指向計(jì)算思維能力培養(yǎng)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

羅丹 岳賽賽

2022年4月，教育部發(fā)布了《義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，從此義務(wù)教育階段的信息科技課從綜合實(shí)踐課程中獨(dú)立出來(lái)并正式成為國(guó)家課程。計(jì)算思維是信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)之一，提高學(xué)生計(jì)算思維能力對(duì)于發(fā)展學(xué)生的綜合能力具有重要意義。程序設(shè)計(jì)是理解和表達(dá)計(jì)算思維的一種方式，是發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維能力的重要切入點(diǎn)。然而，目前編程教學(xué)中仍存在一些問(wèn)題，如教師關(guān)注學(xué)生技能提升，通常采用講授法教學(xué)，學(xué)生自主探究時(shí)間較少等。如何將計(jì)算思維的培養(yǎng)真正滲透到課堂教學(xué)中，是目前我國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)教育亟待解決的問(wèn)題^[1]。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)情境的真實(shí)性，將學(xué)習(xí)過(guò)程與學(xué)生的實(shí)際體驗(yàn)建立聯(lián)系；關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)與合作，讓學(xué)生經(jīng)歷問(wèn)題提出、新知建構(gòu)、合作探究等過(guò)程；關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，重視對(duì)學(xué)生思維的引導(dǎo)。為改進(jìn)編程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，筆者以“‘紋創(chuàng)產(chǎn)品小助手”為例，組織學(xué)生參與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，供同行參考。

一、項(xiàng)目的緣起

（一）理論與設(shè)想

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種建構(gòu)性、創(chuàng)造性的教與學(xué)方式，具備問(wèn)題源于真實(shí)情境、內(nèi)容基于課程標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)融入項(xiàng)目學(xué)習(xí)、教學(xué)立足核心素養(yǎng)4個(gè)特征^[2]，為學(xué)生提供了開(kāi)拓思維、自主思考問(wèn)題的空間。在初中信息科技程序設(shè)計(jì)模塊教學(xué)中開(kāi)展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)，有助于促進(jìn)教師專業(yè)素養(yǎng)發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

（二）問(wèn)題與出路

筆者教學(xué)采用的是粵教版信息技術(shù)教材。該教材八年級(jí)下冊(cè)第一單元內(nèi)容偏多，且其中多數(shù)案例為數(shù)學(xué)計(jì)算題，不易激發(fā)學(xué)生興趣，因此有必要對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)重組。

此外，瓷器上的紋飾一直是中國(guó)傳統(tǒng)文化的重要載體之一，每個(gè)圖案都代表著或簡(jiǎn)單或復(fù)雜的含義。以瓷器紋飾（紋樣）作為文化元素，將其融入文創(chuàng)產(chǎn)品中，是對(duì)傳統(tǒng)文化的繼承和弘揚(yáng)，但存在難以進(jìn)行大量創(chuàng)意繪制的問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，筆者帶領(lǐng)學(xué)生利用信息技術(shù)，用計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)運(yùn)行替代部分手工操作，創(chuàng)作并實(shí)現(xiàn)富有新意的紋樣圖案。

還原或新制瓷器紋飾的過(guò)程是學(xué)生計(jì)算思維的直觀呈現(xiàn)。教師開(kāi)展這樣的活動(dòng)有利于啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并主動(dòng)思考辦法。為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力，筆者結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)，組織文創(chuàng)活動(dòng)，將項(xiàng)目主題設(shè)定為“‘紋創(chuàng)產(chǎn)品小助手”。

二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)施

（一）目標(biāo)分析

筆者開(kāi)展“‘紋創(chuàng)產(chǎn)品小助手”項(xiàng)目活動(dòng)，確定如下教學(xué)目標(biāo)。知識(shí)目標(biāo)：掌握Python語(yǔ)言的基本知識(shí)，包括輸入輸出命令、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、函數(shù)、列表等。能力目標(biāo)：運(yùn)用順序、選擇和循環(huán)三種結(jié)構(gòu)編寫(xiě)程序，提高利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力。素養(yǎng)目標(biāo)：體驗(yàn)用計(jì)算機(jī)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析、抽象、建模、算法設(shè)計(jì)及編程解決問(wèn)題的過(guò)程和方法，培養(yǎng)計(jì)算思維和數(shù)字化學(xué)習(xí)能力；加深對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生傳承中國(guó)傳統(tǒng)文化的意識(shí)。

