科知识的原则，设计出具有趣味性和挑战性的 “趣味编程” 任务，以此激发学生的学习兴趣和积极性 。例如，设计一个 “海伦公式求解三角形面积” 的项目。在这个项目中，学生需要运用数学中的海伦公式，即已知三角形三边长度 a、b、c，先计算半周长 s=(a+b+c)/2，再通过公式 area = (s*(s-a)(s-b)(s-c))**0.5 来求解三角形面积。通过这个项目，学生不仅能够巩固 Python 的基本语法，如变量定义、数学运算、函数调用等，还能将数学知识应用到实际编程中，实现学科知识的融合。

项目式教学的实施步骤通常包括需求分析、算法设计、代码实现和调试优化四个阶段 。以芬兰中小学编程教育中 “跨学科项目融合” 模式为例，在需求分析阶段，教师引导学生明确项目的目标和需求，例如在一个与科学课程相关的编程项目中，学生需要通过编程模拟物体的运动轨迹，他们就需要明确要模拟的物体类型、运动方式、需要展示的参数等需求。在算法设计阶段，学生根据需求分析的结果，设计解决问题的算法。对于模拟物体运动轨迹的项目，学生可能会采用物理中的运动学公式，如位移公式 x = v0t + 0.5a*t**2（其中 x 为位移，v0 为初速度，a 为加速度，t 为时间），并将其转化为编程算法。在代码实现阶段，学生运用 Python 语言将算法转化为具体的代码，使用合适的库和函数来实现物体运动轨迹的模拟和展示，如使用 Matplotlib 库进行图形绘制。最后在调试优化阶段，学生对编写好的代码进行测试，检查是否存在语法错误、逻辑错误，以及是否能够达到预期的效果。如果发现问题，学生需要逐步调试代码，优化算法，提高程序的性能和稳定性 。通过这样的项目式教学实施步骤，学生能够在实践中逐步掌握编程技能，提高解决问题的能力。

3.2 跨学科任务设计与脚手架支持

跨学科任务设计是将 “做中学” 理念融入 Python 编程教学的另一种有效方式。通过基于 Scraino 软件的可视化编程，学生可以创作故事、动画或小游戏，实现编程与语文、美术、音乐等学科的融合 。以台儿庄区实验小学的 “趣味编程社团” 实践为例，学生在社团活动中，利用 Scraino 软件创作了许多富有创意的作品。有的学生结合语文课本中的故事，如《小红帽》，通过可视化编程将故事中的角色、场景和情节以动画的形式展现出来。在这个过程中，学生不仅需要运用编程知识来实现动画的效果，如角色的移动、对话的显示、场景的切换等，还需要对语文故事进行深入理解和分析，将文字转化为具体的图像和动作，这就实现了编程与语文的跨学科融合。还有的学生创作了具有音乐元素的小游戏，在游戏中加入了背景音乐和音效，这又涉及到了音乐学科的知识。

为了帮助学生顺利完成跨学科任务，构建有效的脚手架支持至关重要 。教师可以提供丰富的微课资源，针对任务中的重点和难点知识进行详细讲解，如在创作动画时，讲解如何使用 Scraino 软件中的角色动画设置、场景切换技巧等。同时，教师还可以提供任务清单，将复杂的任务分解为一个个具体的小任务，引导学生逐步完成。例如，在创作《小红帽》动画时，任务清单可以包括确定故事角色、设计角色形象、编写角色动作脚本、设置场景背景、添加对话等小任务。此外，教师还应制定评价量表，从多个维度对学生的作品进行评价，如创意性、技术性、学科融合度等，让学生明确自己的努力方向。这与 UbD 理论中的 “理解为本” 教学设计相契合，强调从学生的理解出发，通过提供适当的支持和引导，帮助学生实现对知识的深度理解和应用 。

3.3 差异化教学与合作学习

在初中 Python 编程教学中，学生的编程基础和学习能力存在差异，因此实施差异化教学十分必要 。教师可以针对不同水平的学生设置分层任务。对于基础较弱的学生，设置基础任务，如 “长方形面积计算”。在这个任务中，学生需要掌握 Python 的基本输入输出函数，如使用 input 函数获取长方形的长和宽，使用 print 函数输出计算结果，以及基本的数学运算表达式，如 area = length * width（其中 area 为面积，length 为长，width 为宽），通过这些简单的任务，帮助他们巩固 Python 的基础知识和基本编程技能。对于基础较好、学习能力较强的学生，则设置拓展任务，如 “疫情体温检测系统”。在这个任务中，学生需要运用到文件操作、数据处理、条件判断等更复杂的知识和技能。他们需要读取体温数据文件，对数据进行分析和处理，如判断体温是否正常，统计异常体温的人数等，并根据分析结果进行相应的提示和记录 。

