項(xiàng)目式教學(xué)在高中Python編程教學(xué)中的實(shí)踐研究

李才華

【摘 要】項(xiàng)目式教學(xué)是基于真實(shí)學(xué)習(xí)情境，以問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)模式，學(xué)生能在項(xiàng)目的完成中強(qiáng)化知識(shí)的學(xué)習(xí)及提升解決問(wèn)題的能力。Python編程教學(xué)是高中信息技術(shù)教材中的重要模塊，本文以“讓數(shù)據(jù)‘隱身”為例，開(kāi)展了項(xiàng)目式教學(xué)在高中Python編程教學(xué)中的實(shí)踐研究，探討項(xiàng)目式教學(xué)在高中信息技術(shù)學(xué)科的實(shí)施。

【關(guān)鍵詞】項(xiàng)目式教學(xué)；Python編程；教學(xué)實(shí)踐

【中圖分類號(hào)】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【論文編號(hào)】1671-7384（2023）08-074-02

案例背景

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將Python編程語(yǔ)言作為唯一的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言開(kāi)展教學(xué)，足以體現(xiàn)Python編程教學(xué)的重要性。項(xiàng)目式教學(xué)是基于真實(shí)學(xué)習(xí)情境，以問(wèn)題為導(dǎo)向，學(xué)生通過(guò)合作學(xué)習(xí)，在完成項(xiàng)目的過(guò)程中獲得知識(shí)、技能和提升利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力的教學(xué)模式?，F(xiàn)在的高中生Python編程語(yǔ)言的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)普遍比較薄弱。因此，為了強(qiáng)化Python編程教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)Python程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的掌握，本文研究將項(xiàng)目式教學(xué)運(yùn)用于Python編程教學(xué)的實(shí)踐中，在Python編程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力和運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

案例描述

1.教學(xué)分析

（1）導(dǎo)入教學(xué)主題

首先讓學(xué)生觀看關(guān)于數(shù)據(jù)加密的視頻，教師引導(dǎo)學(xué)生在觀看視頻的同時(shí)思考回答以下問(wèn)題：你知道視頻中的聲音和手電筒燈光傳遞的是什么信息嗎？視頻中的數(shù)據(jù)是如何“隱身”的？什么是摩斯密碼？

視頻的內(nèi)容主要包含三方面：第一是SOS信號(hào)的聲音和燈光傳遞，可以讓學(xué)生直觀感受信息的加密傳遞；第二是影視劇中經(jīng)典的通過(guò)摩斯密碼傳遞信息的片段，這能夠活躍課堂氣氛，集中學(xué)生注意力，同時(shí)讓學(xué)生知道數(shù)據(jù)可以經(jīng)過(guò)秘鑰進(jìn)行加密和隱身；第三是關(guān)于摩斯密碼簡(jiǎn)介的內(nèi)容，讓學(xué)生了解數(shù)據(jù)加密技術(shù)。通過(guò)這個(gè)視頻的導(dǎo)入，引導(dǎo)學(xué)生確立本節(jié)課的項(xiàng)目主題——“讓數(shù)據(jù)‘隱身”。

（2）確定教學(xué)目標(biāo)

在確立項(xiàng)目主題之后，教師引導(dǎo)學(xué)生確立本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)如下：在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索相關(guān)信息的自主學(xué)習(xí)過(guò)程中，了解數(shù)據(jù)加密的發(fā)展歷史，體會(huì)密碼保護(hù)的重要性，增強(qiáng)信息安全意識(shí)；會(huì)用Python編程實(shí)現(xiàn)凱撒密碼的加密算法；在問(wèn)題的求解過(guò)程中建立運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法解決問(wèn)題的思維習(xí)慣；在揭秘凱撒密碼的過(guò)程中，理解數(shù)據(jù)加密和解密的概念及原理。

將本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)及核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)分解到各項(xiàng)活動(dòng)中，明確項(xiàng)目的目標(biāo)和期望實(shí)現(xiàn)價(jià)值。明確的項(xiàng)目目標(biāo)可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的方向，也為項(xiàng)目評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

