基于計算思維的項目式教學(xué)探究

柯明輝

在對于信息技術(shù)的教學(xué)中，基于真實情境的項目式教學(xué)可以有助于充分培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的計算思維。課堂上要求我們應(yīng)當(dāng)把每個學(xué)生作為教學(xué)主體，從實際存在的問題角度出發(fā)，引導(dǎo)他們進行積極的思考，通過對問題進行抽象、形式化、建立和自動化的過程，努力實現(xiàn)“對于信息技術(shù)解決問題方法的準(zhǔn)確把握、認識思維的開拓與發(fā)展及對人機交織互動的了解”培養(yǎng)目標(biāo)。教師要精心設(shè)計項目，精心組織課堂活動，努力使項目的內(nèi)容更好地貼合于學(xué)生的日常工作和學(xué)習(xí)，在真正的體驗和實踐中，發(fā)展了學(xué)生運用計算機進行科學(xué)地思考和分析解決實際問題的意識與能力，從而促進了學(xué)生計算邏輯思維的能力。

項目式教學(xué)的研究是一種基于本?，F(xiàn)實教學(xué)情景的具有系統(tǒng)性的、以實際問題研究為導(dǎo)向指導(dǎo)而組織進行的一種全方位、有極具針對性的理論學(xué)習(xí)與實踐研究。項目式教學(xué)的明顯綜合教育模式特征為“以項目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”，使得學(xué)生逐步逐漸走向了一種具有綜合性的學(xué)習(xí)，走向了一種探究式的綜合學(xué)習(xí)，走向了一種符合學(xué)生主體個性化的綜合學(xué)習(xí)。

聯(lián)系這兩者，通過實踐我們將會看到，在對于信息技術(shù)的教學(xué)中，基于真實情境的項目式教學(xué)可以有助于充分培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的計算思維，可見，課堂上我們應(yīng)當(dāng)把每個學(xué)生作為教學(xué)主體，從實際存在的問題角度出發(fā)，引導(dǎo)他們進行積極的思考，通過對問題進行抽象、形式化、建立和自動化的過程，努力實現(xiàn)“對于信息技術(shù)解決問題方法的準(zhǔn)確把握、認識思維的開拓與發(fā)展及對人機交織互動的了解”培養(yǎng)目標(biāo)。教師要精心設(shè)計項目，精心組織課堂活動，努力使項目的內(nèi)容更好地貼合于學(xué)生的日常工作和學(xué)習(xí)，在真正的體驗和實踐中，發(fā)展了學(xué)生運用計算機進行科學(xué)的思考和分析解決實際問題的意識與能力，從而促進了學(xué)生計算邏輯思維的能力。

學(xué)生計算思維的提升需要歷經(jīng)一個個解決問題的過程，如何在項目式學(xué)習(xí)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維呢？經(jīng)過接近兩年對省級課題《基于計算思維的信息技術(shù)教學(xué)探究》的潛心鉆研和教學(xué)實驗研究，以下是我在課題研究中的幾點思考和總結(jié)。

在信息技術(shù)的實踐性教學(xué)實踐中，我不斷探索嘗試新的課程教學(xué)模式和一種現(xiàn)代化的教學(xué)方式與手段，主要是實施項目式教學(xué)，并充分借助導(dǎo)學(xué)案、教學(xué)輔助平臺等，采用小組協(xié)同合作、自主探究、問題式情境等多種教學(xué)方式和手段的完美結(jié)合，緊貼學(xué)生生活，融合多個學(xué)科，將益智小游戲與學(xué)科小工具引入到信息技術(shù)教學(xué)中，積極地融入了計算機科學(xué)思維的訓(xùn)練，讓學(xué)生的計算思維在項目式學(xué)習(xí)過程中不斷得以提升。

對于這種項目式教學(xué)，我的教學(xué)準(zhǔn)備大體流程如下：首先，吃透教材，理清重難點，并且摸清學(xué)情與校情，在已有的硬件和軟件上針對不同的活動主題進行不同的項目設(shè)計，讓整個項目貫穿這整個活動主題，并根據(jù)本次教學(xué)任務(wù)與課時的具體情況，將項目內(nèi)容進行了合理的分解，確定到若干個不同的教學(xué)任務(wù)，合理安排教學(xué)的知識點與重難點;然后，在這個項目開始執(zhí)行之前就需要我們教師依照學(xué)生的具體情況來進行合理分組。在這種項目式的教學(xué)和課程實施的過程中，教師們就需要通過自己動手制作一段相應(yīng)的教學(xué)實例微視頻，針對疑難問題進行解答，把握項目式教學(xué)實施的過程中的一些重點與疑點難點，對于學(xué)生們在學(xué)習(xí)實踐中可能遇到的問題也要進行預(yù)設(shè)，教師要鼓勵他們掌握多學(xué)科的基礎(chǔ)知識，同樣要對每一個小組的項目實施過程進行嚴(yán)格的監(jiān)督和指導(dǎo)，及時處理學(xué)生們反饋的各類問題，加強引導(dǎo)，鼓勵學(xué)生們相互合作并一起解決問題;最后，在項目評估階段先由組長對學(xué)習(xí)成果進行匯報和展示，接著小組之間進行互評，最后由老師對整個項目的學(xué)習(xí)過程進行歸納總結(jié)。

