利用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)開展圖形化編程教學(xué)的研究

王永華

摘 ? 要：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，學(xué)生通過規(guī)劃完成一系列任務(wù)，以最終實(shí)現(xiàn)某個目標(biāo)或者解決某個問題。基礎(chǔ)教育階段的圖形化編程課程是信息技術(shù)學(xué)科的重要內(nèi)容，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和計算思維，是信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)內(nèi)容改革的方向。圖形化編程課程的學(xué)習(xí)非常適合采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式，項(xiàng)目開發(fā)模型可采用簡單易操作的瀑布模型，但只采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)難以單獨(dú)完成目標(biāo)，所以還需要依靠團(tuán)隊合作，如此能夠培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神。除此之外在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中還需要查閱、借鑒、整合各種信息資源，如此才能夠全面提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)學(xué)科;項(xiàng)目式學(xué)習(xí);圖形化編程;瀑布模型

中圖分類號：G633.73 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? 文章編號：1009-010X（2021）26-0043-04

2017年7月，國務(wù)院下發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出了“在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學(xué)軟件、游戲的開發(fā)和推廣。”此文件的出臺，為中小學(xué)開展編程教育奠定了基礎(chǔ)。2018年4月，教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》提出了“充實(shí)適應(yīng)信息時代、智能時代發(fā)展需要的人工智能和編程課程內(nèi)容”?！肚嗌倌昃幊棠芰Φ燃墭?biāo)準(zhǔn)》將圖形化編程能力分為三個等級，包括基本圖形化編程能力、初步程序設(shè)計能力、算法設(shè)計與應(yīng)用能力。浙江、河北等多個省份的高中信息技術(shù)課程已經(jīng)摒棄了軟件應(yīng)用學(xué)習(xí)，改為學(xué)習(xí)程序設(shè)計。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，學(xué)生通過規(guī)劃完成一系列任務(wù)，以最終實(shí)現(xiàn)某個目標(biāo)或者解決某個問題。圖形化編程課程的學(xué)習(xí)非常適合采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式，通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，可以整合編程技能并初步了解軟件開發(fā)的流程，同時在此過程中還能培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神，并全面提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。

一、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)下的圖形化編程環(huán)境

圖形化編程對環(huán)境的要求不高，學(xué)校微機(jī)室的條件就可基本滿足所需硬件的要求，完成絕大部分教材內(nèi)容的學(xué)習(xí)。以筆者的經(jīng)驗(yàn)來看，配備耳麥、攝像頭的臺式機(jī)或筆記本電腦就可以提供所需的完整的硬件環(huán)境。除此之外項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程中學(xué)生進(jìn)行資料查詢、作品分享和人工智能模塊的學(xué)習(xí)還需要教師開放互聯(lián)網(wǎng)資源。視頻偵測模塊、聲音模塊則需要攝像頭和耳麥等硬件的支持。

關(guān)于圖形化編程軟件的選擇，谷歌公司開發(fā)的圖形化編程軟件大眾接受度較好，提供了運(yùn)動、外觀、控制、事件、偵測、畫筆、聲音等基本模塊，缺點(diǎn)是目前無法調(diào)用翻譯、文字朗讀等網(wǎng)絡(luò)模塊，但其離線版就可以滿足基本的教學(xué)需求。除此之外還有一些國產(chǎn)圖形化編程軟件如編程貓（Kitten）和Kittenblock， 編程貓（Kitten）是具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化軟件，功能強(qiáng)大且更符合國人的使用習(xí)慣，注重移動端程序的開發(fā)，并提供了簡單易用的作品分享功能。Kittenblock是在谷歌圖形化軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)的軟件，兼容性好，并支持多種硬件連接。編程貓（Kitten）和Kittenblock中的人工智能類模塊各有特色，均支持人臉識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)等內(nèi)容，為學(xué)生探索人工智能的工作原理、工作方法提供了很好的技術(shù)支持，但有待教育工作者對其進(jìn)行更多的探索。

二、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)下的瀑布開發(fā)模型

在圖形化編程的初始教學(xué)階段，由于很多學(xué)生沒有相關(guān)基礎(chǔ)，所以筆者依然建議采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法。待學(xué)生具備一定的編程基礎(chǔ)后，再開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。圖形化編程的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)可采用簡單易理解的瀑布模型進(jìn)行教學(xué)。瀑布模型是一種軟件開發(fā)模式，其核心思想是按工序?qū)栴}簡化，將功能的實(shí)現(xiàn)與設(shè)計分開，以便于分工協(xié)作。瀑布模型為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)提供了按階段劃分的檢查點(diǎn)，當(dāng)前這一階段完成后，再關(guān)注下一階段。因此，瀑布模型更適合學(xué)生小組分工合作，以完成較為復(fù)雜的任務(wù)，如圖1所示：

