编程教学中学生自然语言表达的三种场景——以“搭建小型物联系统”单元为例

中国信息技术教育 11-15 72

前言：

目前咱们对“用自然语言描述算法教案”大约比较重视，大家都想要知道一些“用自然语言描述算法教案”的相关知识。那么小编也在网摘上收集了一些有关“用自然语言描述算法教案””的相关资讯，希望看官们能喜欢，小伙伴们一起来了解一下吧！

“身边的算法”是信息科技课程的核心内容。

在从计算机算法到生活算法的学习过程中，一方面要遵循学生认知规律，从简单到复杂，经历命令/图标—程序—算法的学习。

这是计算机角度的从“学”到“用”。

另一方面要体现信息科技的独特课程价值，通过“用”体现信息科技作用，“以”信息科技思维方式去解决生活问题。

这是面向生活问题的从“用”到“以”。

“三步转译编程教学法”专题将通过系列文章，尝试解释问题解决一般方法在信息科技领域内的映射，希望在实践中，从“学”开始，再通过“用”加以体现，最终实现“以”的目标，把深刻落实课标转化成为实际行动。

编程教学中的自然语言表达

1.什么是自然语言表达

语言可以分为自然语言和人工语言，自然语言是指人们在日常生活、日常交际中所使用的语言，又被称作日常语言，如汉语、英语等都是自然语言。

与人工语言不同，自然语言不是按照人为规则设计的，而是由语言使用者自发地发展和演变而来。因此，自然语言往往具有灵活性和多样性，同时也可能存在歧义和模糊性。自然语言包含口头语言形式和书面语言形式。

而编程教学中的自然语言表达是指让学生在课堂学习过程中，或在知识学习后，尝试组织语言对问题、知识进行相关表述或陈述。其中，用自然语言来陈述真实问题是三步转译教学法的第一步转译。

2.关注学生自然语言表达的重要性

美国缅因州国家训练实验室研究了“学习金字塔”，根据外部信息相对于人脑的流向关系，将听讲、阅读、视听、示范/演示归类为“输入式学习”，将讨论、做中学、教给他人/马上应用归类为“输出式学习”，从信息留存率的比较上可以得出结论：输出式学习（或输入输出相结合）的效果要远远好于单纯的输入式学习。

根据赫尔伯特·西蒙等学者提出的“思维信息加工模型”，当大脑获得的信息在工作记忆中被加工并成功进行“编码”后，就会进入长时记忆。学生的自然语言表达属于“输出式学习”的一种，通过讨论、写作、演讲等方式，学生可以将所学知识进行加工和编码，从而更好地存储在长时记忆中。

因此，教师在教学过程中应该注重输出式学习的设计和引导，让学生通过实践和应用来加深对知识的理解和记忆。同时，也要注意不同学习方式的结合，让学生在听讲、阅读、视听等输入式学习的基础上，通过输出式学习提高信息留存率，达到更好的学习效果。

3.编程教学中如何开展自然语言表达

（1）课堂中自然语言表达现状

笔者根据教学实践发现，目前初中学生在信息科技课堂中使用自然语言进行描述与表达的机会依然较为匮乏。其原因有二：

一是班级人数设置的客观原因，学生多，课堂时间有限，教师没有办法让所有学生在课堂中进行充分的表达；

二是学生受“标准答案”的思想束缚，害怕出错而不敢表达，能不表达就不表达。

（2）聚焦书面形式的自然语言表达

课堂中学生的自然语言表达根据表达类型可以分为口头形式和书面形式两种，口头形式的自然语言表达包含发言、讨论、演讲等，书面形式的自然语言表达包含书面陈述等。

书面形式的自然语言表达能够方便记录和保存每个人的自然语言表达过程，同时，学生组织语言后再落笔，可以更加准确表达思想。因此，本文重点聚焦书面形式的自然语言表达。

（3）书面自然语言表达的支架——学案

在书面自然语言表达中，教师可以通过精心设计的学案，引导学生在学习过程中基于自己的理解，尝试组织语言对问题、知识进行相关表述或陈述，以促进对问题的理解。

与一般学案不同的是，本文所说的学案更加注重开放性问题的设计，同时，不设置标准答案直接评价学生书面自然语言表达的对错，而是通过不同的评价维度评价学生自然语言表达的达成程度。

编程教学中的自然语言表达

下面，笔者以“搭建小型物联系统”单元为例，通过课堂中自然语言表达的三种应用场景，依托书面学案形式，促进学生自然语言表达的探索，促进学生编程能力的发展。

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中将“物联网实践与探索”作为主要内容模块之一。笔者以物联网模块内容作为知识框架设计了“搭建小型物联系统”的单元课程，整个单元教学主要应用“情境描述——原理认识——应用迁移”的模式。

