基于計算思維培養(yǎng)的項目教學應用研究

【摘? 要】本文以2017版普通高中新課標為背景，以建構主義和計算思維三維框架為理論基礎，結合教學實踐，提出在高中信息技術課程中通過項目教學培養(yǎng)學生計算思維的措施，并主張在傳統(tǒng)的項目教學中加入“雙線”設計，從而提升項目教學的實效性。

【關鍵詞】計算思維;高中信息技術;項目教學

中圖分類號：G633? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：0493-2099（2020）32-0075-03

【Abstract】Based on the 2017 version of the general high school new curriculum standard， this article uses constructivism and the three-dimensional framework of computational thinking as the theoretical basis， combined with teaching practice， and proposes measures to train students computational thinking through project teaching in high school information technology courses. The "double-line" design is added to the project teaching to improve the effectiveness of project teaching.

【Keywords】Computational thinking; High school information technology; Project teaching

一、基于計算思維培養(yǎng)的項目教學背景

隨著人工智能和大數(shù)據(jù)時代的到來，信息技術學科地位不斷提升。普通高中新課標（2017版）將信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任作為信息技術學科的四大核心素養(yǎng)。其中，計算思維作為計算機科學的一種重要思維，尤其受到關注。計算思維是我們現(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)計算思維成為一個重要課題。

傳統(tǒng)的信息技術教學，強調(diào)的是學生的信息常識和計算機操作技能。教師講解知識、演示操作，學生完成上機任務。在這種教學模式下，更加關注學生的信息技術知識或軟件工具的使用，學生缺少思考解決問題的過程，這對于學生計算思維的提升是不利的。而項目教學法，以建構主義和認知主義為理論基礎，強調(diào)“人是主動參與獲取知識過程”，強調(diào)“在實踐中建構知識”，采用的是類似工程建設的方法來開展教學，學生在完成項目的過程中，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，并思考如何利用計算機等現(xiàn)代信息技術工具完成問題求解或系統(tǒng)設計，從而實現(xiàn)知識的建構和思維能力的提升。

二、基于計算思維培養(yǎng)的項目教學實施應用

（一）基于計算思維培養(yǎng)的項目教學內(nèi)容和目標

通過項目教學提升學生的計算思維是一種較為可行的方法。計算思維三維框架理論指出，計算思維包含計算概念、計算實踐和計算觀念。一個面向計算思維培養(yǎng)的教學項目的完整實施，應當讓學生在學習項目相關知識的過程中加固“計算概念”，在動手實踐過程中培養(yǎng)“計算實踐”能力，在思考分析和表達交流過程中提升“計算觀念”。

基于計算思維培養(yǎng)的項目教學，可能涉及三方面的內(nèi)容和目標。第一，概念和知識類的教學內(nèi)容，例如程序語言的基本語句、語法、基本控制結構、簡單程序的編寫等，主要培養(yǎng)學生的“計算概念”，項目實施過程建議以學生自主探究為主;第二，設計開發(fā)類的教學內(nèi)容，例如完成小軟件的設計與開發(fā)，主要培養(yǎng)學生的“計算實踐”，包括模塊化設計、程序調(diào)試和軟件測試等能力。項目實施過程建議，以學生協(xié)作探究為主，可以是線下面對面協(xié)作，也可以是線上遠程協(xié)作，還可以是線上線下相結合的混合式協(xié)作;第三，問題探究類的教學內(nèi)容。在問題探究過程中鼓勵學生表達、聯(lián)系、質疑，促進良好的思維習慣和價值觀的形成，從而培養(yǎng)學生的“計算觀念”。計算觀念是在學生在完成項目過程中，通過自主、合作和探究學習逐步形成的。

（二）基于計算思維培養(yǎng)的項目教學應用策略

項目教學過程主要包括“情境引入”“任務布置”“項目實施”“交流評價”等四個階段。筆者根據(jù)廣東版高中信息技術新教材（2017新課標版）必修1《數(shù)據(jù)與計算》第四章“程序設計基礎”的內(nèi)容，設計了項目教學——“編制單詞翻譯軟件”。下面針對高中階段的學情特點，以培養(yǎng)學生計算思維為目標，提出項目教學各階段的教學策略，并以此項目為例加以說明。

1.結合生活情境，精心設計項目

良好的情境創(chuàng)設能夠激發(fā)學生興趣，提高學生積極主動性，并能突顯項目教學內(nèi)容的實用性。在完成項目的過程中，師生以一種平等的狀態(tài)共同參與項目，通過良好的互動，形成具有創(chuàng)新色彩的“教學共同體”。

在“編制單詞翻譯軟件”項目的情境引入階段，教師結合機器翻譯這一生活情景，演示功能強大的翻譯軟件，并引出項目內(nèi)容。這樣便賦予項目一定的實際意義，并使項目具有工程背景，大大提升學生的動力。情境創(chuàng)設還可以貫穿多個項目，使項目更具連貫性。新教材第四章“程序設計基礎”前一章的內(nèi)容為“算法基礎”，關系密切。因此教師可以把這個情境往前延伸至第三章“算法基礎”，設計第三章的項目內(nèi)容為“設計單詞查找算法”，使兩個章節(jié)的項目基于同一情境，形成一個大項目。學生通過完成“設計單詞查找算法”項目，學習算法基礎知識;通過完成“編制單詞翻譯軟件”項目，學習程序設計基礎知識。

2.合理設計任務，突顯計算思維

任務的布置是整個項目教學的重要環(huán)節(jié)，任務設計的合理度決定著項目教學的實效性。因此，對于中小學生來說，項目任務設計不宜過多、過難，可操作性一定要強，以利于項目教學的開展。對于“編制單詞翻譯軟件”項目，教師設置三個任務：