三、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的流程

（一）學(xué)生分組

學(xué)生分組可以采用自由結(jié)組的方式，也可以在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行分組。教師指導(dǎo)分組可以依據(jù)學(xué)生的能力層次、興趣愛好、性別等因素，也可以在項(xiàng)目進(jìn)行過程中依據(jù)具體情況進(jìn)行微調(diào)。歸根結(jié)底，教師還是需要判定學(xué)生的水平，以選擇適宜的分組方式，并從技術(shù)層面、人員層面預(yù)測項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)。

可由本組學(xué)生推舉組長，總體負(fù)責(zé)本組項(xiàng)目的開展。為保證全體小組成員都能參與到項(xiàng)目中，小組人數(shù)不宜過多，建議控制在2～5人左右。

（二）可行性分析和項(xiàng)目計劃

可由小組成員提出項(xiàng)目目標(biāo)，然后由小組成員討論項(xiàng)目目標(biāo)的可行性，并綜合考慮在技術(shù)上能否實(shí)現(xiàn)、工作量有多大、約定時間內(nèi)能否完成、小組成員的能力水平是否具備等。在進(jìn)行可行性分析時，小組可以征求教師的意見。而教師要從技術(shù)層面、能力層面給出適用的分析方法或參考意見以協(xié)助小組進(jìn)行可行性分析。除此之外教師還可以展示已有的項(xiàng)目案例，為學(xué)生提供參考。另外，學(xué)生小組還可根據(jù)已有的知識水平、能力水平、興趣愛好、時間等因素，對項(xiàng)目學(xué)習(xí)的目標(biāo)進(jìn)行分析、修改、增補(bǔ)，以最終確定本小組的項(xiàng)目目標(biāo)（如圖2所示）。

項(xiàng)目目標(biāo)確定后，需要制訂相應(yīng)的計劃以確保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。要形成文字材料并進(jìn)行組內(nèi)展示，形成文字的過程也是梳理思路的過程，展示計劃有助于形成小組合力，這些都有利于項(xiàng)目按計劃實(shí)施。

教師可組織各小組開展項(xiàng)目計劃展示活動。通過觀摩學(xué)習(xí)其他小組的計劃，使小組之間發(fā)生思維碰撞，相互激發(fā)，由此可能會產(chǎn)生更好的創(chuàng)意，進(jìn)而修改、調(diào)整本組的計劃。

（三）詳細(xì)的設(shè)計和人員分工

項(xiàng)目計劃制訂完成后，組員清楚了本項(xiàng)目由哪幾個模塊組成，本階段的任務(wù)是厘清每個模塊之間的層次關(guān)系和調(diào)用關(guān)系，弄清楚先干什么，后干什么，然后就可以用流程圖表示項(xiàng)目的次序和層次以及每個模塊可能會用到哪些技術(shù)。圖3是一個探險類多關(guān)卡游戲的設(shè)計流程。

根據(jù)項(xiàng)目流程和人員的能力水平，可由組長進(jìn)行分工——合理分配資料查閱、美工、模塊搭建、程序總成、調(diào)試等任務(wù)，同時還要考慮到小組間如何相互支持、協(xié)調(diào)。

（四）程序搭建

小組人員分工合作搭建程序模塊，各模塊可由不同的人員分別設(shè)計，只要合理設(shè)計各模塊的連接方法就行。例如在使用谷歌圖形化軟件編程時，可以采用“角色導(dǎo)出”“造型導(dǎo)出”的方法讓所有人員都參與到程序設(shè)計中來，如此可讓小組成員都能夠理解程序搭建的方法。在本階段，學(xué)生會遇到很多具體問題，需要通過查閱資料、相互交流、請教教師才能解決。在解決問題的過程中，組員能力可以得到不斷的提升。

教師要及時關(guān)注學(xué)生搭建的作品，并給予技術(shù)指導(dǎo)，同時提供相關(guān)參考文獻(xiàn)供學(xué)生查閱、學(xué)習(xí)。除此之外還要注意檢查程序結(jié)構(gòu)能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計要求，程序的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是否有注釋說明，程序是否清晰易讀、便于理解等。

