基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的高中生計(jì)算思維培養(yǎng)

葉景輝

摘? 要：在新的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一。按照新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)建議，實(shí)施以項(xiàng)目學(xué)習(xí)為模式，著力通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生在完成不同項(xiàng)目的情境中，讓學(xué)生親歷計(jì)算思維的全過(guò)程，來(lái)實(shí)現(xiàn)高中生計(jì)算思維的培養(yǎng)。該文在對(duì)計(jì)算思維以及項(xiàng)目學(xué)習(xí)的概念解釋后，設(shè)計(jì)了基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)培養(yǎng)高中生計(jì)算思維的方法與過(guò)程，并結(jié)合教學(xué)案例來(lái)說(shuō)明項(xiàng)目學(xué)習(xí)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維? 項(xiàng)目學(xué)習(xí)? 高中信息技術(shù)? 新課程標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G63 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）08（b）-0119-03

在教育部制定的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》上，計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一。同時(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)提倡從被動(dòng)學(xué)習(xí)的“任務(wù)學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)向主動(dòng)學(xué)習(xí)的“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”的教學(xué)建議，因此，在教學(xué)中進(jìn)行了基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的思考和嘗試后，總結(jié)出基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)培養(yǎng)高中生計(jì)算思維的方法。

1? 計(jì)算思維與項(xiàng)目學(xué)習(xí)

1.1 計(jì)算思維

2006年，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》上給出計(jì)算思維（Computational Thinking，CT）的定義。計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)概念求解問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類(lèi)行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。

新課程標(biāo)準(zhǔn)指出，“計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)”。

從上述的關(guān)于計(jì)算思維的定義中可看出，計(jì)算思維是一種思維活動(dòng)，而產(chǎn)生這個(gè)一系列思維活動(dòng)的過(guò)程，正是學(xué)生構(gòu)建知識(shí)，解決問(wèn)題的一個(gè)過(guò)程。因此，筆者將此過(guò)程建立在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)讓學(xué)生在完成一個(gè)個(gè)完整項(xiàng)目的過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)處理的方式去解決實(shí)際問(wèn)題，以促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的提高。

1.2 項(xiàng)目學(xué)習(xí)

項(xiàng)目學(xué)習(xí)（Project-based Learning，PBL）是以學(xué)科的概念和原理為中心，在現(xiàn)實(shí)世界中借助多種資源開(kāi)展探究活動(dòng)，并在一定時(shí)間內(nèi)解決一系列相互關(guān)聯(lián)著的問(wèn)題的一種新型的探究性學(xué)習(xí)模式 。

新課程標(biāo)準(zhǔn)指出，“基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)是指學(xué)生在教師引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，以解決問(wèn)題為導(dǎo)向開(kāi)展方案設(shè)計(jì)、新知學(xué)習(xí)、實(shí)踐探索，具有創(chuàng)新特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)”。

1.3 計(jì)算思維的培養(yǎng)過(guò)程

鑒于計(jì)算思維作為一種思維活動(dòng)，需要在解決問(wèn)題的過(guò)程中不斷經(jīng)歷分析思考、實(shí)踐求證、反饋調(diào)適而逐步形成。因而，基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)，把項(xiàng)目建立在課堂教學(xué)之中，重新組織教學(xué)形式，引導(dǎo)學(xué)生在完成不同項(xiàng)目的過(guò)程中反復(fù)體驗(yàn)計(jì)算思考的過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生計(jì)算思維的提高。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)的實(shí)施過(guò)程描述，一般可分為6個(gè)要素，如圖1所示。

筆者基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)六步模式，從不同維度進(jìn)行計(jì)算思維的提升，最大限度地在基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的課堂中滲透計(jì)算思維的培養(yǎng)。

2? 基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)培養(yǎng)計(jì)算思維的課堂設(shè)計(jì)

