面向計(jì)算思維培養(yǎng)的PBL 教學(xué)模式實(shí)踐探究
——以高中信息技術(shù)《周而復(fù)始的循環(huán)》一課為例

江蘇省徐州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)高級(jí)中學(xué) 李才華

一、面向計(jì)算思維培養(yǎng)的PBL 教學(xué)模式分析

PBL 是基于項(xiàng)目、依托建構(gòu)主義理論的情景化學(xué)習(xí)方式，旨在引導(dǎo)學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中掌握知識(shí)。在課堂教學(xué)中，引入PBL 教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（一）在具體情境中提出問題，激發(fā)學(xué)生興趣，活躍學(xué)生思維

驅(qū)動(dòng)問題是PBL 的核心，它以真實(shí)情境作為切入點(diǎn)，結(jié)合情境內(nèi)容提出問題。這樣的問題能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍學(xué)生的思維。

（二）引導(dǎo)學(xué)生參與問題的解決過程，培養(yǎng)計(jì)算思維

在運(yùn)用PBL 教學(xué)模式的課堂中，學(xué)生為了解決具體情境中的問題而開展探究，以分析問題、解決問題為主線開展學(xué)習(xí)。計(jì)算思維是一種獨(dú)特的能力組合，學(xué)生在分析問題的過程中需要運(yùn)用設(shè)計(jì)思維，在解決問題的過程中需要運(yùn)用算法思維和批判思維，從而形成更加高效的解決方案。PBL 教學(xué)模式注重培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多種思維工具解決問題的能力，體驗(yàn)程序設(shè)計(jì)的實(shí)施過程，直觀地感受計(jì)算思維的運(yùn)用。

（三）在交流評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生思維的火花

PBL 教學(xué)模式為學(xué)生和教師彼此協(xié)作、調(diào)查問題、交流思想提供了機(jī)會(huì)。教室成了學(xué)習(xí)者互動(dòng)的樂園，學(xué)生互相質(zhì)疑，并對(duì)彼此的觀點(diǎn)和想法給予反饋，在思維碰撞的過程中激發(fā)出智慧的火花。

二、面向計(jì)算思維培養(yǎng)的PBL 教學(xué)模式的教學(xué)案例設(shè)計(jì)

在實(shí)際教學(xué)中，應(yīng)以面向計(jì)算思維培養(yǎng)的PBL 教學(xué)模式的分析為基礎(chǔ)，優(yōu)化教學(xué)案例設(shè)計(jì)。下面以高中信息技術(shù)課程《周而復(fù)始的循環(huán)》一課為例進(jìn)行分析：

（一）課前項(xiàng)目準(zhǔn)備階段

1.教材和學(xué)情分析

項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要以教學(xué)目標(biāo)為依據(jù)，并結(jié)合學(xué)生的學(xué)情。所以，教材和學(xué)情分析是項(xiàng)目準(zhǔn)備階段的第一項(xiàng)內(nèi)容。

以《周而復(fù)始的循環(huán)》一課為例，本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容是數(shù)據(jù)與計(jì)算教材第二單元編程計(jì)算部分第三小節(jié)——循環(huán)結(jié)構(gòu)。循環(huán)結(jié)構(gòu)通常包含兩種類型，即重復(fù)一定次數(shù)的計(jì)數(shù)循環(huán)和重復(fù)直到某種情況結(jié)束的條件循環(huán)。本部分內(nèi)容是在之前學(xué)習(xí)第二節(jié)運(yùn)用分支結(jié)構(gòu)編程計(jì)算解決問題的基礎(chǔ)上，通過循環(huán)結(jié)構(gòu)編程計(jì)算解決問題，是對(duì)前面知識(shí)的延續(xù)與補(bǔ)充，也是對(duì)后面第四節(jié)學(xué)習(xí)函數(shù)的引導(dǎo)與鋪墊。

