計(jì)算思維素養(yǎng)下程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目式教學(xué)探索與實(shí)踐

武蓬蓬

【摘 要】本文通過分析計(jì)算思維的本質(zhì)，利用項(xiàng)目式教學(xué)方法，對(duì)以問題解決方案為中心的信息編程進(jìn)行設(shè)計(jì)，把項(xiàng)目分解后放在子方案內(nèi)解決，讓學(xué)習(xí)可持續(xù)、可操作，從而優(yōu)化學(xué)習(xí)，提升學(xué)生計(jì)算機(jī)思維能力。本文以科學(xué)出版社八年級(jí)下冊(cè)信息技術(shù)第二章“程序設(shè)計(jì)初體驗(yàn)”為例做具體闡述。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維;項(xiàng)目教學(xué);程序設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【論文編號(hào)】1671-7384（2021）02、03-098-04

教育部頒布的高中信息技術(shù)課標(biāo)明確將“信息意識(shí)”“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”確定為信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)，其中，計(jì)算思維的提出更是將信息技術(shù)課程從工具學(xué)科轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)學(xué)科。如何將“計(jì)算思維”落實(shí)到具體的程序設(shè)計(jì)教學(xué)中，項(xiàng)目式教學(xué)不失為一種很好的方法。

項(xiàng)目式教學(xué)旨在以真實(shí)情境為背景，以學(xué)生為中心去解決真實(shí)問題。但在教學(xué)實(shí)踐中，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的有些弊端也逐漸顯現(xiàn)。課堂時(shí)間和學(xué)習(xí)內(nèi)容的不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致所謂項(xiàng)目分析、設(shè)計(jì)、交流容易流于形式，反而弱化了知識(shí)學(xué)習(xí)、思維訓(xùn)練和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]。而本篇將程序設(shè)計(jì)為實(shí)例，把項(xiàng)目分解成多個(gè)子方案進(jìn)行解決，讓學(xué)習(xí)可持續(xù)、可操作，從而達(dá)到優(yōu)化學(xué)習(xí)，更好提升學(xué)生計(jì)算機(jī)思維能力。

筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了一套完整的計(jì)算思維項(xiàng)目式提升訓(xùn)練流程：“思考分析→設(shè)計(jì)啟發(fā)→實(shí)踐論證”。在這流程中，項(xiàng)目方案是關(guān)鍵。以方案設(shè)計(jì)為解決突破點(diǎn)，通過分解設(shè)計(jì)子問題方案，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，最終達(dá)成計(jì)算思維的初步養(yǎng)成。

項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)的基本思想

計(jì)算思維培養(yǎng)的過程是分析和解決問題的過程，當(dāng)學(xué)生面臨問題時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生分析思考，并提供一系列具有針對(duì)性的方案、流程，幫助其解決問題，整個(gè)過程的實(shí)施融入到項(xiàng)目教學(xué)中形成系統(tǒng)，則更有利于計(jì)算思維能力的提升。根據(jù)以上分析，可以從學(xué)前分析入手，到具體問題的分解，最后到針對(duì)性的方案設(shè)計(jì)來逐步實(shí)施。

1.學(xué)前分析

學(xué)前分析主要從兩個(gè)方面進(jìn)行：一是學(xué)生分析，對(duì)學(xué)生的知識(shí)水平、心理特征、興趣愛好、學(xué)習(xí)情況等初步了解;二是教材分析，根據(jù)教材特點(diǎn)與學(xué)生興趣設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)項(xiàng)目，進(jìn)行思考分析，設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案，最后實(shí)施拓展項(xiàng)目方案達(dá)到學(xué)生計(jì)算思維的提升。

2.方案分解

項(xiàng)目方案的設(shè)定“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)是學(xué)生在教師引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問題，以解決問題為導(dǎo)向開展方案設(shè)計(jì)、心智學(xué)習(xí)、實(shí)踐探索，具有創(chuàng)新特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)”[2]。項(xiàng)目方案設(shè)定要從兩方面考慮：一是學(xué)習(xí)者原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，二是教學(xué)內(nèi)容。方案的選擇從學(xué)習(xí)者經(jīng)驗(yàn)自身出發(fā)，將教學(xué)內(nèi)容與原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)建構(gòu)整合。將大項(xiàng)目分解成若干個(gè)小項(xiàng)目，將復(fù)雜方案分解為層層遞進(jìn)的小方案，最后想辦法逐一解決，最終完成整個(gè)項(xiàng)目。這個(gè)過程也是學(xué)生計(jì)算思維能力不斷提升的過程。