要在教學(xué)中貫穿計(jì)算思維的培養(yǎng)，教師要從“學(xué)會(huì)操作”的課堂價(jià)值取向轉(zhuǎn)向形成“學(xué)科核心素養(yǎng)的價(jià)值訴求”，通過(guò)項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生在完成項(xiàng)目的過(guò)程中感受利用計(jì)算機(jī)分析描述問(wèn)題、分解問(wèn)題、解決問(wèn)題等方面，發(fā)展計(jì)算思維。

因而，教師在教材處理，設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)當(dāng)中，要以驅(qū)動(dòng)學(xué)生在解決任務(wù)中利用計(jì)算思維處理問(wèn)題為著眼點(diǎn)，通過(guò)選定項(xiàng)目調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)問(wèn)題解決的興趣;通過(guò)規(guī)劃設(shè)計(jì)、探究活動(dòng)理清問(wèn)題，領(lǐng)悟解決問(wèn)題的方法，理清思維;在實(shí)施項(xiàng)目的問(wèn)題反饋調(diào)適中提升解決問(wèn)題的能力，訓(xùn)練思維;通過(guò)成果交流、活動(dòng)評(píng)價(jià)強(qiáng)化解決問(wèn)題的意識(shí)，塑造思維，最終達(dá)到培養(yǎng)計(jì)算思維的目的。為此，在基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)研究上，主要從以下方面進(jìn)行嘗試（見(jiàn)表1）。

第一，選定項(xiàng)目。選定項(xiàng)目是項(xiàng)目學(xué)習(xí)的前提，項(xiàng)目設(shè)計(jì)的好壞直接影響著學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的興趣，影響著計(jì)算思維的興趣度。教師引導(dǎo)學(xué)生站在計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的角度分析思考，描述問(wèn)題，遵循針對(duì)性和有實(shí)用價(jià)值的原則選定項(xiàng)目，盡快使學(xué)生形成思維興趣。

第二，規(guī)劃設(shè)計(jì)，探究活動(dòng)。組織學(xué)生對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃、探究是基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)提升計(jì)算思維方法的關(guān)鍵。在這過(guò)程教師要建立讓學(xué)生積極參與的課堂，貫徹“自主學(xué)習(xí)，合作探究”的教學(xué)理念，通過(guò)探討求證項(xiàng)目開(kāi)發(fā)是否有意義，技術(shù)上是否可行等問(wèn)題，讓學(xué)生一步步地自我啟發(fā)，形成計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的方案，凝練出計(jì)算思維方法。甚至可組織研討會(huì)，討論項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，共同解決，這樣通過(guò)師生共同探討的方法修正自己的思維策略，使思維的發(fā)展處于開(kāi)放的環(huán)境中，循序漸進(jìn)地幫助學(xué)生理清思維，提高學(xué)生的計(jì)算思維方法。

第三，項(xiàng)目實(shí)施。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中必定會(huì)遇到各種狀況，師生必須經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試進(jìn)行化解，這些狀況的化解過(guò)程同樣是經(jīng)歷計(jì)算思維的過(guò)程，是訓(xùn)練計(jì)算思維的重要流程。在實(shí)施過(guò)程中，教師可以根據(jù)情況，通過(guò)難題分解、難題抽象、實(shí)踐探索等，具體化計(jì)算思維，幫助學(xué)生解決一般性問(wèn)題。通過(guò)組建互助小組，引導(dǎo)學(xué)生在交流互助中共同提升思維和能力，達(dá)到提高學(xué)生計(jì)算思維能力的目標(biāo)。

第四，成果交流，活動(dòng)評(píng)價(jià)。學(xué)生在完成項(xiàng)目后，演示各自的成果，并反饋開(kāi)發(fā)過(guò)程碰到哪些難題、這些問(wèn)題如何解決，通過(guò)這種思維交流的過(guò)程，幫助學(xué)生得到較全面的知識(shí)，這對(duì)強(qiáng)化學(xué)生計(jì)算思維大有裨益。同時(shí)，老師的評(píng)述要注重引導(dǎo)，點(diǎn)評(píng)學(xué)生思路的不足和閃光點(diǎn)，客觀地檢驗(yàn)學(xué)生的獨(dú)立思考和分析能力，繼而幫助學(xué)生提升計(jì)算思維意識(shí)的能力。