其中，《传统教室智能化》一课属于本单元第二部分内容，笔者围绕核心素养制订了本课的教学目标并进行了重难点设计，具体教学设计思路如下图所示。

图

在编程教学中，书面学案是一种重要的教学辅助工具，可以帮助学生更好地理解和掌握编程知识和技能。在自然语言表达的探索中，书面学案也发挥了重要的作用。

教师可以通过设计书面学案，引导学生在情境描述、原理认识和应用迁移等环节进行自然语言表达的练习，提高学生的表达能力和沟通技巧。同时，书面学案也可以记录学生的自然语言表达过程，方便教师进行评估和反馈。

场景一：情境描述——真实问题转译为自然语言

在编程教学中，情境描述是指让学生用自然语言描述问题场景和需求，从而引出编程解决方案的过程。通过情境描述，学生可以更好地理解问题和需求，为编程解决方案的设计提供基础。

例如，在《传统教室智能化》一课中，教师通过教室内的智能灯控场景——魔方控制器摇——摇打开教室灯。通过问题链设计，引导学生了解场景中涉及的设备及各自的作用，再一一对应讲解小型物联系统的四层基本架构，同时要求学生用自己的话描述小型物联系统实现的过程并填写至学案中。

在情境描述场景中在引导学生进行自然语言表达时，首先依托学生学案，同时在课堂中留有足够的时间，让学生思考并用自己的话描述小型物联系统实现的过程，将该过程转译为自然语言文本，引导学生进行相应自然语言的表达，促进学生更好地理解问题和需求。

场景二：原理认识——内隐认知变化转化为外显可见行为

在编程教学中，原理认识是指让学生用自然语言描述编程知识和原理的过程。通过原理认识，学生可以更深入地理解编程知识和原理，为编程实践提供支撑。

例如，在《传统教室智能化》原理认识环节中使用掌控板硬件和Mind+软件来进行实验模拟，采用小组合作形式，在实验中使用两块掌控板分别模拟魔方端和灯光端，魔方端通过板载传感器感知姿态变化，灯光端通过LED反馈控制。实验模拟过程为：阅读并分析代码——补充重要缺失代码——上传并测试代码——实验过程分析。

学生发现，虽然正确填写了魔方端姿态感知和灯光端反馈控制的代码，但是设备并没有连接，这时教师适时地引入物联网MQTT主要协议中Topic订阅的方法，让学生在实践中理解掌握物联网通信技术和协议。通过掌控板模拟实验，完整地实现小型物联系统的搭建，在实验过程中理解物联系统实现设备联网、魔方端感知采集、平台处理、灯光端反馈控制的过程。

本环节同样依托学生学案，在掌控板实验模拟中学生需要阅读代码，并且对实验代码进行功能分析，组织成相应语言文字并最终填写至学案，在原理认知中帮助学生理解各部分代码对应功能，促进外显内隐认知。

场景三：应用迁移——通过外显的语言表达来推断学生能力的发展

在编程教学中，应用迁移是指让学生用自然语言描述编程应用场景和实践的过程。通过应用迁移，学生可以思考更好地将编程知识和原理应用到实际场景中，提高编程实践的能力。

例如，在《传统教室智能化》的应用迁移环节中，根据数字化创新要求，学生在理解了物联网基本原理和功能后，能对物联网的创新应用进行初步的设想。

本节课拓展模块的设计是：从传感器、控制方式、智能设备的多样化，以及复杂联动的定制化等角度出发拓展，请学生在符合物联网基本架构的背景下，畅想并分享一个智能联动场景设计方案，拓展学生对物联网更多形式应用的思考，提高日后在生活和学习中使用物联网技术的应用意识。

根据拓展内容，在书面陈述形式的自然表达中，依然通过学案支架，引导学生从多样化角度出发，描述如何为校园某个场景设计一个智能化方案，学生能够在符合小型物联系统基本架构的背景下，进行脑洞大开却也不脱离生活的各种畅想。

对学生自然语言表达的评价

1.评价维度及评价表设计

对学生书面自然语言表达的评价，可以从以下几个维度进行：

①语言表达的清晰度。包括文字结构是否清晰、是否能够准确地表达自己的想法。

②逻辑的严密性。包括文字逻辑是否紧密有条理、是否能够合理地阐述观点。

③思考的深度。包括文字中是否有深度的思考和分析。笔者设计的评价表如下表所示。