項(xiàng)目式教學(xué)方案及流程

以“出租車計(jì)費(fèi)程序”為例

通過學(xué)情、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)的分析，進(jìn)行了具有問題情境的項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)，再將問題分解成一個(gè)個(gè)子問題。最后，對(duì)所有子問題進(jìn)行整合形成系統(tǒng)。

案例：基于計(jì)算思維能力提升的程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目式教學(xué)法的是一個(gè)較為復(fù)雜的工程，本文以“出租車計(jì)費(fèi)程序”為例進(jìn)行具體闡述。

1.學(xué)前分析

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)要讓學(xué)生去解決真實(shí)的問題，本項(xiàng)目以一個(gè)真實(shí)的情境“出租車計(jì)費(fèi)”引入主題，比較貼近學(xué)生生活，同時(shí)與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)融合。

2.方案分解

利用程序解決問題一般先進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，算法是進(jìn)行解決問題的方法步驟及策略，也是程序設(shè)計(jì)的核心。很多學(xué)生初次了解算法的概念，會(huì)有些迷茫，因此，首要解決這個(gè)問題，此問題描述見圖1。設(shè)計(jì)算法時(shí)要用自然語言和流程圖兩種形式描述。

3.設(shè)計(jì)流程

將出租車計(jì)費(fèi)問題用數(shù)軸分段表示，如圖2所示;用自然語言描述，見圖3;用算法流程圖表示，見圖4。平時(shí)的教學(xué)中，通過前面兩種形式的算法分析，學(xué)生很容易就明白如何解決出租車計(jì)費(fèi)問題了，然后再進(jìn)行按鈕代碼的編寫、調(diào)試，并運(yùn)行查看結(jié)果。在本活動(dòng)中，學(xué)生初次接觸程序設(shè)計(jì)，通過對(duì)出租車計(jì)費(fèi)程序兩種形式的算法分析后，學(xué)生會(huì)了解了算法的概念及其特性，初步體驗(yàn)了用算法分析問題、解決問題的思路及方法。為了培養(yǎng)計(jì)算思維，同時(shí)教師應(yīng)及時(shí)找機(jī)會(huì)傳授各種經(jīng)典的算法思想，如窮舉法、遞歸法、分治法、貪心法等，并引導(dǎo)學(xué)生嘗試把算法思想應(yīng)用到平時(shí)的學(xué)習(xí)和生活實(shí)踐中。

4.實(shí)踐論證

本活動(dòng)學(xué)習(xí)算法思想后，可以將項(xiàng)目方案設(shè)定為讓學(xué)生以小組為單位（每組5～10人），以“學(xué)習(xí)‘出租車計(jì)費(fèi)程序活動(dòng)帶來的思考”為主題，進(jìn)行項(xiàng)目式情景拓展訓(xùn)練。（教師可以拋磚引玉：你打算如何解決出租車計(jì)費(fèi)問題？關(guān)于界面設(shè)計(jì)你滿意嗎，有沒有更好的設(shè)計(jì)？學(xué)習(xí)生活中遇到需要選擇的情況，你是如何選擇的？除了VB，你還知道什么編程語言可以解決？除了出租車計(jì)費(fèi)問題，用學(xué)到的知識(shí)還可以解決學(xué)習(xí)生活中的哪些問題？你能嘗試進(jìn)行編程解決嗎？你學(xué)會(huì)利用算法思想去分析問題、解決問題了嗎？你還想到了什么……）這種依據(jù)項(xiàng)目式情景訓(xùn)練要經(jīng)常進(jìn)行，可以每單元、每個(gè)月甚至每節(jié)課，經(jīng)常開展這樣思維訓(xùn)練，相信學(xué)生用計(jì)算思維思考問題、解決問題的能力會(huì)有一定的改變。

項(xiàng)目式教學(xué)拓展延伸之一

計(jì)算思維的培養(yǎng)可分為識(shí)別問題與需求、研究問題與需求、開發(fā)可能的解決方案、選擇最可能的解決方案、構(gòu)建原型、測(cè)試和評(píng)估解決方案、溝通解決方案、重新設(shè)計(jì)等八個(gè)環(huán)節(jié)[3]。這為我們開展計(jì)算思維培養(yǎng)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的拓展延伸提供了參考。

