高中信息技術(shù)Python 編程教學(xué)微項(xiàng)目學(xué)習(xí)研究

林溫陽(yáng)

（福鼎市第六中學(xué)，福建 福鼎 355200）

一、研究背景

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）將計(jì)算思維列入核心素養(yǎng)。編程教育、STEAM 教育和人工智能教育成為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要途徑（任友群，2019）。蘋果之父喬布斯（Steve Jobs，1955～2011）認(rèn)為每個(gè)人都應(yīng)該學(xué)習(xí)編程，因?yàn)樗虝?huì)你如何思考。Python 語(yǔ)言是迄今最接近自然語(yǔ)言的一種輕量型高級(jí)編程語(yǔ)言，非常適合中學(xué)生編程學(xué)習(xí)使用。國(guó)內(nèi)外研究表明：學(xué)習(xí)編程有利于知識(shí)遷移、認(rèn)知推理和思維提升；有利于解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)和社交協(xié)作行為的習(xí)得；有利于塑造提升自我效能感（Self-efficacy），激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)生驅(qū)動(dòng)力。長(zhǎng)期以來(lái)，高中信息技術(shù)編程教學(xué)受內(nèi)容編排及教學(xué)方式的影響，課堂教學(xué)重知識(shí)輕素養(yǎng)、重線性輕融合，難以讓學(xué)生的學(xué)習(xí)走向深處，使用晦澀難懂的文本編程語(yǔ)言解決高度抽象的數(shù)學(xué)問(wèn)題來(lái)教授編程的現(xiàn)象仍較普遍，這并不適應(yīng)當(dāng)前編程教育新形勢(shì)。為了打破這一現(xiàn)狀，筆者嘗試開展Python 編程微項(xiàng)目學(xué)習(xí)的探索實(shí)踐，為學(xué)生提供一套演繹推理、解決問(wèn)題的思維框架。

二、微項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)理念

實(shí)用主義教育學(xué)的代表人物之一克伯屈（W.H.Kilpatrick，1918）最先提出項(xiàng)目的概念與構(gòu)思。后來(lái)神經(jīng)病學(xué)教授巴羅斯（H.S.Barrows，1969）創(chuàng)立了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)理論（Project-based Learning，簡(jiǎn)稱PBL）。它強(qiáng)調(diào)“以學(xué)為中心”，注重學(xué)習(xí)者主體的實(shí)踐性、綜合性和參與性。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教育模式從此風(fēng)靡全球。目前，全國(guó)各地中小學(xué)正如火如荼地開展項(xiàng)目式教學(xué)探索與嘗試。微項(xiàng)目學(xué)習(xí)（Micro Project-based Learning，簡(jiǎn)稱MPBL）作為一種更加高效靈活且實(shí)用的教學(xué)方法，它是根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，將學(xué)科教學(xué)內(nèi)容課時(shí)化、項(xiàng)目化、情境化，讓學(xué)生獲得具體完整的核心概念和解決問(wèn)題的關(guān)鍵能力。

傳統(tǒng)的問(wèn)題解決教學(xué)模式只注重結(jié)果、注重答案，而微項(xiàng)目學(xué)習(xí)更加注重過(guò)程與方法、注重思維與情感。它克服了傳統(tǒng)教學(xué)跨度大、評(píng)價(jià)難、參與度低等難題。學(xué)生積極自主地學(xué)習(xí)，跨越不同學(xué)科的界限，有機(jī)結(jié)合理論與實(shí)踐，注重項(xiàng)目成果的產(chǎn)出……作為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的簡(jiǎn)化模型，微項(xiàng)目學(xué)習(xí)以課時(shí)為單位解構(gòu)學(xué)科知識(shí)體系，將課程總目標(biāo)細(xì)分到每一堂課。它緊扣學(xué)生的學(xué)習(xí)基點(diǎn)，設(shè)計(jì)真實(shí)的問(wèn)題情境，將學(xué)生置于微項(xiàng)目學(xué)習(xí)場(chǎng)中，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度；采用小組合作學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生的溝通協(xié)作能力；有機(jī)整合教學(xué)內(nèi)容與微項(xiàng)目任務(wù)，培育學(xué)生的元認(rèn)知能力。微項(xiàng)目學(xué)習(xí)是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的發(fā)展和延伸，主張理論與實(shí)踐相結(jié)合，依托微項(xiàng)目的任務(wù)合作和成果反饋，促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)，聚焦學(xué)生深度學(xué)習(xí)［1］。

三、微項(xiàng)目學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)

