基于計(jì)算思維培養(yǎng)的項(xiàng)目教學(xué)應(yīng)用研究
——以高中信息技術(shù)課程為例

福建省寧德市古田縣第一中學(xué) 翁錦琳

一、基于計(jì)算思維培養(yǎng)的項(xiàng)目教學(xué)背景

隨著人工智能和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，信息技術(shù)學(xué)科地位不斷提升。普通高中新課標(biāo)（2017版）將信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任作為信息技術(shù)學(xué)科的四大核心素養(yǎng)。其中，計(jì)算思維作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的一種重要思維，尤其受到關(guān)注。計(jì)算思維是我們現(xiàn)代數(shù)字化公民所必須具備的重要思維。在高中階段，如何培養(yǎng)計(jì)算思維成為一個(gè)重要課題。

傳統(tǒng)的信息技術(shù)教學(xué)，強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生的信息常識和計(jì)算機(jī)操作技能。教師講解知識、演示操作，學(xué)生完成上機(jī)任務(wù)。在這種教學(xué)模式下，更加關(guān)注學(xué)生的信息技術(shù)知識或軟件工具的使用，學(xué)生缺少思考解決問題的過程，這對于學(xué)生計(jì)算思維的提升是不利的。而項(xiàng)目教學(xué)法，以建構(gòu)主義和認(rèn)知主義為理論基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)“人是主動(dòng)參與獲取知識過程”，強(qiáng)調(diào)“在實(shí)踐中建構(gòu)知識”，采用的是類似工程建設(shè)的方法來開展教學(xué)，學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中，通過探究與合作，能夠充分地分析、理解問題，將問題抽象化、符號化，并思考如何利用計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代信息技術(shù)工具完成問題求解或系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)知識的建構(gòu)和思維能力的提升。

二、基于計(jì)算思維培養(yǎng)的項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施應(yīng)用

（一）基于計(jì)算思維培養(yǎng)的項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)

通過項(xiàng)目教學(xué)提升學(xué)生的計(jì)算思維是一種較為可行的方法。計(jì)算思維三維框架理論指出，計(jì)算思維包含計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐和計(jì)算觀念。一個(gè)面向計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)項(xiàng)目的完整實(shí)施，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生在學(xué)習(xí)項(xiàng)目相關(guān)知識的過程中加固“計(jì)算概念”，在動(dòng)手實(shí)踐過程中培養(yǎng)“計(jì)算實(shí)踐”能力，在思考分析和表達(dá)交流過程中提升“計(jì)算觀念”。

基于計(jì)算思維培養(yǎng)的項(xiàng)目教學(xué)，可能涉及三方面的內(nèi)容和目標(biāo)。第一,概念和知識類的教學(xué)內(nèi)容，例如程序語言的基本語句、語法、基本控制結(jié)構(gòu)、簡單程序的編寫等，主要培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算概念”，項(xiàng)目實(shí)施過程建議以學(xué)生自主探究為主；第二，設(shè)計(jì)開發(fā)類的教學(xué)內(nèi)容，例如完成小軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)，主要培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算實(shí)踐”，包括模塊化設(shè)計(jì)、程序調(diào)試和軟件測試等能力。項(xiàng)目實(shí)施過程建議，以學(xué)生協(xié)作探究為主，可以是線下面對面協(xié)作，也可以是線上遠(yuǎn)程協(xié)作，還可以是線上線下相結(jié)合的混合式協(xié)作；第三，問題探究類的教學(xué)內(nèi)容。在問題探究過程中鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)、聯(lián)系、質(zhì)疑，促進(jìn)良好的思維習(xí)慣和價(jià)值觀的形成，從而培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算觀念”。計(jì)算觀念是在學(xué)生在完成項(xiàng)目過程中，通過自主、合作和探究學(xué)習(xí)逐步形成的。