以“色彩變換萬花筒”為例具體分析如何將八個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)融入到在這一活動(dòng)中，利用VB循環(huán)語句，在窗體上繪制彩色同心圓，模擬出萬花筒效果，具體環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)見表1。

表1中提到的“波紋”按鈕算法流程圖和其他波紋效果見圖5。

上述方案流程會(huì)讓學(xué)生感覺很新奇，教師給出的方案只是起到一個(gè)拋磚引玉的作用。其實(shí)，除了上文表格中列舉的各種不同波紋效果外，還可以讓學(xué)有余力的學(xué)生大膽嘗試設(shè)計(jì)矩形、三角形等不同的效果。鼓勵(lì)學(xué)生通過多種渠道獲取相關(guān)的知識(shí)，這樣無形中提升了學(xué)生獲取信息、加工信息、處理信息的能力。不同枝葉源于共同的根系，學(xué)會(huì)舉一反三，也是學(xué)生核心素養(yǎng)的一種體現(xiàn)。

項(xiàng)目式教學(xué)拓展延伸之二

計(jì)算思維素養(yǎng)的培養(yǎng)是希望學(xué)生像專家那樣去思考利用信息技術(shù)解決問題的方法與過程。因而計(jì)算思維下的項(xiàng)目設(shè)計(jì)培養(yǎng)不能局限于程序設(shè)計(jì)本身，還應(yīng)體現(xiàn)在各種內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，引導(dǎo)學(xué)生理解與掌握利用信息技術(shù)解決問題的學(xué)科方法，從而提高解決問題的能力，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

思維導(dǎo)圖是表達(dá)發(fā)散性思維的有效圖形思維工具，它簡(jiǎn)單卻又很有效，是一種革命性的思維工具，非常有利于訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算思維。筆者借助思維導(dǎo)圖對(duì)“程序設(shè)計(jì)初體驗(yàn)”這一節(jié)的知識(shí)進(jìn)行了梳理，效果見圖6。

經(jīng)過思維導(dǎo)圖的梳理，本章的知識(shí)一目了然，這對(duì)于學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的構(gòu)建大有裨益。眾所周知，思維導(dǎo)圖不僅可以用在信息技術(shù)學(xué)科，更可以用在其他各個(gè)學(xué)科，并且非常靈活方便。如一個(gè)知識(shí)點(diǎn)、一節(jié)課、一單元、一冊(cè)書、一個(gè)學(xué)科等的知識(shí)梳理，一天的學(xué)習(xí)安排，一周、一學(xué)期的學(xué)習(xí)復(fù)習(xí)計(jì)劃等。

項(xiàng)目教學(xué)存在的問題

前面論述的方案很好地支持了計(jì)算思維素養(yǎng)下的項(xiàng)目式教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。誠(chéng)然，可能還有更好的教學(xué)模式，如包括基于可視化編程的項(xiàng)目式、主題式、范例式教學(xué)等。盡管這些教學(xué)方式設(shè)計(jì)意圖很好，教師運(yùn)用時(shí)也各有差異，但在很多情況下受制于教學(xué)內(nèi)容的約束或教學(xué)目標(biāo)的完成，效果也有待進(jìn)一步提升。一方面是教師對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)知不夠，對(duì)項(xiàng)目式教學(xué)理解不清;另一方面，教師本身也缺少計(jì)算思維扎根于課堂教學(xué)的理論與方法指導(dǎo)。

項(xiàng)目教學(xué)總結(jié)與展望

項(xiàng)目式教學(xué)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，將教學(xué)的設(shè)計(jì)緊緊圍繞著學(xué)生自身情況并根據(jù)學(xué)生自身的問題開展教學(xué)，根據(jù)學(xué)情和問題分析設(shè)計(jì)解答，使教學(xué)更有效地激發(fā)與培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力。當(dāng)然，單一運(yùn)用項(xiàng)目式教學(xué)引領(lǐng)的方式去解決問題，設(shè)計(jì)的程序方案并不能全面完整，這需要同行們以后的教學(xué)中還在不斷進(jìn)行摸索，在原有基礎(chǔ)上補(bǔ)充，不斷創(chuàng)新項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，提高程序設(shè)計(jì)的教學(xué)效果。

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作者單位：安徽阜陽市第十五中學(xué)