（一）建構(gòu)主義理論

皮亞杰（J.Piaget，1896～1980）關(guān)于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的觀點(diǎn)闡述是：兒童的認(rèn)知發(fā)展絕非依靠知識(shí)傳遞灌輸，而是其自主建構(gòu)內(nèi)化的過(guò)程。微項(xiàng)目學(xué)習(xí)以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自我行為導(dǎo)向?qū)W習(xí)能力，倡導(dǎo)師生共同決策，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程。通常情況下，跨學(xué)科式項(xiàng)目學(xué)習(xí)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，且對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)要求高，在有限的一堂課時(shí)間內(nèi)很難有效開展。為了讓學(xué)生獲得知識(shí)、鍛煉技能、訓(xùn)練思維和提升素養(yǎng)，在常規(guī)課堂教學(xué)中可以將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)微型化，即將單位課時(shí)的核心知識(shí)情境化，項(xiàng)目活動(dòng)清單化，學(xué)習(xí)任務(wù)問(wèn)題化，持續(xù)激活學(xué)生的探索欲望。

（二）做中學(xué)理論

杜威（J.Dewey，1859～1952）提出“做中學(xué)”理論，認(rèn)為學(xué)習(xí)是一個(gè)“學(xué)”和“做”交互迭代的過(guò)程，強(qiáng)調(diào)教育對(duì)象（客體）的主觀能動(dòng)性和社會(huì)適應(yīng)性。鑒于此，在微項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)中應(yīng)做到：（1）與現(xiàn)實(shí)生活相聯(lián)系。社會(huì)實(shí)踐中蘊(yùn)藏著豐富的教學(xué)資源，微項(xiàng)目學(xué)習(xí)需要大膽創(chuàng)新，精心提煉教學(xué)素材，開發(fā)適于課堂應(yīng)用的微項(xiàng)目，讓學(xué)習(xí)不再單調(diào)。（2）以實(shí)踐活動(dòng)為載體。在異步交互學(xué)習(xí)活動(dòng)中，生活教育是學(xué)習(xí)的最佳途徑之一（陶行知，1918）。微項(xiàng)目學(xué)習(xí)應(yīng)為學(xué)習(xí)者提供充足的活動(dòng)機(jī)會(huì)和自由的創(chuàng)作空間，促使其把所學(xué)知識(shí)用于實(shí)踐，在實(shí)踐中體會(huì)知識(shí)的價(jià)值。（3）關(guān)注學(xué)生的個(gè)性多樣化發(fā)展需要。

（三）活動(dòng)理論

前蘇聯(lián)著名心理學(xué)家維果茨基（L.Vygotsky，1896～1934）與列昂捷夫（A.Leontyev，1903～1979）提出了活動(dòng)理論（Activity Theory）。他們認(rèn)為人是在活動(dòng)中形成個(gè)體意識(shí)，主張將個(gè)體活動(dòng)納入社會(huì)活動(dòng)中。學(xué)習(xí)活動(dòng)是在真實(shí)的生活情境中達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)的核心要素，是教學(xué)這一有機(jī)整體的基本單位，它符合教育生態(tài)學(xué)目標(biāo)價(jià)值取向。微項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)群是核心，活動(dòng)過(guò)程、操作方法和交互形式等都是圍繞學(xué)習(xí)任務(wù)群而展開。其中，構(gòu)成微項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)的基本要素有學(xué)習(xí)目標(biāo)、活動(dòng)主題、步驟方法、活動(dòng)資源、過(guò)程監(jiān)管、成果評(píng)價(jià)等。

四、微項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)模式

組織實(shí)施微項(xiàng)目學(xué)習(xí)，首先，結(jié)合目標(biāo)分析、學(xué)情分析和內(nèi)容分析，確定微項(xiàng)目主題和學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)量規(guī)；其次，設(shè)置驅(qū)動(dòng)性項(xiàng)目任務(wù)群和問(wèn)題串，創(chuàng)設(shè)真實(shí)有效的教學(xué)情境；再次，講解微項(xiàng)目學(xué)習(xí)中具體涉及的基礎(chǔ)知識(shí)和基本方法，并提供支撐學(xué)習(xí)的腳手架；最后，針對(duì)微項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過(guò)程和結(jié)果，依據(jù)評(píng)價(jià)量規(guī)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)、總結(jié)與分享。下面，以Python 編程教學(xué)微項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)為例詳加說(shuō)明（如表1 所示）

