基于計算思維的高中信息技術(shù)課程創(chuàng)新型學(xué)習(xí)項目設(shè)計與實施

邵芳芳

摘要：本文從計算思維、項目式學(xué)習(xí)等概念出發(fā)，闡述了本研究的設(shè)計背景與目的，詳細描述了基于計算思維的創(chuàng)新型學(xué)習(xí)項目設(shè)計與實施的過程，最后對創(chuàng)新型學(xué)習(xí)項目設(shè)計與實施的意義加以總結(jié)和反思。

關(guān)鍵詞：計算思維；創(chuàng)新型學(xué)習(xí)項目；項目式學(xué)習(xí)

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）10-0055-04

概念表述與理解

1.計算思維

周以真教授認為，計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動。就信息技術(shù)課堂教學(xué)而言，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維就是教師要幫助學(xué)生搭建現(xiàn)實與用“計算機解決”之間的橋梁。

2.項目式學(xué)習(xí)

項目式學(xué)習(xí)是一種動態(tài)的學(xué)習(xí)方法，是將原本抽象的知識融入每一個項目任務(wù)活動中，以學(xué)習(xí)項目為抓手，引領(lǐng)學(xué)生在真實的項目（任務(wù)）情境中親身探索、實踐，主動探索和挑戰(zhàn)現(xiàn)實世界的問題，在有意義的學(xué)習(xí)實踐歷程中發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)知識的價值與意義，自主實現(xiàn)知識意義的建構(gòu)，形成技能，發(fā)展能力。

3.創(chuàng)新型學(xué)習(xí)項目

創(chuàng)新型學(xué)習(xí)項目以“創(chuàng)新”為著力點，以設(shè)計具有創(chuàng)新意義的科技作品為最終目的，科學(xué)設(shè)計完整的項目學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生在項目化學(xué)習(xí)的實踐體驗、內(nèi)化吸收、探索創(chuàng)新中深度思考，在此過程中落實計算思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提升，獲得知識技能和學(xué)科素養(yǎng)的縱深發(fā)展。

設(shè)計背景

筆者與學(xué)校信息技術(shù)教研組全體成員以及所在區(qū)部分信息技術(shù)教師一起，以課標為引領(lǐng)，以課題為主線，以學(xué)習(xí)項目為抓手，設(shè)計了一系列創(chuàng)新型學(xué)習(xí)項目，以期在項目的設(shè)計與實施過程中，逐步培養(yǎng)和提升學(xué)生的計算思維，感悟技術(shù)創(chuàng)新的重大意義。

基于計算思維的創(chuàng)新型學(xué)習(xí)項目設(shè)計與實施

下面，筆者以項目“列表的綜合應(yīng)用——社區(qū)卡口車輛自動識別開關(guān)門模擬系統(tǒng)”為例，詳細闡述項目的設(shè)計與實施過程。

1.項目設(shè)計背景

筆者從學(xué)生真實的生活情境出發(fā)，設(shè)計了“社區(qū)卡口車輛自動識別開關(guān)門模擬系統(tǒng)”項目作為本課的主線和內(nèi)容，引領(lǐng)學(xué)生對項目進行需求分析、算法設(shè)計與實現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上進行創(chuàng)意設(shè)計。

（1）學(xué)情分析

本項目的授課對象為高二年級的學(xué)生，他們的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和能力較好，喜歡動腦思考，喜歡挑戰(zhàn)和探究新事物。經(jīng)過前一階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了（順序、分支、循環(huán)）算法的三大控制結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)了列表的相關(guān)知識（創(chuàng)建、添加、刪除元素等）和一些簡單函數(shù)的使用方法，但還沒有對列表進行綜合應(yīng)用的經(jīng)驗。

（2）教學(xué)目標

①基于真實項目情境，從信息系統(tǒng)開發(fā)的角度設(shè)計問題鏈，引發(fā)深度思考，運用計算思維形成解決問題的方案，并應(yīng)用Python模擬和實現(xiàn)方案。（計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）

②在完成項目的過程中，在遇到技術(shù)問題時，能夠有意識地閱讀教師提供的學(xué)習(xí)資料尋求幫助，進而解決技術(shù)難題。（信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）

③靈活運用列表知識結(jié)合算法的控制結(jié)構(gòu)，完成項目的設(shè)計與實現(xiàn)，在此過程中體驗信息技術(shù)行業(yè)實踐者真實的工作模式和思考方式。（計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）

（3）教學(xué)重難點

重點：“社區(qū)卡口車輛自動識別開關(guān)門模擬系統(tǒng)”項目的分析設(shè)計和算法描述；靈活運用列表知識，結(jié)合算法的控制結(jié)構(gòu)，完成自創(chuàng)項目的設(shè)計與實現(xiàn)。

難點：根據(jù)項目主題，準確分析項目需求，靈活運用列表相關(guān)知識，結(jié)合算法的控制結(jié)構(gòu)，高效完成項目的分析、設(shè)計與實現(xiàn)。