2.教學(xué)設(shè)計(jì)

本案例中將教學(xué)項(xiàng)目——“讓數(shù)據(jù)‘隱身”分解為以下三個(gè)任務(wù)。任務(wù)一：了解古老的“隱身術(shù)”；任務(wù)二：用Python編程實(shí)現(xiàn)凱撒加密算法；任務(wù)三：理解數(shù)據(jù)加密和解密的概念及原理。

通過(guò)任務(wù)一的完成，學(xué)生能了解到數(shù)據(jù)加密的發(fā)展歷史和各個(gè)時(shí)期的讓數(shù)據(jù)“隱身”技術(shù)，能夠直觀地體會(huì)到數(shù)據(jù)加密的重要性以及秘鑰保護(hù)的重要性，增強(qiáng)學(xué)生信息意識(shí)；通過(guò)任務(wù)二實(shí)現(xiàn)凱撒加密算法，是這個(gè)項(xiàng)目的核心任務(wù)，根據(jù)計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的一般過(guò)程來(lái)學(xué)習(xí)凱撒加密的程序；通過(guò)任務(wù)三總結(jié)與升華所學(xué)知識(shí)。

3.教學(xué)實(shí)施

（1）任務(wù)一：了解古老的“隱身術(shù)”

教師提出問(wèn)題：自古以來(lái)，在管理國(guó)家、戰(zhàn)爭(zhēng)或經(jīng)濟(jì)往來(lái)中，有些情況下需要高效安全的通信方式。我們比較熟知的是近代發(fā)明的摩斯密碼。但是，在古代是如何給數(shù)據(jù)穿上“隱身符”的呢？讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)搜索相關(guān)信息，了解數(shù)據(jù)加密的發(fā)展歷史。本任務(wù)的完成采用小組活動(dòng)的形式開(kāi)展，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)；利用網(wǎng)絡(luò)獲取學(xué)習(xí)資源，強(qiáng)化學(xué)生的搜索引擎操作技能與知識(shí)分享的習(xí)慣和能力。

（2）任務(wù)二：用Python編程實(shí)現(xiàn)凱撒加密算法

第一步，分析“愷撒密碼”的加密原理。用Python編程實(shí)現(xiàn)凱撒加密算法程序，需解決以下問(wèn)題：一是圖形用戶界面的建立，相關(guān)組件的添加；二是自定義Button按鈕激發(fā)函數(shù)Caisajiami，實(shí)現(xiàn)加密算法；第三：在Caisajiami函數(shù)中實(shí)現(xiàn)循環(huán)加密過(guò)程。通過(guò)分析凱撒加密程序，建立該程序的結(jié)構(gòu)模型。

第二步，設(shè)計(jì)算法。對(duì)程序中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和組織，明確明文數(shù)據(jù)與密文數(shù)據(jù)的關(guān)系，確定數(shù)據(jù)類型為字符串（圖1）；形成使用Python編程解決問(wèn)題的方案及步驟，并能夠用流程圖描述出來(lái)。

第三步，編寫(xiě)代碼。利用Python語(yǔ)言編寫(xiě)代碼實(shí)現(xiàn)程序，強(qiáng)化學(xué)生Python語(yǔ)言編寫(xiě)程序和算法實(shí)現(xiàn)的能力。

第四步，調(diào)試運(yùn)行。教師提出：若要爭(zhēng)取時(shí)間和空間最優(yōu)，凱撒密碼的解密程序是怎樣的，在加密程序上作何更改？這強(qiáng)化了學(xué)生知識(shí)遷移及利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（3）任務(wù)三：理解數(shù)據(jù)加密和解密的概念及原理