表1 Python 編程教學(xué)微項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)案例

（一）結(jié)合學(xué)情，選定微項(xiàng)目

學(xué)習(xí)的本質(zhì)是解決問(wèn)題，并在不斷地解決問(wèn)題中訓(xùn)練思維進(jìn)階。組織實(shí)施微項(xiàng)目學(xué)習(xí)時(shí)，應(yīng)做好以下工作：（1）設(shè)定微項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)。在學(xué)科大概念統(tǒng)領(lǐng)下，全面剖析教材知識(shí)體系，整合教學(xué)內(nèi)容，確定單元和課時(shí)的核心知識(shí)和關(guān)鍵能力，這是微項(xiàng)目設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿點(diǎn)。（2）分層設(shè)計(jì)微項(xiàng)目任務(wù)。依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材要求和學(xué)情分析，教師選擇提供一組多個(gè)基于真實(shí)問(wèn)題、適宜合作探究、契合學(xué)習(xí)主題的微項(xiàng)目任務(wù)，支持學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好選取。（3）確定驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題串。提出一些富有挑戰(zhàn)性又貼近生活實(shí)際的真實(shí)問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)學(xué)生在微項(xiàng)目活動(dòng)中不斷探究，反復(fù)修繕作品，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更加積極主動(dòng)、更有意義。（4）提供學(xué)習(xí)資源和認(rèn)知工具，讓學(xué)生事先掌握常量、變量、數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符、表達(dá)式、函數(shù)和三種程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等Python 語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)，確保每個(gè)小組選定的微項(xiàng)目符合預(yù)設(shè)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并能順利完成當(dāng)堂學(xué)習(xí)任務(wù)。

（二）圍繞目標(biāo)制定微方案

在微項(xiàng)目確定之后，教師根據(jù)問(wèn)題實(shí)際、知識(shí)邏輯和學(xué)生認(rèn)知等，對(duì)微項(xiàng)目進(jìn)行整體規(guī)劃，確定微項(xiàng)目所涉及的核心知識(shí)和關(guān)鍵能力。前者要求微項(xiàng)目涉及內(nèi)容要覆蓋單元課時(shí)知識(shí)點(diǎn)，為學(xué)生提供一系列多維度學(xué)習(xí)活動(dòng)體驗(yàn)。例如，選擇單分支、雙分支、多分支或嵌套分支結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)條件判斷；選擇for 語(yǔ)句、while 語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)循環(huán)控制；以及在循環(huán)中break、continue、exit、pass 的區(qū)別等。后者要確保微項(xiàng)目的能力要求符合微項(xiàng)目學(xué)習(xí)總體框架和基本思路，能整合微項(xiàng)目涉及的基本問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的批判性、創(chuàng)造性高階思維［2］。例如，編寫Python 程序模擬擲骰子，將2 粒骰子連續(xù)拋擲50 次，記錄出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù)及其頻次。為此設(shè)計(jì)微項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)群，如表2 所示。

表2 擲骰子微項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)群設(shè)計(jì)

（三）分組合作，實(shí)施微探究

在微項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，學(xué)生以小組為單位，在教師組織下開展自主合作探究學(xué)習(xí)。他們?cè)诮M長(zhǎng)的帶領(lǐng)下，清楚自己所扮演的角色、承擔(dān)的任務(wù)以及即將完成的任務(wù)；對(duì)照評(píng)價(jià)量規(guī)，積極參與深度學(xué)習(xí)；與同伴一道進(jìn)行任務(wù)分解、責(zé)任分工和協(xié)同互助，共同完成微項(xiàng)目學(xué)習(xí)成果的生成與迭代。期間，教師可以向?qū)W生講解示范基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能，或者借助Toontalk、Blockly 等可視化編程工具將計(jì)算思維外顯化表征，或者應(yīng)用跨學(xué)科融合設(shè)計(jì)發(fā)展計(jì)算思維，或者采用小組協(xié)同編程方式，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)角色合理分工［3］。但是，教師不宜過(guò)多地參與學(xué)生學(xué)習(xí)新知，應(yīng)當(dāng)促進(jìn)學(xué)生投入“定向（Own it）、內(nèi)化（Internalize it）、強(qiáng)化（Consolidate it）、掌握（Learn it）、分享（Share it）”的生本學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)框架（李英蓓，2017）。課堂組織實(shí)施微項(xiàng)目學(xué)習(xí)，為了讓課堂教學(xué)更加精彩，需要多重發(fā)力：（1）解讀課標(biāo)、挖掘教材是關(guān)鍵；（2）更新理念、項(xiàng)目選擇是基礎(chǔ)；（3）問(wèn)題解決、思維創(chuàng)新是重點(diǎn)；（4）有序組織、學(xué)法指導(dǎo)是保障；（5）學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)、激勵(lì)發(fā)展是根本。如前述設(shè)計(jì)開發(fā)“模擬擲骰子”Python編程微項(xiàng)目，目標(biāo)是創(chuàng)建模擬擲骰子的Python 程序；問(wèn)題是如何產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)；任務(wù)是當(dāng)接收用戶鍵入字符時(shí)，使用random 模塊生成一個(gè)1～6 之間的隨機(jī)數(shù)。Python 部分源碼如圖1 所示。