（五）程序調(diào)試

根據(jù)圖形化編程的順序，本階段要對各模塊進(jìn)行功能測試。待各模塊連接成功后，還要對其進(jìn)行集成測試。本階段需要耗費(fèi)較多的精力，因此可由小組成員分工協(xié)作完成。在此過程中教師可以幫助學(xué)生理解“黑盒測試”（功能測試）“白盒測試”（極限測試）的理念，然后由學(xué)生針對具體程序，設(shè)計切合實(shí)際的測試方案對程序進(jìn)行調(diào)試修改。

（六）分享交流

教師可約定時間，要求各小組分享、交流作品。通過展示交流，學(xué)生們可以相互學(xué)習(xí)、取長補(bǔ)短。通過分享小組成果，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其自信心。國產(chǎn)編程軟件編程貓（kitten）提供了非常方便的網(wǎng)絡(luò)分享功能，學(xué)生可將作品直接分享到互聯(lián)網(wǎng)，以讓更多的人體驗(yàn)、評價。關(guān)于項(xiàng)目評價，教師可參考CIPP評估模型，從背景評價、輸入評價、過程評價及成果評價四個角度設(shè)計表格，組織小組自評和組間互評。通過分析評價，學(xué)生可以從多角度認(rèn)識到自己項(xiàng)目的優(yōu)點(diǎn)與不足，同時也可以更好地借鑒其他小組的思路與做法，從而進(jìn)一步提升自己的思維品質(zhì)和編程能力。

四、圖形化編程項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程中的注意事項(xiàng)

（一）選擇合適的開發(fā)模型指導(dǎo)教學(xué)

在圖形化編程教學(xué)中運(yùn)用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式，并選擇合適的開發(fā)模型是十分必要的。本文介紹了比較經(jīng)典的瀑布模型，其按所計劃的順序進(jìn)行，簡單易理解，對一線師生有一定的借鑒意義。也有部分師生在教學(xué)過程中，選用更靈活的敏捷開發(fā)模型，采用該模型學(xué)生可在開發(fā)過程中根據(jù)實(shí)際情況及時調(diào)整方向、增補(bǔ)內(nèi)容。教師雖不必深究模型理論，但要清楚不同開發(fā)模型的優(yōu)缺點(diǎn)。比如瀑布開發(fā)模型要注意全體學(xué)生的參與度，敏捷開發(fā)模型要注意控制規(guī)模，避免難度過高、工作量過大。

（二）弱化學(xué)生選題的游戲化傾向

由于學(xué)生的年齡特點(diǎn)，很多學(xué)生喜歡選擇以游戲內(nèi)容為主題開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。對此，教師有必要拓展學(xué)生的視野，讓學(xué)生清楚圖形化編程并非只能用來搭建游戲，同時還要鼓勵非游戲內(nèi)容的項(xiàng)目學(xué)習(xí)計劃，鼓勵學(xué)生用程序去解決生活、學(xué)習(xí)中的問題。例如在使用圖形化編程軟件虛擬物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時，可以用其虛擬演示牛頓擺、光的折射、光的散射等物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;在數(shù)學(xué)測驗(yàn)項(xiàng)目中，可以利用變量和計算類積木設(shè)計不同的難度狀態(tài)，并給出合理的建議;在趣味語文學(xué)習(xí)項(xiàng)目中，包含古詩接龍、名人名言、成語學(xué)習(xí)、猜謎等內(nèi)容，對此教師可以鼓勵學(xué)生利用人工智能模塊，進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)。例如學(xué)生可利用翻譯類積木開發(fā)“口語翻譯機(jī)”項(xiàng)目、利用人臉識別類積木和天氣類積木等開發(fā)“健康小助理”項(xiàng)目等。教師不必排斥游戲題材的項(xiàng)目，但要盡量避免所有項(xiàng)目都是娛樂游戲的情況。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的優(yōu)勢是顯而易見的，對于學(xué)生而言，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)幫助其擺脫了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，從宏觀設(shè)計、到局部的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，學(xué)生都承擔(dān)著最核心的任務(wù)。在設(shè)計方案、解決問題的過程中，學(xué)生的思維品質(zhì)、動手能力、團(tuán)隊協(xié)作能力等均可以得到全方位的提升，項(xiàng)目的成功完成與成果分享給學(xué)生帶來的成就感還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索熱情。這種教學(xué)模式充分體現(xiàn)了以“學(xué)生為中心”的教育思想，符合教育潮流，值得更多的教育工作者去研究、實(shí)踐。