3? 基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)培養(yǎng)計(jì)算思維教學(xué)案例

為了清晰地介紹基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)培養(yǎng)計(jì)算思維的過(guò)程，該文引用筆者的一堂APP INVENTOR應(yīng)用課《“我運(yùn)動(dòng)，我做主”制作簡(jiǎn)易計(jì)步器主題項(xiàng)目活動(dòng)》來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

課題：《“我運(yùn)動(dòng)，我做主”制作簡(jiǎn)易計(jì)步器主題項(xiàng)目活動(dòng)》

學(xué)科核心素養(yǎng)：（1）根據(jù)解決問(wèn)題的需要，自覺(jué)地尋求恰當(dāng)?shù)姆绞将@取與處理信息（信息意識(shí)）。（2）能夠采用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法形成解決問(wèn)題的方案（計(jì)算思維）。（3）運(yùn)用相應(yīng)的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源與工具，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）。

教學(xué)內(nèi)容：利用APP Inventor制作簡(jiǎn)易計(jì)步器的主題項(xiàng)目活動(dòng)。

教學(xué)目標(biāo)：（1）知道分析分解問(wèn)題、抽象問(wèn)題、設(shè)計(jì)算法和程序?qū)崿F(xiàn)的方法和過(guò)程;（2）體驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的過(guò)程，提高實(shí)踐與思維能力。

教學(xué)過(guò)程：

（1）情境引入。

引言：“你今天運(yùn)動(dòng)了嗎？每日練走步，不用進(jìn)藥鋪”，我們都希望有個(gè)強(qiáng)健的體魄，現(xiàn)在很多穿戴設(shè)備都有計(jì)步等功能，可以測(cè)出步數(shù)以及相關(guān)的健康數(shù)據(jù)。而一般手機(jī)都會(huì)帶有振動(dòng)傳感器和電子計(jì)數(shù)器，因此我們也能利用現(xiàn)成的設(shè)備設(shè)計(jì)屬于自己的計(jì)步器。

學(xué)生體驗(yàn)安裝在手機(jī)上的計(jì)步器小程序，體驗(yàn)“開(kāi)始計(jì)步”“結(jié)束計(jì)步”“語(yǔ)音播報(bào)”等功能，初步了解該項(xiàng)目活動(dòng)要完成的內(nèi)容。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)將學(xué)生引入具體的生活事件中，開(kāi)展“項(xiàng)目”教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生共同參與計(jì)步器的體驗(yàn)和設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生探究計(jì)步器制作的熱情。

（2）“計(jì)步器制作”主題項(xiàng)目任務(wù)說(shuō)明

該主題采用基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式，過(guò)程分為：項(xiàng)目論證與實(shí)施方向、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與方案制訂、探究活動(dòng)與項(xiàng)目實(shí)施、成果交流與活動(dòng)評(píng)價(jià)4個(gè)階段。

環(huán)節(jié)一：項(xiàng)目論證與實(shí)施方向。

教師活動(dòng)：需要解決的問(wèn)題：①計(jì)步器的作用及原理;②計(jì)步器項(xiàng)目研究意義。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生確定項(xiàng)目主題，搜集資料，了解計(jì)步器工作原理，論證可行性。