合作学习是促进学生共同进步的有效方式 。在小组合作中，学生可以共同完成复杂的项目任务。例如，在开发一个 Python web 应用程序的项目中，小组成员可以根据各自的优势进行分工，有的负责前端页面的设计，运用 HTML、CSS 和 JavaScript 等知识，创建美观、交互性强的用户界面；有的负责后端逻辑的实现，使用 Python 的 Flask 或 Django 框架，处理用户请求、与数据库进行交互等；还有的负责数据库的设计和管理，选择合适的数据库，如 MySQL 或 SQLite，设计数据库表结构，进行数据的存储和查询等 。在项目实施过程中，学生通过同伴互评的方式，对小组其他成员的工作进行评价和反馈，如评价前端页面的布局是否合理、后端逻辑的实现是否正确、数据库的设计是否高效等。这种同伴互评不仅能够帮助学生发现自己的不足之处，还能从他人的经验中学习，提升自己的反思能力和编程水平，正如蔡先胜（2022）提出的 “协同学习共同体” 策略，强调通过小组合作和同伴互评，促进学生的共同发展 。

四、教学效果评估体系构建

4.1 多维度评估指标设计

为全面、科学地评估 “做中学” 理念在 Python 编程教学中的效果，设计了多维度的评估指标体系，涵盖过程性指标和结果性指标。

过程性指标关注学生在学习过程中的表现，包括代码规范性、调试效率和团队协作表现 。代码规范性是衡量学生编程习惯和素养的重要指标，遵循 PEP8 等代码规范编写的代码，具有更高的可读性和可维护性。例如，在一个 Python 项目中，规范的代码缩进、变量命名规则等，能够使其他开发者更容易理解和修改代码。调试效率反映了学生解决编程问题的能力，在实际编程过程中，学生不可避免地会遇到各种错误，如语法错误、逻辑错误等，能够快速定位和解决这些错误，提高调试效率，是学生编程能力的重要体现 。团队协作表现在小组合作项目中尤为重要，学生需要与小组成员进行有效的沟通、分工协作，共同完成项目任务。例如，在开发一个 Python web 应用程序的小组项目中，成员之间需要明确各自的职责，如前端开发、后端开发、数据库管理等，并及时交流和协调，确保项目的顺利进行。

结果性指标侧重于学生最终的学习成果，包括项目完成度、创新性和知识迁移能力 。项目完成度评估学生是否能够按照要求完整地完成项目任务，包括项目的功能实现、界面设计、文档撰写等方面。例如，在一个数据分析项目中，学生需要完成数据的收集、清洗、分析和可视化等任务，项目完成度高的学生能够全面、准确地完成这些任务，并呈现出高质量的分析报告。创新性体现在学生能够在项目中提出独特的解决方案、创意或功能，展现出创新思维和能力。例如，在一个 Python 游戏开发项目中，学生能够设计出新颖的游戏玩法、独特的角色形象等，为项目增添创新性 。知识迁移能力考察学生能否将在 Python 编程学习中掌握的知识和技能应用到新的情境或问题中。以 “有趣的整数” 项目为例，学生在该项目中学习了循环结构的应用，如通过循环语句判断一个整数是否为质数。如果学生能够将这种循环结构的知识应用到其他项目中，如计算一组整数的平均值、寻找数组中的最大值等，就表明他们具备了一定的知识迁移能力。

4.2 基于 UbD 理论的过程性评价

基于 UbD（理解为本的教学设计）理论，采用过程性评价方法，全面关注学生的学习过程和成长轨迹 。在评价工具方面，运用小组程序设计评价表和反思日志，实现量化评分与质性反馈的有机结合 。小组程序设计评价表从多个维度对学生在小组项目中的表现进行量化评价，如代码质量、团队协作、项目进度等。例如，在代码质量维度，可以从代码的规范性、可读性、效率等方面进行评分；在团队协作维度，可以从团队成员之间的沟通频率、分工合理性、冲突解决能力等方面进行评价 。