（二）基于計(jì)算思維培養(yǎng)的項(xiàng)目教學(xué)應(yīng)用策略

項(xiàng)目教學(xué)過程主要包括“情境引入”“任務(wù)布置”“項(xiàng)目實(shí)施”“交流評價(jià)”等四個(gè)階段。筆者根據(jù)廣東版高中信息技術(shù)新教材（2017新課標(biāo)版）必修1《數(shù)據(jù)與計(jì)算》第四章“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的內(nèi)容，設(shè)計(jì)了項(xiàng)目教學(xué)——“編制單詞翻譯軟件”。下面針對高中階段的學(xué)情特點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維為目標(biāo)，提出項(xiàng)目教學(xué)各階段的教學(xué)策略，并以此項(xiàng)目為例加以說明。

1.結(jié)合生活情境，精心設(shè)計(jì)項(xiàng)目

良好的情境創(chuàng)設(shè)能夠激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)生積極主動(dòng)性，并能突顯項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性。在完成項(xiàng)目的過程中，師生以一種平等的狀態(tài)共同參與項(xiàng)目，通過良好的互動(dòng)，形成具有創(chuàng)新色彩的“教學(xué)共同體”。

在“編制單詞翻譯軟件”項(xiàng)目的情境引入階段，教師結(jié)合機(jī)器翻譯這一生活情景，演示功能強(qiáng)大的翻譯軟件，并引出項(xiàng)目內(nèi)容。這樣便賦予項(xiàng)目一定的實(shí)際意義，并使項(xiàng)目具有工程背景，大大提升學(xué)生的動(dòng)力。情境創(chuàng)設(shè)還可以貫穿多個(gè)項(xiàng)目，使項(xiàng)目更具連貫性。新教材第四章“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”前一章的內(nèi)容為“算法基礎(chǔ)”，關(guān)系密切。因此教師可以把這個(gè)情境往前延伸至第三章“算法基礎(chǔ)”，設(shè)計(jì)第三章的項(xiàng)目內(nèi)容為“設(shè)計(jì)單詞查找算法”，使兩個(gè)章節(jié)的項(xiàng)目基于同一情境，形成一個(gè)大項(xiàng)目。學(xué)生通過完成“設(shè)計(jì)單詞查找算法”項(xiàng)目，學(xué)習(xí)算法基礎(chǔ)知識；通過完成“編制單詞翻譯軟件”項(xiàng)目，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識。

2.合理設(shè)計(jì)任務(wù)，突顯計(jì)算思維

任務(wù)的布置是整個(gè)項(xiàng)目教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，任務(wù)設(shè)計(jì)的合理度決定著項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)效性。因此，對于中小學(xué)生來說，項(xiàng)目任務(wù)設(shè)計(jì)不宜過多、過難，可操作性一定要強(qiáng)，以利于項(xiàng)目教學(xué)的開展。對于“編制單詞翻譯軟件”項(xiàng)目，教師設(shè)置三個(gè)任務(wù)：

（1）必選任務(wù)：使用順序查找法編寫單詞翻譯程序。通過完成此任務(wù)，學(xué)生能夠理解python語言的相關(guān)概念，掌握順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)三種基本結(jié)構(gòu)的寫法，并學(xué)會(huì)編寫簡單的python程序。此任務(wù)較為簡單，大多數(shù)學(xué)生都能完成；（2）進(jìn)階任務(wù)：根據(jù)教師提供的參考資料，使用二分查找算法來編寫單詞翻譯程序。要求在順序查找和二分查找兩個(gè)程序中加入輸出查找次數(shù)的語句，通過查看程序運(yùn)行結(jié)果，對比順序查找和二分查找兩種算法的效率，并提出有關(guān)算法效率的問題供學(xué)生分析思考及討論交流。此任務(wù)供學(xué)有余力的學(xué)生完成；（3）挑戰(zhàn)任務(wù)：使用字典樹編寫單詞翻譯程序，并提出字典樹相關(guān)問題供學(xué)生探究。字典樹涉及高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要為少數(shù)參加信息學(xué)奧賽的學(xué)生設(shè)計(jì)的。這樣的分層設(shè)計(jì)能夠兼顧不同程度的學(xué)生。

