基于PBL的小學(xué)編程實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

嚴(yán)藝?guó)P

【摘? 要】在“培養(yǎng)未來科技創(chuàng)新人才”的大背景下，編程教育越來越重要。本文闡述編程教育的重要性及編程教育的最終目標(biāo)是培養(yǎng)編程思維、計(jì)算思維、創(chuàng)新思維以提高解決生活中實(shí)際問題的能力。為更有效達(dá)成編程教育的最終目的，提出基于PBL的小學(xué)編程實(shí)踐活動(dòng)模式，最后以《安全出行——升級(jí)紅綠燈》案例設(shè)計(jì)供參考。

【關(guān)鍵詞】PBL；編程思維；編程實(shí)踐活動(dòng)

一、編程教育的重要性及目標(biāo)

我國(guó)在“培養(yǎng)未來科技創(chuàng)新人才”的大背景下，陸續(xù)發(fā)布了一系列與編程教育相關(guān)的政策。2022年4月，教育部印發(fā)《義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》其中包含了信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)，信息科技課程正式納入義務(wù)教育！課程明確了要培養(yǎng)學(xué)生“信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任”這四方面核心素養(yǎng)，并指出了計(jì)算思維的意義：具備計(jì)算思維的學(xué)生能對(duì)問題進(jìn)行抽象、分解、建模，并通過設(shè)計(jì)算法形成解決方案；能嘗試模擬、仿真、驗(yàn)證解決問題的過程，反思、優(yōu)化解決問題的方案，并將其遷移運(yùn)用于解決其他問題。在教育政策有力引導(dǎo)下，編程教育的重要性不言而喻。

ChatGPT橫空出世，人們可以運(yùn)用自然語言指揮機(jī)器完成許多任務(wù)，甚至是編寫程序?？梢姡幊探逃哪康慕^不是教學(xué)生掌握一種編程語言。編程教育的最終目的是以學(xué)編程的方式培養(yǎng)學(xué)生編程思維、計(jì)算思維、創(chuàng)新思維，提高解決生活中實(shí)際問題的能力。

二、構(gòu)建基于PBL的小學(xué)編程活動(dòng)模式

PBL（Project-Based Learning）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是以解決學(xué)生在學(xué)習(xí)生活中存在的問題為出發(fā)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)綜合運(yùn)用自己已有知識(shí)并學(xué)習(xí)應(yīng)用新知識(shí)，小組合作，共同分析問題、解決問題，最終完成任務(wù)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)過程。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)際是一個(gè)等待學(xué)生解決問題的過程，讓學(xué)生更好地完成這件事必須讓他們?nèi)ニ伎家粋€(gè)非常關(guān)健的問題——哪些知識(shí)可以幫助解決這個(gè)問題？知識(shí)背后的邏輯和通理是什么？

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)施過程中需要注意項(xiàng)目的選擇和優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。首先，項(xiàng)目源于真實(shí)的實(shí)際問題，問題的設(shè)計(jì)要能夠激發(fā)學(xué)生的求知欲且問題的設(shè)計(jì)應(yīng)該符合學(xué)生學(xué)情、難易適中，具有一定的挑戰(zhàn)性和延展性。其次，注重項(xiàng)目背后的整體建構(gòu)。一個(gè)質(zhì)量比較高的項(xiàng)目，會(huì)有助于學(xué)生整體的建構(gòu)、整體的創(chuàng)造。讓學(xué)生在這些方面有整體的理解，同時(shí)生成關(guān)于這些方面的核心素養(yǎng)。最后，展示評(píng)價(jià)與總結(jié)反思。每解決一個(gè)問題都要進(jìn)行展示和評(píng)價(jià)。

用PBL教學(xué)方法實(shí)施小學(xué)編程教學(xué)，將更有效地達(dá)成小學(xué)編程教育培養(yǎng)未來科技創(chuàng)新人才的最終目的。因此，筆者提出基于PBL項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式開展小學(xué)編程實(shí)踐活動(dòng)，以項(xiàng)目為核心，圍繞真實(shí)問題創(chuàng)設(shè)情境，學(xué)生小組合作，分析問題、設(shè)計(jì)方案、建立模型、編寫代碼、模型迭代、分享與評(píng)價(jià)的編程實(shí)踐活動(dòng)流程，如圖所示。

（一）選定項(xiàng)目，創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境

在PBL中，項(xiàng)目的選擇是關(guān)鍵。在真實(shí)生活情境中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，結(jié)合學(xué)生的學(xué)情以及課程特點(diǎn)確定相應(yīng)的項(xiàng)目。教師應(yīng)充分考慮到項(xiàng)目的難易程度適中，項(xiàng)目?jī)?nèi)容的豐富與延展性以利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)新思維，以及現(xiàn)有學(xué)校環(huán)境、提供的硬件條件、師生能力水平，實(shí)事求是地結(jié)合實(shí)際選擇相應(yīng)的項(xiàng)目，在課堂實(shí)施中以真實(shí)的問題情境導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)性學(xué)習(xí)探究，實(shí)現(xiàn)有效的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。