（1）必選任務：使用順序查找法編寫單詞翻譯程序。通過完成此任務，學生能夠理解python語言的相關概念，掌握順序結構、選擇結構、循環(huán)結構三種基本結構的寫法，并學會編寫簡單的python程序。此任務較為簡單，大多數(shù)學生都能完成;（2）進階任務：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程序中加入輸出查找次數(shù)的語句，通過查看程序運行結果，對比順序查找和二分查找兩種算法的效率，并提出有關算法效率的問題供學生分析思考及討論交流。此任務供學有余力的學生完成;（3）挑戰(zhàn)任務：使用字典樹編寫單詞翻譯程序，并提出字典樹相關問題供學生探究。字典樹涉及高級數(shù)據(jù)結構，主要為少數(shù)參加信息學奧賽的學生設計的。這樣的分層設計能夠兼顧不同程度的學生。

3.積極開展項目，注重合作探究

項目的實施是整個項目的實踐環(huán)節(jié)，是整個項目教學的主體。在開展項目的過程中，教師應該摒棄傳統(tǒng)的“滿堂灌”的思想，放手讓學生去思考、實踐，通過自主、合作、探究，提升學生的計算概念、計算實踐、計算觀念等計算思維能力。

在“編制單詞翻譯軟件”項目實施過程中，小組成員在編寫程序時可能遇到許多困難，這時教師不能直接把代碼發(fā)給學生，而應當提供思路和簡單范例啟發(fā)學生思考;學生小組在調(diào)試程序過程中，可能會碰到許多語法錯誤和邏輯錯誤，這時教師不宜直接給出錯誤所在，而應當提供學生調(diào)試程序的方法和思路，引導學生完成調(diào)試過程。在學生編寫程序過程中，教師應當鼓勵學生多合作，體會團隊協(xié)作的樂趣，并鼓勵學有余力的學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

學生完成項目任務后，便進入展示交流環(huán)節(jié)。教師應當安排相應的課時，讓小組代表上臺展示成果，其他小組同學提出疑惑，然后師生進行研討，以類似論文答辯的形式開展此環(huán)節(jié)。交流后，小組成員應當對別人提出的問題進行“頭腦風暴”，梳理、歸納、提升，從而使知識達到內(nèi)化。這個環(huán)節(jié)，是教師在開展項目過程中最容易忽略或弱化的重要環(huán)節(jié)。展示交流能夠讓學生進一步加深對知識的理解，鍛煉學生的口頭表達能力，展示交流能力，還能夠讓學生提前熟悉論文答辯的氛圍，為以后邁入高校做準備。

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

在完成整個項目的過程中，學生理解了程序設計的基本概念，學會了簡單程序設計，這是“計算概念”;學生經(jīng)歷了軟件開發(fā)的過程，掌握了程序的模塊化設計及程序調(diào)試的方法，這是“計算實踐”;而在問題探究過程中，學生通過自主學習與合作交流，更深入地理解算法和程序，產(chǎn)生新想法，對程序設計產(chǎn)生熱愛，這便是“計算觀念”。

三、在項目教學中加入“雙線”設計

目前的項目教學過于注重“項目”，以“項目”為中心，忽略了“知識體系”，存在較大的弊端。首先，以計算思維培養(yǎng)為主的項目，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，對于高中學生來說較難完成;其次，一個項目不可能把知識體系全包含進去，也就是說完成這個項目里面所包含的知識可能是不完整的，學生無法系統(tǒng)掌握整個知識體系，沒能完全實現(xiàn)教學目標。

筆者在項目教學過程中加入“雙線”設計，提出“雙線項目教學法”。雙線項目教學，即以“項目”為主線的基礎上，再增加“知識系統(tǒng)”作為輔線，提供知識思維導圖、簡單范例集、教學課件、微課等教學資源供學生學習，并設計軟件幫助文檔作為輔助工具，從而彌補項目教學中知識體系的不完整。這樣，在開展項目教學過程中，兼顧了“項目”和“知識”，不僅有利于實現(xiàn)教學目標，還降低了項目教學的難度，為項目教學的常態(tài)化開展提供了保證。當然，“知識系統(tǒng)”這條線是融合在“項目”線中的，兩者有機結合。

在“編制單詞翻譯軟件”項目中，教師可以將python語言的基礎知識、輸入輸出語句、if語句、for循環(huán)和while循環(huán)語句等知識點做成微課供學生自主學習，并設計一些簡單的程序范例模板供學生參考，范例不能是項目本身的內(nèi)容，否則學生一味模仿，計算思維能力得不到培養(yǎng)，從而失去項目教學的意義。必要時，在項目開展之前或項目完成過程中穿插基礎知識的講解。這樣設計能夠讓學生在編寫程序時有范例和知識體系做參考，事半功倍。學生既學到完整的程序設計基礎知識，又完成了項目，計算思維能力得到迅速提升。

四、結語

基于計算思維培養(yǎng)的項目教學對于新課程改革意義重大。信息技術教師在開展項目教學過程中，應當創(chuàng)設良好的生活情境，設計合理的項目，在項目實施過程中引導學生多思考與實踐，培養(yǎng)學生的計算思維，注重多元評價，并將“項目”與“知識”雙管齊下，從而不斷提升信息技術課堂教學的實效性。

注：本文為寧德市普通基礎教育課程與課堂教學改革立項課題（第一批）“基于計算思維培養(yǎng)的高中信息技術項目教學研究”（課題編號：XD048）的研究成果。

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作者簡介：翁錦琳（1983.10-），男，漢族，福建省寧德市古田縣人，碩士，一級教師，研究方向：高中信息技術教學。

（責任編輯? 王小飛）