高一學(xué)生在經(jīng)過一段時(shí)間的新教材學(xué)習(xí)之后，已經(jīng)具備了一定的邏輯思維能力和分析、解決問題的能力，對(duì)Python 編程語言、算法、流程圖、代碼編寫、程序運(yùn)行也有一定的了解，但計(jì)算思維能力和操作實(shí)踐能力比較薄弱。多數(shù)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)編程語言的興趣不高，覺得比較枯燥乏味，但少數(shù)學(xué)生能根據(jù)實(shí)例獨(dú)自完成程序。所以，教師應(yīng)盡可能地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開展分層教學(xué)。

2.設(shè)置問題情境，確定項(xiàng)目目標(biāo)

教師應(yīng)在這一階段完成設(shè)置問題情境的任務(wù)。所設(shè)的情境既要符合信息技術(shù)教學(xué)的要求，還要貼近學(xué)生的生活與學(xué)習(xí)實(shí)際，充分發(fā)揮計(jì)算思維的主導(dǎo)效用。

以《周而復(fù)始的循環(huán)》一課為例，基于上述考慮，設(shè)計(jì)“畢業(yè)旅游理財(cái)規(guī)劃”項(xiàng)目，分析在本金一樣的情況下，根據(jù)實(shí)際情況選擇存款方式，為畢業(yè)旅游儲(chǔ)備足夠的資金。本項(xiàng)目可以分解為兩個(gè)基本任務(wù)，任務(wù)一：三年定存——利率不變，計(jì)算三年存款總額；任務(wù)二：一年定存，自動(dòng)轉(zhuǎn)存——利率變化，計(jì)算三年存款總額。一個(gè)拓展任務(wù)：小明旅游的經(jīng)費(fèi)需求是10500 元，需要多長(zhǎng)時(shí)間能夠存夠呢？

3.整合教學(xué)目標(biāo)和項(xiàng)目目標(biāo)，設(shè)計(jì)教學(xué)流程

本項(xiàng)目的教學(xué)流程設(shè)計(jì)如下圖所示：

項(xiàng)目目標(biāo)的完成要與課堂教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合。梳理清晰的課堂教學(xué)流程，有助于實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生的計(jì)算思維。

（二）課上項(xiàng)目實(shí)施階段

面向計(jì)算思維培養(yǎng)的PBL 教學(xué)模式，主要包括以下幾個(gè)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)：

1.環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，提出項(xiàng)目

以《周而復(fù)始的循環(huán)》一課為例，先播放畢業(yè)旅游視頻，再提問：同學(xué)們有沒有畢業(yè)旅游計(jì)劃？隨后提出項(xiàng)目：小明同學(xué)今年上高一，打算高考完去內(nèi)蒙古旅游，他現(xiàn)在有1 萬元壓歲錢，為了能夠有更充足的資金保證三年后的旅游順利進(jìn)行，他準(zhǔn)備拿這1 萬元進(jìn)行投資理財(cái)。請(qǐng)同學(xué)們幫小明同學(xué)設(shè)計(jì)出存款的方式。

2.環(huán)節(jié)二：自主學(xué)習(xí)，知識(shí)儲(chǔ)備

以《周而復(fù)始的循環(huán)》一課為例，安排學(xué)生自主預(yù)習(xí)教材P35-36，完成導(dǎo)學(xué)案自主學(xué)習(xí)部分的五道題。在此過程中，教師巡視每一位學(xué)生的完成情況，先進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)，再針對(duì)學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤較多的題進(jìn)行統(tǒng)一指導(dǎo)講解。本節(jié)課包含列表、計(jì)數(shù)循環(huán)、range（）函數(shù)知識(shí)，要通過分析實(shí)例和練習(xí)引導(dǎo)學(xué)生把知識(shí)內(nèi)化。