在信息技術(shù)項目式教學(xué)實踐研究中，主要圍繞著以下三方面來培養(yǎng)學(xué)生的計算思維：

其一、在編程設(shè)計項目中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

編程教學(xué)課堂是培養(yǎng)中學(xué)生計算思維的一個重要途徑，開展編程教學(xué)能夠激發(fā)和幫助中小學(xué)生分析疑難問題、設(shè)計相關(guān)算法以及最終著手編寫程序，讓學(xué)生能夠在不斷的解析中，逐步突破各種疑難問題，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治雠c精密的思考，來構(gòu)建出解決問題的重要數(shù)學(xué)模型，并利用這一模型來解決更多的問題。在信息技術(shù)教學(xué)實踐中，我們根據(jù)不同年齡階段的學(xué)生的情況和特點，積極引入了各類游戲項目設(shè)計，學(xué)科工具設(shè)計，貼近學(xué)生的日常生活和興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望和動手欲望，在提高計算思維的同時也大大提高學(xué)習(xí)效率。所以，在項目式教學(xué)模式下的中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，教師應(yīng)善于在編程教學(xué)中積極培養(yǎng)學(xué)生計算思維，充分發(fā)揮出編程設(shè)計項目的積極作用，引導(dǎo)每一名學(xué)生自主去分析問題和收集相關(guān)材料，努力尋找解決問題的有效方法，實現(xiàn)編程項目的良好有效處理。

例如，在七年級下冊《走進程序世界》這一單元的教學(xué)組織和實施中，我積極采用項目式教學(xué)模式，來培養(yǎng)和提高學(xué)生的計算思維。首先，創(chuàng)設(shè)情景，提出任務(wù)：甲乙兩個同學(xué)在玩猜數(shù)字游戲（1-100），甲先寫下一個數(shù)字，乙來猜，甲根據(jù)乙猜的數(shù)字給出提示“大了！”“小了！”“答對了！”請設(shè)計一款程序《猜數(shù)字游戲》，幫助甲快速提示，并顯示乙猜測的次數(shù)。然后，學(xué)生分組進行探究，討論分析任務(wù)和需要解決的問題，尋找解決問題的有效方法，最后設(shè)計出所需的軟件。教師在此過程中，針對學(xué)生出現(xiàn)的問題進行引導(dǎo)和幫助，引導(dǎo)他們借助教材和微課來學(xué)習(xí)所需要的程序設(shè)計的相關(guān)基礎(chǔ)知識。這樣，學(xué)生主動地學(xué)習(xí)算法及算法描述的方式，主動學(xué)習(xí)了C語言的基本語法及程序的基本結(jié)構(gòu)，并積極利用C語言來設(shè)計一款屬于自己小組的的“猜數(shù)字游戲”，成功體驗了利用計算機編程解決了實際問題的喜悅，計算思維也得以鍛煉。完成該項任務(wù)的整個過程中，教師充分地扮演著一個引導(dǎo)者、幫助者，學(xué)生們積極主動地去發(fā)現(xiàn)問題、探索問題、找到解決實際問題的途徑和辦法，真正地落實了培養(yǎng)中小學(xué)生的計算思維能力的目標(biāo)。

其二、在常用軟件教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

在中小學(xué)階段，軟件學(xué)習(xí)仍是信息技術(shù)課程的內(nèi)容主體，使用軟件來處理和解決日常生活、學(xué)習(xí)中的問題仍是中小學(xué)生主要的信息技術(shù)應(yīng)用實踐。雖然大部分學(xué)生已經(jīng)掌握了一定的運用電腦軟件經(jīng)驗，也具備了運用電腦軟件的基本能力，但是究其本質(zhì)上的角度來說，學(xué)生自身掌握和運用電腦軟件的基礎(chǔ)知識和儲備以及專業(yè)技能等各個方面均不夠成熟。所以，在這種項目式模式下的中小學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)中，老師們就應(yīng)該更加注重培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的計算思維，從而逐步提升和訓(xùn)練學(xué)生對知識的儲備和運用的技巧等。具體來說，在數(shù)字化課堂教學(xué)中，教師們應(yīng)善于引導(dǎo)中小學(xué)生了解與分析功能背后的主要特征及工作原理等，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考以及解決問題的思想與能力，讓學(xué)生能夠更為高效地解決問題，從而科學(xué)地運用計算機技術(shù)。在學(xué)生運用計算機軟件知識及技能較為扎實之后，再引導(dǎo)學(xué)生高效處理任務(wù)，確保任務(wù)完成的質(zhì)量。