反思日志则要求学生记录自己在学习过程中的思考、收获、遇到的问题及解决方法等，通过质性反馈的方式，帮助学生深入反思自己的学习过程，促进自我认知和学习能力的提升 。例如，学生在反思日志中可以记录自己在调试一个复杂程序时遇到的困难，以及通过查阅资料、请教同学或老师最终解决问题的过程和体会，这不仅有助于学生总结经验教训，还能培养他们的自主学习能力和问题解决能力 。

在教学过程中，根据学生的表现及时调整教学策略，这与格兰特・威金斯提出的 “逆向设计” 理念相契合 。教师通过对学生评价结果的分析，了解学生的学习状况和需求，针对学生普遍存在的问题，及时调整教学内容和方法，优化教学过程。例如，如果发现大部分学生在函数调用这一知识点上存在理解困难，教师可以增加相关的案例讲解和练习，加强对学生的指导，帮助他们更好地掌握这一知识点 。

4.3 实证研究与案例分析

通过实证研究和案例分析，进一步验证 “做中学” 理念在 Python 编程教学中的效果。

在初中 Python 课程中，设置 “五星红旗绘制” 任务，以此为案例分析学生的学习效果 。在这个任务中，学生需要运用 Python 的绘图库，如 turtle 库，通过编程实现五星红旗的绘制。在绘制过程中，学生需要运用数学知识计算五角星的坐标位置，运用逻辑思维设计绘制的步骤和顺序，这有助于培养学生的计算思维和问题解决能力 。通过对学生作品的分析，可以评估学生对 Python 绘图库的掌握程度、计算思维的发展水平以及对编程知识的应用能力。例如，观察学生绘制的五角星是否符合比例和位置要求，代码的结构是否清晰合理，是否能够灵活运用循环、条件判断等语句来简化绘制过程等，从而判断学生在编程知识和思维能力方面的提升情况 。

以芬兰的 “跨学科编程项目” 为案例，进行跟踪研究 。芬兰在编程教育中广泛采用跨学科项目式教学，将编程与数学、科学、艺术等多个学科相结合 。在这些项目中，学生通过完成实际的跨学科任务，如设计一个基于编程的科学实验模拟程序、创作一个具有艺术效果的编程作品等，不仅提高了编程技能，还促进了不同学科知识的融合和应用 。通过对比传统教学与实践导向教学的效果差异，发现实践导向的跨学科编程教学能够显著提高学生的学习兴趣、综合能力和创新思维 。在传统教学中，学生可能只是孤立地学习编程知识，缺乏实际应用和跨学科的思考。而在实践导向的教学中，学生在解决实际问题的过程中，能够主动地将不同学科的知识联系起来，培养了综合运用知识的能力和创新思维 。例如，在一个设计科学实验模拟程序的项目中，学生需要运用数学知识建立实验模型，运用科学知识理解实验原理，运用编程知识实现模拟程序，这种跨学科的学习方式能够让学生更加深入地理解和掌握知识，提高解决复杂问题的能力 。

五、挑战与改进建议

5.1 现存挑战

在初中 Python 编程教学实践中，尽管 “做中学” 理念指导下的教学取得了一定成效，但也面临着一些显著挑战。

教师跨学科知识整合能力不足是一个突出问题 。在跨学科任务设计中，需要教师具备多学科的知识储备，能够将 Python 编程与数学、科学、语文、美术等学科知识有机融合。然而，目前部分教师在这方面存在欠缺，难以设计出高质量的跨学科编程任务 。例如，在将 Python 编程与科学实验相结合的任务中，教师可能对科学实验的原理和方法理解不够深入，导致无法引导学生有效地将编程知识应用于实验模拟和数据分析中 。在涉及物理运动学实验的编程任务中，教师如果对运动学公式和实验流程不熟悉，就无法帮助学生准确地将实验数据转化为编程代码，影响学生对跨学科知识的理解和应用 。

学生编程基础差异显著也是教学中需要应对的难题 。由于学生的学习背景和兴趣爱好不同，他们在 Python 编程基础上存在较大差异。部分学生在小学阶段或课外已经接触过编程，具备一定的编程基础和思维能力；而另一部分学生则是初次接触编程，对编程知识和技能的掌握较为困难 。这种差异使得教师在教学过程中难以采用统一的教学方法和进度，满足所有学生的学习需求 。在讲解 Python 的循环结构时，基础较好的学生可能很快就能理解并应用，而基础薄弱的学生可能需要更多的时间和实例来掌握，这就需要教师提供个性化的支持和指导 。