3.積極開展項(xiàng)目，注重合作探究

項(xiàng)目的實(shí)施是整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐環(huán)節(jié)，是整個(gè)項(xiàng)目教學(xué)的主體。在開展項(xiàng)目的過程中，教師應(yīng)該摒棄傳統(tǒng)的“滿堂灌”的思想，放手讓學(xué)生去思考、實(shí)踐，通過自主、合作、探究，提升學(xué)生的計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐、計(jì)算觀念等計(jì)算思維能力。

在“編制單詞翻譯軟件”項(xiàng)目實(shí)施過程中，小組成員在編寫程序時(shí)可能遇到許多困難，這時(shí)教師不能直接把代碼發(fā)給學(xué)生，而應(yīng)當(dāng)提供思路和簡單范例啟發(fā)學(xué)生思考；學(xué)生小組在調(diào)試程序過程中，可能會(huì)碰到許多語法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤，這時(shí)教師不宜直接給出錯(cuò)誤所在，而應(yīng)當(dāng)提供學(xué)生調(diào)試程序的方法和思路，引導(dǎo)學(xué)生完成調(diào)試過程。在學(xué)生編寫程序過程中，教師應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生多合作，體會(huì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的樂趣，并鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生嘗試用多種查找算法解決單詞翻譯問題。

4.成果展示交流，開展多元評價(jià)

學(xué)生完成項(xiàng)目任務(wù)后，便進(jìn)入展示交流環(huán)節(jié)。教師應(yīng)當(dāng)安排相應(yīng)的課時(shí)，讓小組代表上臺展示成果，其他小組同學(xué)提出疑惑，然后師生進(jìn)行研討，以類似論文答辯的形式開展此環(huán)節(jié)。交流后，小組成員應(yīng)當(dāng)對別人提出的問題進(jìn)行“頭腦風(fēng)暴”，梳理、歸納、提升，從而使知識達(dá)到內(nèi)化。這個(gè)環(huán)節(jié)，是教師在開展項(xiàng)目過程中最容易忽略或弱化的重要環(huán)節(jié)。展示交流能夠讓學(xué)生進(jìn)一步加深對知識的理解，鍛煉學(xué)生的口頭表達(dá)能力，展示交流能力，還能夠讓學(xué)生提前熟悉論文答辯的氛圍，為以后邁入高校做準(zhǔn)備。

最后便是教學(xué)評價(jià)。教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)提供多種評價(jià)方式，如診斷性評價(jià)和過程性評價(jià)相結(jié)合，自評、互評、師評相結(jié)合等。教師要特別注重過程性評價(jià)。學(xué)生在完成項(xiàng)目過程中表現(xiàn)良好，教師應(yīng)當(dāng)多表揚(yáng)；若遇到困難無法解決，或進(jìn)展緩慢，教師也應(yīng)當(dāng)多給予鼓勵(lì)。過程性評價(jià)的開展對學(xué)生整個(gè)項(xiàng)目的完成起到了催化作用。建議加入“訪談法評價(jià)”，對學(xué)生的作品開展訪談。在“編制單詞翻譯軟件”項(xiàng)目評價(jià)階段，可以針對“學(xué)生對算法的理解”“如何調(diào)試程序”“如何解決在編程過程中遇到的困難”“是否喜歡程序設(shè)計(jì)”“喜歡程序設(shè)計(jì)的理由”等問題與學(xué)生展開訪談，根據(jù)訪談情況填寫項(xiàng)目的過程性評價(jià)表。這種評價(jià)方法是專門為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維設(shè)計(jì)的。