在課題研究中我們發(fā)現(xiàn)，軟件的學(xué)習(xí)和使用迫切需要計算思維的參與，只有我們正確理解了軟件所解決的問題本質(zhì)是什么、問題存在環(huán)境是什么、有無其他軟件可以替代解決問題等，方可更好地超越軟件本身，然后將軟件內(nèi)化為我們思維的一部分。可見，信息技術(shù)軟件教學(xué)需要結(jié)合學(xué)生與知識特點，適度、適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)和講述知識原理，為軟件課程教學(xué)注入新的動力。

例如：七年級上冊第二單元《分析處理表格數(shù)據(jù)》中，數(shù)據(jù)排序這一重要知識點，大家普遍關(guān)注的是實際操作過程，但是有關(guān)數(shù)據(jù)排序原理很多，常用的多達有8種算法。其中“選擇排序”和“冒泡排序”算法相對直觀。例如，在對23、45、31、10四個數(shù)據(jù)的升序排序中，我們首先可以通過以動畫形式展示冒泡排序過程，然后讓學(xué)生思考：①計算機完成對23、45、31、10四個數(shù)字的排序需要幾趟？②首趟排序時，計算機對哪些數(shù)據(jù)進行比較？比較了幾次？比較的結(jié)果不同處理又有何不同？③如果改變數(shù)列順序，每趟的排序過程和結(jié)果有何不同？通過交流分析討論，相信學(xué)生基本都能理解排序是怎樣實現(xiàn)的。這樣教學(xué)就不再僅停留在操作層面上，而是進一步拓寬了學(xué)生的計算思維，激起他們無限的好奇心，體驗算法的科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)。

通過課題研究我們發(fā)現(xiàn)，在中小學(xué)信息技術(shù)課堂軟件教學(xué)中，根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)、軟件教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生年齡特點三方面的因素，我們應(yīng)當(dāng)將“問題求解”作為研究重點，將分解、抽象、建模和轉(zhuǎn)化四方面的能力作為我們培養(yǎng)的重心。分解能力是面對復(fù)雜問題的第一步，即化繁為簡。而分解能力又依賴于抽象能力，抽象能力是我們與生俱來的本領(lǐng)，也就是從具體事物中抽取出共同的、本質(zhì)的特征，舍棄非本質(zhì)的特征。根據(jù)抽象的結(jié)果，分析問題的內(nèi)在規(guī)律，提出簡化假設(shè)，用學(xué)科符號建立起反映現(xiàn)實問題的模型，這就需要建模能力，建模有助于理清問題的結(jié)構(gòu)得出解決問題的流程。但即使有了模型指引，解決問題的過程必然會遇到未知的子問題，這就需要具有從未知到已知的轉(zhuǎn)化能力。

其三、在課堂學(xué)習(xí)活動中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

開展項目式教學(xué)，老師也就更加注重在課堂教學(xué)活動中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，通過各類課堂教學(xué)活動的形式來訓(xùn)練學(xué)生的自動化思維。這種課堂自動化主要是指機器設(shè)備，即該系統(tǒng)根據(jù)人數(shù)不足的情況、根據(jù)人的主體需求特點來進行自動檢測以及對信息處理等。對于中學(xué)信息技術(shù)學(xué)科而言，其中的許多內(nèi)容都包含了大量的自動化思維。所以，在項目式教學(xué)模式下，教師們就應(yīng)該積極地引導(dǎo)學(xué)生主動地發(fā)揮這一思維手段，及時地解決他們在課堂上學(xué)習(xí)中遇到的困難和問題，并且去學(xué)習(xí)與理解掌握有關(guān)信息技術(shù)的相關(guān)知識。

總之，計算思維的培育與發(fā)展養(yǎng)成，需要我們在研究和解決各類問題的同時，不斷地通過分析探索、實踐求證、反饋與調(diào)試而逐漸形成。項目式教學(xué)從很大程度上還原了課堂學(xué)習(xí)的內(nèi)容和本質(zhì)，基于真實情境的課堂學(xué)習(xí)可以促進中小學(xué)生對于信息問題的敏感度、對所學(xué)知識點掌握的能力、對問題求解的思維能力的發(fā)展。通過項目式的教學(xué)可以有效地培養(yǎng)中學(xué)生的計算思維，促進學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

中學(xué)信息技術(shù)課程的開展較為艱巨，其在開展過程中不但面臨著機遇，與此同時也面臨著挑戰(zhàn)。在此情況下，就如何提升中學(xué)生生計算思維能力應(yīng)成為每一名中學(xué)信息教師所主要思考的話題。對此，教師們應(yīng)積極推行項目式教學(xué)，充分發(fā)揮每個學(xué)生在課堂上的主體作用和地位，讓學(xué)生能夠自主去完成項目，并在完成項目的過程中，提升學(xué)生的計算思維能力，并且鍛煉學(xué)生的創(chuàng)造力、團隊協(xié)作、動手能力等諸多能力。

*本文系教育部福建師范大學(xué)基礎(chǔ)教育課程研究2021年度開放課題“基于計算思維的信息技術(shù)教學(xué)探究”（課題批準(zhǔn)號：KCZ2021134）的研究成果之一。