5.2 优化路径

针对上述挑战，提出以下优化路径，以进一步提升初中 Python 编程教学的质量和效果。

开展教师培训，强化项目设计与评估能力是解决教师跨学科知识整合能力不足的关键 。学校和教育部门应定期组织教师参加跨学科培训，邀请不同学科的专家进行讲座和指导，拓宽教师的知识面和视野 。培训内容可以包括数学建模、科学实验设计、语文文学创作等方面的知识，以及如何将这些知识与 Python 编程教学相结合 。例如，在数学建模培训中，教师可以学习如何运用 Python 进行数学模型的构建和求解，了解数学模型在实际问题中的应用，从而能够设计出更具深度和广度的跨学科编程项目 。培训还应注重提升教师的项目评估能力，让教师学会从多个维度对学生的项目成果进行评价，如知识掌握程度、创新思维、团队协作等，为学生提供全面、准确的反馈 。

开发模块化教学资源库，支持弹性学习是满足学生个性化需求的有效方式 。教育机构和教师可以合作开发一个丰富的模块化教学资源库，将 Python 编程知识和跨学科内容分解成一个个独立的模块 。每个模块都包含教学视频、案例代码、练习题等资源，学生可以根据自己的学习进度和需求，自主选择学习模块 。对于基础薄弱的学生，可以从基础的 Python 语法模块开始学习，逐步提升编程能力；而基础较好的学生则可以选择更具挑战性的跨学科项目模块，拓展知识和技能 。资源库还可以设置个性化学习路径推荐功能，根据学生的学习情况和测试结果，为学生推荐适合的学习模块和项目，实现弹性学习 。

六、结论与展望

本研究基于 “做中学” 理念，深入探索了初中 Python 编程教学的实践路径，并通过多维度的评估体系验证了其教学效果。通过项目式教学、跨学科任务设计以及差异化教学与合作学习等实践路径，学生在 Python 编程学习中不仅提升了编程技能，还培养了计算思维、问题解决能力以及团队协作精神 。

在项目式教学中，学生通过完成具有趣味性和挑战性的项目任务，如 “海伦公式求解三角形面积”“疫情体温检测系统” 等，将 Python 编程知识与数学、科学等学科知识有机融合，实现了知识的深度理解和应用 。跨学科任务设计则通过基于 Scraino 软件的可视化编程，让学生创作故事、动画或小游戏，实现了编程与语文、美术、音乐等学科的融合，拓宽了学生的思维视野，激发了学生的创新意识 。差异化教学与合作学习针对学生的个体差异，设置分层任务，并通过小组合作的方式，促进了学生的共同进步和全面发展 。

多维度评估指标体系的设计，全面、科学地评估了学生的学习效果。过程性指标关注学生在学习过程中的表现，如代码规范性、调试效率和团队协作表现等；结果性指标则侧重于学生最终的学习成果，如项目完成度、创新性和知识迁移能力等 。基于 UbD 理论的过程性评价，通过运用小组程序设计评价表和反思日志，实现了量化评分与质性反馈的有机结合，全面关注了学生的学习过程和成长轨迹 。实证研究与案例分析进一步验证了 “做中学” 理念在 Python 编程教学中的有效性，如 “五星红旗绘制” 任务和芬兰的 “跨学科编程项目” 案例，都表明实践导向的教学能够显著提高学生的学习兴趣和综合能力 。

然而，在教学实践中也面临着一些挑战，如教师跨学科知识整合能力不足、学生编程基础差异显著等 。针对这些挑战，提出了开展教师培训、强化项目设计与评估能力，以及开发模块化教学资源库、支持弹性学习等优化路径，以进一步提升教学质量和效果 。

展望未来，随着人工智能技术的不断发展，其在编程教育中的融合应用将成为研究的重要方向 。例如，开发智能反馈系统，利用人工智能技术对学生的编程作品进行实时分析和反馈，提供个性化的学习建议和指导，帮助学生及时发现和解决问题，提高学习效率 。同时，还可以探索利用虚拟现实、增强现实等技术，创设更加真实、生动的编程学习情境，让学生在沉浸式的环境中进行编程实践，进一步激发学生的学习兴趣和创新能力 。通过不断地探索和实践，为培养适应数字时代需求的创新人才提供更加有效的教育模式和方法 。