在完成整個(gè)項(xiàng)目的過程中，學(xué)生理解了程序設(shè)計(jì)的基本概念，學(xué)會(huì)了簡單程序設(shè)計(jì)，這是“計(jì)算概念”；學(xué)生經(jīng)歷了軟件開發(fā)的過程，掌握了程序的模塊化設(shè)計(jì)及程序調(diào)試的方法，這是“計(jì)算實(shí)踐”；而在問題探究過程中，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)與合作交流，更深入地理解算法和程序，產(chǎn)生新想法，對程序設(shè)計(jì)產(chǎn)生熱愛，這便是“計(jì)算觀念”。

三、在項(xiàng)目教學(xué)中加入“雙線”設(shè)計(jì)

目前的項(xiàng)目教學(xué)過于注重“項(xiàng)目”，以“項(xiàng)目”為中心，忽略了“知識體系”，存在較大的弊端。首先，以計(jì)算思維培養(yǎng)為主的項(xiàng)目，涉及算法和編程，難度較大，這些內(nèi)容如果沒有教師講解和范例參考，對于高中學(xué)生來說較難完成；其次，一個(gè)項(xiàng)目不可能把知識體系全包含進(jìn)去，也就是說完成這個(gè)項(xiàng)目里面所包含的知識可能是不完整的，學(xué)生無法系統(tǒng)掌握整個(gè)知識體系，沒能完全實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

筆者在項(xiàng)目教學(xué)過程中加入“雙線”設(shè)計(jì)，提出“雙線項(xiàng)目教學(xué)法”。雙線項(xiàng)目教學(xué)，即以“項(xiàng)目”為主線的基礎(chǔ)上，再增加“知識系統(tǒng)”作為輔線，提供知識思維導(dǎo)圖、簡單范例集、教學(xué)課件、微課等教學(xué)資源供學(xué)生學(xué)習(xí)，并設(shè)計(jì)軟件幫助文檔作為輔助工具，從而彌補(bǔ)項(xiàng)目教學(xué)中知識體系的不完整。這樣，在開展項(xiàng)目教學(xué)過程中，兼顧了“項(xiàng)目”和“知識”，不僅有利于實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，還降低了項(xiàng)目教學(xué)的難度，為項(xiàng)目教學(xué)的常態(tài)化開展提供了保證。當(dāng)然，“知識系統(tǒng)”這條線是融合在“項(xiàng)目”線中的，兩者有機(jī)結(jié)合。

在“編制單詞翻譯軟件”項(xiàng)目中，教師可以將py?thon語言的基礎(chǔ)知識、輸入輸出語句、if語句、for循環(huán)和while循環(huán)語句等知識點(diǎn)做成微課供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并設(shè)計(jì)一些簡單的程序范例模板供學(xué)生參考，范例不能是項(xiàng)目本身的內(nèi)容，否則學(xué)生一味模仿，計(jì)算思維能力得不到培養(yǎng)，從而失去項(xiàng)目教學(xué)的意義。必要時(shí)，在項(xiàng)目開展之前或項(xiàng)目完成過程中穿插基礎(chǔ)知識的講解。這樣設(shè)計(jì)能夠讓學(xué)生在編寫程序時(shí)有范例和知識體系做參考，事半功倍。學(xué)生既學(xué)到完整的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識，又完成了項(xiàng)目，計(jì)算思維能力得到迅速提升。

四、結(jié)語

基于計(jì)算思維培養(yǎng)的項(xiàng)目教學(xué)對于新課程改革意義重大。信息技術(shù)教師在開展項(xiàng)目教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)創(chuàng)設(shè)良好的生活情境，設(shè)計(jì)合理的項(xiàng)目，在項(xiàng)目實(shí)施過程中引導(dǎo)學(xué)生多思考與實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，注重多元評價(jià)，并將“項(xiàng)目”與“知識”雙管齊下，從而不斷提升信息技術(shù)課堂教學(xué)的實(shí)效性。