（二）實(shí)施過(guò)程

1.? 整體實(shí)施過(guò)程

第一步，明確項(xiàng)目任務(wù)。筆者以條紋、幾何紋、螺旋紋為例，借助信息技術(shù)進(jìn)行復(fù)原或創(chuàng)新并用于配件或配飾，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)物品類型匹配相應(yīng)的紋樣圖案，打造帶有瓷器紋樣元素的系列文創(chuàng)產(chǎn)品。對(duì)于項(xiàng)目活動(dòng)，筆者設(shè)計(jì)了八大任務(wù)，包括前期項(xiàng)目規(guī)劃、中期項(xiàng)目制作和后期成果分享如圖1所示。

第二步，建構(gòu)核心知識(shí)。在課程實(shí)施過(guò)程中，筆者建構(gòu)的核心知識(shí)包括以下6點(diǎn)：①流程圖，幫助學(xué)生初步了解算法概念，知道如何呈現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的求解思路；②輸入和輸出命令，幫助學(xué)生掌握順序結(jié)構(gòu)的運(yùn)行流程，知道如何獲取數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)；③海龜繪圖模塊，幫助學(xué)生掌握繪制圖案的基本語(yǔ)句；④分支語(yǔ)句，引導(dǎo)學(xué)生理解控制思想，在復(fù)雜問(wèn)題中加以運(yùn)用；⑤循環(huán)語(yǔ)句，讓學(xué)生初步理解重復(fù)思想，用于解決重復(fù)性或規(guī)律性的問(wèn)題；⑥函數(shù)的自定義和調(diào)用，讓學(xué)生了解封裝思想，學(xué)會(huì)整體看待問(wèn)題，懂得化繁為簡(jiǎn)。

第三步，明確并落實(shí)課時(shí)教學(xué)任務(wù)（如圖2）。項(xiàng)目教學(xué)分8個(gè)課時(shí)實(shí)施：第1課時(shí)，教師為學(xué)生提供活動(dòng)指引，幫助學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)；第2至7課時(shí)，教師指導(dǎo)學(xué)生操作，按照提出問(wèn)題、知識(shí)準(zhǔn)備、問(wèn)題分解、算法設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)的步驟教學(xué)；第8課時(shí)，教師讓各組學(xué)生展示作品并進(jìn)行評(píng)價(jià)，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)和反思。

第2至7課時(shí)為項(xiàng)目中期即制作階段，學(xué)生經(jīng)歷“制作歡迎界面”“顯示需匹配的文創(chuàng)產(chǎn)品類別”“改進(jìn)與優(yōu)化”的過(guò)程。通過(guò)確定問(wèn)題求解方案的訓(xùn)練，學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)會(huì)問(wèn)題分解、數(shù)據(jù)抽象、模式識(shí)別和算法設(shè)計(jì)，養(yǎng)成利用信息技術(shù)求解復(fù)雜問(wèn)題的研究習(xí)慣，提升計(jì)算思維能力。此外，筆者對(duì)學(xué)生作品進(jìn)行展示與評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生反思不足，尋求最優(yōu)解決方案，提高學(xué)生的批判性思維能力。

2.? 具體課時(shí)教學(xué)過(guò)程

具體各課時(shí)如何教學(xué)，筆者以第6課時(shí)“螺旋紋元素，裝點(diǎn)服裝配飾”為例詳細(xì)介紹。

第一步，明確項(xiàng)目子任務(wù)。

第6課時(shí)教學(xué)任務(wù)：學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)for循環(huán)、range（?）函數(shù)，結(jié)合舊知，掌握繪制富有創(chuàng)意的螺旋紋的方法，進(jìn)一步完善產(chǎn)品功能。

第二步，建構(gòu)學(xué)生在具體課時(shí)應(yīng)學(xué)的知識(shí)。

第6課時(shí)的核心知識(shí)包括：for循環(huán)語(yǔ)句的基本語(yǔ)法、運(yùn)行流程，以及range（?）函數(shù)的作用。學(xué)生完成該課時(shí)子任務(wù)，可以理解Python語(yǔ)言的基本程序結(jié)構(gòu)，掌握使用循環(huán)結(jié)構(gòu)解決重復(fù)性問(wèn)題的方法，并運(yùn)用新知實(shí)現(xiàn)螺旋紋的創(chuàng)意繪制。

第三步，開(kāi)展課時(shí)教學(xué)。

環(huán)節(jié)一：回顧舊知引入新課（1分鐘）。

筆者展示學(xué)生第5課時(shí)的學(xué)習(xí)成果，演示第6課時(shí)預(yù)期成果的效果圖，引出主題。

環(huán)節(jié)二：還原（1分鐘）。

筆者引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合舊知（正方形紋路的程序），思考并將學(xué)案補(bǔ)充完整，探究其中的規(guī)律。隨后，筆者提出問(wèn)題“若一直繪制螺旋紋，假設(shè)有n條邊，左側(cè)的思路存在什么問(wèn)題”，啟發(fā)學(xué)生思考。