2.項目評價設(shè)計

筆者為學(xué)生設(shè)計并提供了“項目評價量規(guī)”（如表1），從思維、創(chuàng)新、交流表達三個維度為學(xué)生的學(xué)習(xí)與實踐提供指引。以“需求分析→算法描述→程序?qū)崿F(xiàn)”貫穿項目的每個環(huán)節(jié)，并將學(xué)生每一環(huán)節(jié)的完成狀況與評價量規(guī)中的對應(yīng)指標進行比對，以實時掌握學(xué)生設(shè)計與開發(fā)本項目的思考過程與落實情況，以及教學(xué)目標的達成和教學(xué)重難點的突破情況。

3.項目教學(xué)過程

（1）創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

筆者帶領(lǐng)學(xué)生回顧上節(jié)課后布置的作業(yè)——“社區(qū)卡口車輛自動識別開關(guān)門模擬系統(tǒng)”項目的設(shè)計與實現(xiàn)，明確項目設(shè)計背景。提出問題：如何設(shè)計一個“社區(qū)卡口車輛自動識別開關(guān)門模擬系統(tǒng)”，對進出社區(qū)的車輛進行車牌號識別，為車主提供更便捷的出行服務(wù)？

設(shè)計意圖：基于真實問題情境設(shè)計項目導(dǎo)入課題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生感悟信息技術(shù)與信息社會的緊密關(guān)系。（信息意識）

（2）項目引領(lǐng)，熟悉流程

教師展示某位學(xué)生課后作業(yè)的完成過程，以及和教師交流作業(yè)過程的記錄（如下頁圖），引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注在完成項目之前思維過程的重要性，以此引出本課設(shè)計“系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)書”的意義所在。

教師從“系統(tǒng)分析”（為什么要設(shè)計該系統(tǒng)？系統(tǒng)的使用對象？）、“系統(tǒng)設(shè)計”（系統(tǒng)的功能？輸入數(shù)據(jù)？輸出數(shù)據(jù)？系統(tǒng)實現(xiàn)的算法？）、“系統(tǒng)實施”（Python編程實現(xiàn)）三方面，以問題鏈的形式引導(dǎo)學(xué)生深入思考，分析“社區(qū)卡口車輛自動識別開關(guān)門模擬系統(tǒng)”項目的“系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)書”（如下頁表2）中的各項內(nèi)容，在幫助學(xué)生掌握信息系統(tǒng)項目開發(fā)基本流程的同時，注重計算思維過程的培養(yǎng)。

設(shè)計意圖：從信息系統(tǒng)開發(fā)的角度，設(shè)計問題鏈，引發(fā)學(xué)生思考，提升學(xué)生的信息意識與計算思維，在此過程中，幫助學(xué)生熟悉信息系統(tǒng)開發(fā)的基本流程。

（3）自創(chuàng)項目，思維進階

拓展作業(yè)：以小組為單位交流探討“還能應(yīng)用列表（List）結(jié)構(gòu)，模擬或設(shè)計哪些其他項目？”，并將自己的想法填寫在“自創(chuàng)項目系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)書”中的指定位置。

設(shè)計意圖：驗證學(xué)生對知識的遷移能力；檢測學(xué)生是否有足夠的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力去設(shè)計和實現(xiàn)一個好的項目。

（4）作品展示，評價交流

學(xué)生展示并介紹自創(chuàng)項目系統(tǒng)的設(shè)計方案。

①項目主題。

②設(shè)計背景描述。

③系統(tǒng)分析。（a.為什么要設(shè)計該系統(tǒng)？b.系統(tǒng)的使用對象？）

④系統(tǒng)設(shè)計。（a.系統(tǒng)功能？b.輸入數(shù)據(jù)？c.輸出數(shù)據(jù)？d.系統(tǒng)實現(xiàn)的算法？）

教師根據(jù)學(xué)生的項目作品介紹和展示，對其項目系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)中的優(yōu)點與問題進行點評和小結(jié)。

設(shè)計意圖：幫助學(xué)生梳理自己的思維過程，強化計算思維與信息意識，提高交流表達能力。

創(chuàng)新型學(xué)習(xí)項目設(shè)計與實施的意義及反思

通過一系列創(chuàng)新型學(xué)習(xí)項目的設(shè)計與實施，與項目實施前相比，學(xué)生更加關(guān)注生活、關(guān)注社會，能夠熟練掌握用計算機可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)并設(shè)計算法形成解決問題的方法，能用自己熟悉的數(shù)字化編程工具創(chuàng)造性地解決問題。在項目作品的解析與設(shè)計開發(fā)過程中，學(xué)生熟悉了項目開發(fā)的全流程，了解了創(chuàng)意和思維對項目開發(fā)的重要性，體驗到一個好項目對社會生產(chǎn)生活的重要影響，學(xué)生的計算思維和數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力都得到了顯著提升。

作為科技教育工作者，應(yīng)從大處著眼、小處著手，于教育變革中深入實踐，勇于質(zhì)疑、探索、反思、提升，做學(xué)生的引路人，使其在成長期擁有一定的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，并借助技術(shù)的物化作品來塑造自我，回饋社會。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]陳永存.小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)實施策略研究之計算思維的培養(yǎng)[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2021（07）：83-85.