設(shè)計(jì)意圖：確定學(xué)生研究興趣，為完成計(jì)步器制作提供理論基礎(chǔ)和整體思想。

環(huán)節(jié)二：制訂方案，完成思維導(dǎo)圖。

教師活動(dòng)：結(jié)合生活場(chǎng)景，指導(dǎo)學(xué)生完成計(jì)步器方案和思維導(dǎo)圖的完成。

學(xué)生活動(dòng)：按要求完成方案的制訂，掌握APP設(shè)計(jì)的基本思想和方法。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)思維導(dǎo)圖的建立，促進(jìn)關(guān)鍵因素或環(huán)節(jié)的問(wèn)題解決。

環(huán)節(jié)三：探究活動(dòng)，實(shí)施項(xiàng)目。

教師活動(dòng)：利用APP Inventor平臺(tái)開(kāi)發(fā)計(jì)步器程序，提供相關(guān)微課作為參考，個(gè)別指導(dǎo)學(xué)生，時(shí)刻關(guān)注課堂生成。

關(guān)鍵問(wèn)題1：關(guān)于文本截?。孩俳厝creen傳來(lái)的文本（學(xué)號(hào)）;②把截取的文本賦值給學(xué)號(hào)變量。

關(guān)鍵問(wèn)題2：關(guān)于傳感器與多媒體：①關(guān)于計(jì)步器傳感器;②關(guān)于語(yǔ)音識(shí)別器。

學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)項(xiàng)目主題，理清每項(xiàng)組件的邏輯思路，完成從開(kāi)發(fā)到調(diào)試到程序的生成。

設(shè)計(jì)意圖：提高利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力，在項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)過(guò)程中必定會(huì)遇到各種狀況，學(xué)生必須經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試進(jìn)行化解，這些狀況的化解過(guò)程同樣是經(jīng)歷計(jì)算思維的過(guò)程。

環(huán)節(jié)四：成果交流，活動(dòng)評(píng)價(jià)。

教師活動(dòng)：展示學(xué)生成果，點(diǎn)評(píng)學(xué)生的完成情況。并結(jié)合學(xué)生在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中的表現(xiàn)，客觀地對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。

學(xué)生活動(dòng)：每組的代表演示各自的項(xiàng)目成果，陳述項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程遇到的難題，這些問(wèn)題如何解決，并回答師生提出的疑問(wèn)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)師生的展示與評(píng)價(jià)，揭示項(xiàng)目與教材知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，理順其變化發(fā)展規(guī)律，鞏固學(xué)生利用計(jì)算機(jī)方式解決問(wèn)題的思維能力，提升計(jì)算思維意識(shí)。

（3）總結(jié)引導(dǎo)。

教師總結(jié)所學(xué)，鼓勵(lì)同學(xué)用所學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活問(wèn)題，同時(shí)能否繼續(xù)改進(jìn)計(jì)步器，為生活增添樂(lè)趣。

學(xué)生用心聆聽(tīng)，體會(huì)程序開(kāi)發(fā)對(duì)生活、學(xué)習(xí)的作用。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)、合理使用信息技術(shù)。

該案例對(duì)計(jì)步器的制作實(shí)施了基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，分別進(jìn)行了情境引入、項(xiàng)目論證（形成思維）、制訂方案與完成思維導(dǎo)圖（理清思維）、探究活動(dòng)與實(shí)施項(xiàng)目（訓(xùn)練思維）、成果交流與評(píng)價(jià)（提升思維）一系列過(guò)程，并利用APP INVENTOR編程工具實(shí)現(xiàn)程序開(kāi)發(fā)，使得學(xué)生經(jīng)歷以計(jì)算機(jī)的思維角度去解決實(shí)際問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)。

4? 結(jié)語(yǔ)

如何基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)培養(yǎng)計(jì)算思維，這對(duì)許多信息技術(shù)教師來(lái)說(shuō)仍是一個(gè)難題，筆者在對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)學(xué)習(xí)和思考的基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)實(shí)際，總結(jié)出基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)培養(yǎng)高中生計(jì)算思維的方法，希望能為廣大信息技術(shù)教師實(shí)施新課標(biāo)教學(xué)提供參考。

參考文獻(xiàn)

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