環(huán)節(jié)三：優(yōu)化（12分鐘）。

首先，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，探究新知。筆者播放微課視頻，幫助學(xué)生獲得新知；通過(guò)匹配題和糾錯(cuò)題，檢測(cè)學(xué)生觀看視頻的效果。

然后，學(xué)生合作交流，解決問(wèn)題?！叭绾蝺?yōu)化思路”“如何通過(guò)編程優(yōu)化思路，其n與循環(huán)體是什么”，筆者提出這些問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考如何改進(jìn)正方形紋樣。回形螺旋紋也是4次繪制而成，筆者給出回形螺旋紋改進(jìn)的思路，引導(dǎo)學(xué)生思考自己改進(jìn)正方形紋樣的思路是否正確。

最后，學(xué)生編程實(shí)踐。筆者將還是半成品的程序發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上完成實(shí)踐任務(wù)。

環(huán)節(jié)四：創(chuàng)新（14分鐘）。

筆者展示不同密度和紋理的兩組圖案，啟發(fā)學(xué)生思考如何改變程序，生成圖案；通過(guò)展示簡(jiǎn)單螺旋紋和有規(guī)律變大的正方形，引導(dǎo)學(xué)生深度理解循環(huán)體，理解循環(huán)體由線到形的變化，拓寬學(xué)生的思路。

環(huán)節(jié)五：作品展示與評(píng)價(jià)（10分鐘）。

筆者先讓學(xué)生互評(píng)選出最佳作品，并利用截圖工具截取效果圖，提交至教師端；緊接著對(duì)各組最佳作品進(jìn)行展示與評(píng)價(jià)，邀請(qǐng)創(chuàng)作者分享經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行評(píng)價(jià)。

環(huán)節(jié)六：項(xiàng)目總結(jié)與拓展（2分鐘）。

筆者回顧第6課時(shí)主要內(nèi)容，隨后提出疑問(wèn)：“創(chuàng)新塔更高一級(jí)可以是什么？”

（三）作品展示與評(píng)價(jià)

學(xué)生分組匯報(bào)并展示作品。匯報(bào)內(nèi)容包括組內(nèi)成員表現(xiàn)、在活動(dòng)過(guò)程中遇到的問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法、小組整體感受等。其他小組根據(jù)匯報(bào)情況和作品運(yùn)行效果，對(duì)演示小組的作品評(píng)分。部分小組的作品未達(dá)到理想效果，其他小組提出問(wèn)題或建議，此環(huán)節(jié)學(xué)生交流互動(dòng)，活躍了課堂氣氛，提高了操作與思維水平。

三、教學(xué)效果分析

（一）評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

筆者從以下方面對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)：一是課堂表現(xiàn)，每課時(shí)結(jié)束，教師讓各組組長(zhǎng)組織成員共同評(píng)價(jià)組內(nèi)成員的表現(xiàn)，填寫(xiě)課堂表現(xiàn)情況表，用學(xué)案完成情況、課堂回答問(wèn)題、學(xué)習(xí)態(tài)度和合作意識(shí)4項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)；二是項(xiàng)目作品，項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，教師組織學(xué)生開(kāi)展組內(nèi)自評(píng)、組間互評(píng)，其中作品評(píng)價(jià)包含功能實(shí)現(xiàn)、技術(shù)應(yīng)用、運(yùn)行效果、展示交流4個(gè)維度 ；三是計(jì)算思維水平，教師從計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐和計(jì)算觀念3個(gè)維度著手設(shè)計(jì)，題目包含選擇題（圍繞程序的順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)三大結(jié)構(gòu)出題，幫助學(xué)生理解基本知識(shí)）、程序題（調(diào)試和修正程序中的錯(cuò)誤，以滿足項(xiàng)目需求，或通過(guò)完善半成品形成一個(gè)大的作品）和主觀題（根據(jù)問(wèn)題需求提出解決方案并進(jìn)行算法設(shè)計(jì)；分析、歸納共性問(wèn)題的解決步驟并用自然語(yǔ)言或流程圖呈現(xiàn)算法）。