3.環(huán)節(jié)三：任務(wù)驅(qū)動(dòng)，項(xiàng)目實(shí)施

以《周而復(fù)始的循環(huán)》一課為例，任務(wù)一：三年定存——利率不變，計(jì)算三年存款總額。如果將1 萬元存入銀行，選擇“三年定存”的存款方式，3 年存款利率不變，均為3.25%，3 年后到期存款總額是多少？為解決這一問題，可以將其分解為三個(gè)活動(dòng)，即活動(dòng)一：算法分析與描述，請(qǐng)分析每年的存款變化，從中找出規(guī)律；活動(dòng)二：python 編程實(shí)現(xiàn)；活動(dòng)三：程序運(yùn)行與調(diào)試優(yōu)化。任務(wù)二：一年定存，自動(dòng)轉(zhuǎn)存——利率變化，計(jì)算三年存款總額。如果首次存款時(shí)的利率是3.25%，自動(dòng)轉(zhuǎn)存時(shí)利率分別是3%、3.75%，那么3 年后到期存款總額是多少？為解決這一問題，可以將其分解為三個(gè)活動(dòng)，即活動(dòng)一：算法分析與描述，請(qǐng)分析每年的存款變化，從中找出規(guī)律；活動(dòng)二：python 編程實(shí)現(xiàn)；活動(dòng)三：程序運(yùn)行與調(diào)試優(yōu)化。拓展任務(wù)：小明旅游的經(jīng)費(fèi)需求是10500 元，需要多長(zhǎng)時(shí)間能夠存夠呢？

4.環(huán)節(jié)四：項(xiàng)目交流與總結(jié)

以《周而復(fù)始的循環(huán)》一課為例，各小組展示項(xiàng)目成果及匯報(bào)完成過程，交流在完成任務(wù)過程中遇到的問題及解決問題的方法，并從實(shí)際出發(fā)考慮收益性、風(fēng)險(xiǎn)性、流動(dòng)性等因素，最后作出選擇。

項(xiàng)目總結(jié)：通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)你學(xué)會(huì)了哪些內(nèi)容？學(xué)生可以通過繪制思維導(dǎo)圖的方式呈現(xiàn)。

5.環(huán)節(jié)五：項(xiàng)目評(píng)價(jià)

從三個(gè)維度對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)，即維度一：小組長(zhǎng)完成小組評(píng)價(jià)表；維度二：每位同學(xué)完成在線調(diào)查表；維度三：教師評(píng)價(jià)。最后根據(jù)收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)。

（三）課后總結(jié)反思階段

以《周而復(fù)始的循環(huán)》一課為例，總結(jié)反思如下：

第一，關(guān)于課堂的整體構(gòu)思：結(jié)合實(shí)際情境引入項(xiàng)目。課堂主線是項(xiàng)目的實(shí)施，課堂副線是本課相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握與應(yīng)用，課堂升華線是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。三條線相輔相成，互相融合，促進(jìn)了教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

第二，關(guān)于本節(jié)課重要知識(shí)點(diǎn)的處理：先讓學(xué)生以完成導(dǎo)學(xué)案的方式進(jìn)行自主知識(shí)建構(gòu)，然后對(duì)學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的輔導(dǎo)，并結(jié)合學(xué)生出現(xiàn)的普遍問題進(jìn)行集中講解。

第三，關(guān)于項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)：將項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)分解為兩個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)的完成又分解為三個(gè)活動(dòng)。這是運(yùn)用計(jì)算機(jī)思維解決問題的過程，應(yīng)該把這種習(xí)慣與能力的培養(yǎng)投射到每一節(jié)課的活動(dòng)中。

第四：關(guān)于課堂評(píng)價(jià)：本節(jié)課設(shè)計(jì)了三維課堂評(píng)價(jià)，而且把過程性評(píng)價(jià)與結(jié)果性評(píng)價(jià)相結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生思維的火花。

計(jì)算思維的培養(yǎng)，是一種需要通過長(zhǎng)期訓(xùn)練才能內(nèi)化的心理認(rèn)知過程，必須充分利用PBL 教學(xué)模式進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練。