圖1 模擬擲骰子Python 部分源碼

（四）梳理總結(jié)，分享微感悟

精彩的課堂總結(jié)可以幫助學(xué)生梳理歸納所學(xué)的理論和技術(shù)，建構(gòu)聯(lián)系緊密、結(jié)構(gòu)清晰的知識(shí)體系，發(fā)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律。核心素養(yǎng)視角下的微項(xiàng)目學(xué)習(xí)是讓學(xué)生通過(guò)對(duì)富有挑戰(zhàn)性任務(wù)的持續(xù)探究，對(duì)核心知識(shí)的復(fù)盤、再思考和再建構(gòu)，完成微項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)和作品的制作與展示。前述學(xué)生完成了“模擬擲骰子”Python 代碼編寫，在組內(nèi)、組間、全班分享自己在微項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)中的體會(huì)感受，交流自己在編寫程序代碼中遇到比較復(fù)雜的難以理解的問(wèn)題，如：函數(shù)模型、邏輯結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)等，而后又是如何嘗試做到細(xì)化分解難題、各個(gè)突破，最終解決問(wèn)題的。這些基于問(wèn)題解決的知識(shí)應(yīng)用統(tǒng)整都是有益的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)分享。

（五）拓展延伸，成果微展評(píng)

學(xué)習(xí)成果展評(píng)是微項(xiàng)目學(xué)習(xí)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。它可以讓學(xué)生更加積極主動(dòng)地投入學(xué)習(xí)，還可以讓學(xué)生從學(xué)習(xí)新知走向協(xié)同創(chuàng)新之路。例如，在“模擬擲骰子”的Python 編程教學(xué)中，利用了微項(xiàng)目學(xué)習(xí)教學(xué)法，學(xué)生以小組形式進(jìn)行了初步的程序編寫，課結(jié)束時(shí)讓學(xué)生將自身作品做班級(jí)展示，并對(duì)項(xiàng)目成品進(jìn)行自評(píng)與互評(píng)。值得一提的是，在微項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)之初，就應(yīng)該事先設(shè)計(jì)好學(xué)習(xí)成果形式和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)量規(guī)。同時(shí)要注意突破學(xué)科本位的藩籬，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)走向深入。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高中信息技術(shù)課堂實(shí)施微項(xiàng)目學(xué)習(xí)，需要以有序規(guī)劃和執(zhí)行微項(xiàng)目學(xué)習(xí)步驟，讓學(xué)生找到適合自己的知識(shí)基礎(chǔ)和發(fā)展需求的微項(xiàng)目為依托。同時(shí)，教師要施予必要的學(xué)法指導(dǎo)，讓學(xué)生順利進(jìn)行理論與實(shí)踐學(xué)習(xí)。最后，教師需要組織學(xué)生進(jìn)行微項(xiàng)目學(xué)習(xí)成果展示和評(píng)價(jià)，讓學(xué)生進(jìn)行復(fù)盤、討論和修繕，增強(qiáng)學(xué)生的成就感和主動(dòng)性，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。開展微項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，沉浸式編程體驗(yàn)讓學(xué)生的分解抽象、模式識(shí)別和算法描述等編程思維品質(zhì)得到了顯著提升［4］。微項(xiàng)目學(xué)習(xí)體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)：（1）依標(biāo)據(jù)本遴選的情境素材承載著提高學(xué)生認(rèn)知和訓(xùn)練學(xué)生思維的功能。（2）任務(wù)群驅(qū)動(dòng)，問(wèn)題串主線貫穿課堂有意義的學(xué)習(xí)全過(guò)程。（3）建構(gòu)模型，培養(yǎng)綜合認(rèn)知能力，訓(xùn)練學(xué)生高階思維。（4）結(jié)合實(shí)踐設(shè)計(jì)的微項(xiàng)目緊扣核心知識(shí)，符合學(xué)生認(rèn)知水平。微項(xiàng)目學(xué)習(xí)在中小學(xué)課堂得到了較廣泛的應(yīng)用，但也出現(xiàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容淺層零散、忽略育人目標(biāo)等諸多問(wèn)題。期待后續(xù)以人工智能教育應(yīng)用研究為契機(jī)，進(jìn)一步探索基于微項(xiàng)目學(xué)習(xí)的學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)路徑。