（二）效果分析

學(xué)生參與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)有利于提高計(jì)算思維能力。第2課時(shí)至第7課時(shí)，學(xué)生對(duì)6個(gè)子問(wèn)題逐一探究、突破，最終找到求解方法，提出解決方案，這正是學(xué)生計(jì)算思維能力提高的體現(xiàn)。

關(guān)于課堂表現(xiàn)，各組學(xué)案完成率較高，但大多是組長(zhǎng)回答問(wèn)題，組員需要增強(qiáng)思考與表達(dá)意識(shí)。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式下，全班學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度較好，全身心投入活動(dòng)中，但個(gè)別小組缺乏交流，合作意識(shí)還有待增強(qiáng)。

關(guān)于項(xiàng)目作品，總體情況不錯(cuò)。學(xué)生經(jīng)歷構(gòu)思主題、明確任務(wù)、知識(shí)建構(gòu)、設(shè)計(jì)項(xiàng)目、分享評(píng)價(jià)等學(xué)習(xí)過(guò)程，完成了提出問(wèn)題、學(xué)習(xí)新知、問(wèn)題抽象、算法設(shè)計(jì)、交流評(píng)價(jià)等學(xué)習(xí)任務(wù)，掌握了編程與設(shè)計(jì)產(chǎn)品的一般流程。這在一定程度上提升了學(xué)生分析問(wèn)題和利用信息技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，鍛煉了學(xué)生的計(jì)算思維。作品展示與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，筆者發(fā)現(xiàn)絕大部分小組能夠制作出較為完整的作品，達(dá)到預(yù)期效果。

關(guān)于計(jì)算思維能力，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。筆者用問(wèn)卷軟件制作試題，共48名學(xué)生受試。測(cè)試結(jié)果：選擇題正確率在90%以上；80%以上的學(xué)生能夠針對(duì)問(wèn)題和需求，識(shí)別程序上的錯(cuò)誤，并能將其修改完善；45%左右的學(xué)生能夠結(jié)合問(wèn)題提出初步解決方案，并用流程圖呈現(xiàn)。數(shù)據(jù)表明，絕大部分學(xué)生初步掌握了計(jì)算思維的基本概念，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力有所提高，能夠進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的計(jì)算，但計(jì)算思維遷移能力有待加強(qiáng)，需在今后的學(xué)習(xí)中增進(jìn)對(duì)計(jì)算觀念的理解。

四、總結(jié)

程序設(shè)計(jì)一般包含分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)算法、編寫(xiě)程序、測(cè)試與迭代等過(guò)程。作為信息技術(shù)課程中的一個(gè)重要模塊，教師開(kāi)展程序設(shè)計(jì)的教學(xué)活動(dòng)旨在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)解決實(shí)際問(wèn)題，而項(xiàng)目式學(xué)習(xí)注重問(wèn)題情境和學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，計(jì)算思維的培養(yǎng)需求與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的特性高度契合。筆者開(kāi)展“‘紋創(chuàng)產(chǎn)品小助手”程序設(shè)計(jì)活動(dòng)，針對(duì)現(xiàn)實(shí)需求利用信息技術(shù)，繪制富有創(chuàng)意的紋樣圖案，激發(fā)了學(xué)生對(duì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的興趣，提升了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探究問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。此外，學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，更加認(rèn)同傳統(tǒng)文化，感受科技力量，這也在一定程度上推動(dòng)了傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代科技的深度融合。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)知識(shí)的融會(huì)貫通，隨著新課程改革的深入，學(xué)科核心素養(yǎng)受到高度重視，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與學(xué)科融合是大勢(shì)所趨。一個(gè)問(wèn)題的解決往往需要多學(xué)科知識(shí)支撐，而項(xiàng)目式學(xué)習(xí)恰好為學(xué)生自主探究和合作學(xué)習(xí)提供了有效的平臺(tái)，有助于他們將多學(xué)科知識(shí)應(yīng)用在實(shí)際問(wèn)題的解決中。教師可應(yīng)用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式開(kāi)展多學(xué)科融合的教學(xué)活動(dòng)，挖掘?qū)W科之間的共性與差異，幫助學(xué)生思考與探究，在解決問(wèn)題的過(guò)程中理解并運(yùn)用知識(shí)，提高創(chuàng)新和合作探究能力?！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》已發(fā)布，教師需要深入思考新課標(biāo)的內(nèi)涵，改進(jìn)教學(xué)方式并付諸實(shí)踐，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人功能，助力學(xué)生發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（作者羅丹系廣東省珠海市第十三中學(xué)教師；岳賽賽系廣東省珠海市橫琴新區(qū)第一小學(xué)教師）

責(zé)任編輯：祝元志