通過(guò)體驗(yàn)揭秘凱撒密碼的Python編程實(shí)現(xiàn)過(guò)程，說(shuō)出數(shù)據(jù)加密和解密的概念及原理，完成表格內(nèi)容填空。學(xué)生小組合作自主完成任務(wù)，在前面已學(xué)Python編程實(shí)現(xiàn)凱撒加密與解密算法的基礎(chǔ)上，總結(jié)數(shù)據(jù)加密與解密的概念與原理，根據(jù)具體事例進(jìn)行知識(shí)總結(jié)與升華。

（4）拓展。教師提出問(wèn)題：愷撒密碼安全性能如何？如何改進(jìn)才能提升安全性能？

這使學(xué)生在學(xué)習(xí)完數(shù)據(jù)加密與解密技術(shù)之后，能夠?qū)?shù)據(jù)加密與解密技術(shù)進(jìn)行安全性的判斷，強(qiáng)化信息安全意識(shí)。

4.教學(xué)總結(jié)

（1）讓學(xué)生用思維導(dǎo)圖總結(jié)與梳理本項(xiàng)目的所有內(nèi)容；（2）各學(xué)生小組評(píng)價(jià)與梳理本小組的項(xiàng)目完成情況；（3）每位學(xué)生完成問(wèn)卷，對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行個(gè)人評(píng)價(jià)；（4）最后教師根據(jù)收集的相關(guān)數(shù)據(jù)與資料進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)。

教學(xué)反思

關(guān)于教學(xué)的整體過(guò)程。本案例項(xiàng)目式教學(xué)，從項(xiàng)目分析、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)，再到項(xiàng)目總結(jié)，環(huán)環(huán)相扣。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的核心任務(wù)是用Python編程實(shí)現(xiàn)凱撒密碼的加密程序，按照計(jì)算思維解決問(wèn)題的一般步驟進(jìn)行。首先，對(duì)求解問(wèn)題進(jìn)行分析，界定問(wèn)題，完成結(jié)構(gòu)模型的架構(gòu)；其次，對(duì)程序中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和組織，確定具體的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的算法，并用流程圖描述出來(lái)；再次，利用Python語(yǔ)言編寫(xiě)代碼實(shí)現(xiàn)程序，與算法的分析模塊相對(duì)應(yīng)；最后，對(duì)編寫(xiě)好的程序進(jìn)行調(diào)試，爭(zhēng)取時(shí)間和空間最優(yōu)，并提出加密程序作何更改實(shí)現(xiàn)凱撒密碼的解密程序，強(qiáng)化學(xué)生的知識(shí)遷移及解決實(shí)際問(wèn)題的能力。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的路徑符合學(xué)生知識(shí)的建構(gòu)邏輯，也與Python編程實(shí)現(xiàn)程序的思路高度契合。

關(guān)于課堂教學(xué)組織形式。教師采用小組合作學(xué)習(xí)的方式，根據(jù)項(xiàng)目分解的任務(wù)確定小組活動(dòng)的內(nèi)容與形式，小組以完成項(xiàng)目目標(biāo)為導(dǎo)向；在組內(nèi)開(kāi)展分工合作學(xué)習(xí)，以小組評(píng)價(jià)表中團(tuán)體成績(jī)?yōu)樾〗M完成項(xiàng)目的評(píng)價(jià)依據(jù)，激發(fā)小組合作學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。

關(guān)于課堂評(píng)價(jià)。課堂評(píng)價(jià)是促進(jìn)課堂效率提高的主要手段之一，本節(jié)課主要采用了過(guò)程性評(píng)價(jià)及總結(jié)性評(píng)價(jià)。通過(guò)項(xiàng)目式教學(xué)開(kāi)展Python編程教學(xué)，在項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，學(xué)生能夠自主分析項(xiàng)目目標(biāo)和項(xiàng)目?jī)?nèi)容，能夠用編程思維來(lái)設(shè)計(jì)算法與完成項(xiàng)目。

在Python編程教學(xué)中采用項(xiàng)目式教學(xué)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生通過(guò)自己的能力嘗試解決問(wèn)題，在解決問(wèn)題的過(guò)程中提升信息素養(yǎng)。

編? ?輯：馮安華