（一）分析問題，新課知識(shí)講解

師生共同分析問題，分解任務(wù)，將一個(gè)項(xiàng)目式的大問題分解成多個(gè)子任務(wù)并清晰各個(gè)子任務(wù)的目標(biāo)及要求。將抽象的情境問題提煉出本質(zhì)，分解成多個(gè)子任務(wù)并建立相應(yīng)的模型，構(gòu)建出完成任務(wù)的流程及呈現(xiàn)完成任務(wù)相應(yīng)的新知識(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生將抽象的情境內(nèi)容與邏輯流程及相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)建立聯(lián)系。同時(shí)也讓學(xué)生清晰地感受到學(xué)有所用，用所學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問題的成就與自豪感。

（二）小組合作、解決問題

學(xué)生明確了要解決的問題，并且明確了解決問題的邏輯流程及掌握相應(yīng)的知識(shí)能力。學(xué)生可結(jié)合自己已有的知識(shí)水平，進(jìn)行相應(yīng)的知識(shí)遷移結(jié)合新的知識(shí)運(yùn)用，設(shè)計(jì)一個(gè)符合自己水平的解決問題的方案。項(xiàng)目任務(wù)通常是綜合性的，分解成小任務(wù)時(shí)，就可以有分層設(shè)計(jì)，全部完成的為優(yōu)秀，完成一定程度的為良好，會(huì)用當(dāng)堂課中的新知識(shí)點(diǎn)完成其中個(gè)別小任務(wù)的就為合格。小組探討確定相應(yīng)的等級(jí)目標(biāo)、制訂相應(yīng)的方案，建立相應(yīng)的模型、編寫代碼，不斷地修改完善、迭代模型、完成任務(wù)。教師完成新知識(shí)講解并為學(xué)生提供輔助資源，鼓勵(lì)學(xué)生勇敢嘗試，且不斷巡視指導(dǎo)，確保課堂教學(xué)有序有效開展。

（三）作品分享與評(píng)價(jià)

完成作品后，各小組首先展示自己的編程作品，并匯報(bào)作品制作的思路、設(shè)計(jì)的方案、提出作品拓展及升級(jí)的方向目標(biāo)以及分享制作作品過程中遇到的問題及解決的方法，互相交流經(jīng)驗(yàn)。

各小級(jí)匯報(bào)分享后，師生共同評(píng)價(jià)。主要由學(xué)生自我評(píng)價(jià)、學(xué)生間互相評(píng)價(jià)、教師進(jìn)行補(bǔ)充評(píng)價(jià)、增值評(píng)價(jià)及課堂總結(jié)評(píng)價(jià)。多元的評(píng)價(jià)幫助學(xué)生更客觀地認(rèn)識(shí)自己的課堂收獲，對(duì)于優(yōu)秀之處給予肯定和鼓勵(lì)，增強(qiáng)學(xué)生的自信心；對(duì)完善作品的方法及創(chuàng)意提出建議幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)可拓展的方向，完善升級(jí)作品；多元的評(píng)價(jià)也幫助教師對(duì)課堂活動(dòng)進(jìn)行反思，對(duì)項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)等及時(shí)做相應(yīng)的調(diào)整。

三、教學(xué)案例的設(shè)計(jì)與分析

本課選自學(xué)校校本課程“智能城市”積木編程課程第5課“紅綠燈”。通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生初步了解了編程中的順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)的指令，結(jié)合偵測(cè)指令也感受了程序中分支結(jié)構(gòu)指令，也接觸了外接硬件設(shè)備，利用程序成功控制小燈亮起來。本課的目標(biāo)是學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，用指令完成基本紅綠燈功能外多賦予多個(gè)功能，以解決現(xiàn)實(shí)十字路口出現(xiàn)的多種情況，提高紅綠燈口的安全指數(shù)。整個(gè)學(xué)習(xí)過程旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)真實(shí)問題進(jìn)行抽象、建模，運(yùn)用編程中順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)完成相應(yīng)作品；同時(shí)學(xué)會(huì)與同伴正確的交流與合作，體會(huì)合作、分享、創(chuàng)作的快樂；最后也讓學(xué)生感受到生命可貴，珍惜尊重生命。

（一）項(xiàng)目選定

融合安全教育，結(jié)合學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)及學(xué)校的校本教材提供的學(xué)習(xí)器材，圍繞現(xiàn)實(shí)生活中紅綠燈路口可能發(fā)生的情況，選定了此項(xiàng)目?，F(xiàn)實(shí)生活中的紅綠燈路口存在有人故意闖紅燈；也存在一些路口紅綠燈時(shí)間設(shè)置不科學(xué)；還有人天生對(duì)顏色不敏感，分辨不出紅綠燈。可見，生活中的紅綠燈路口還是存在諸多安全隱患。學(xué)生能用所學(xué)的知識(shí)，聚焦相應(yīng)的問題，升級(jí)改版紅綠燈程序模塊，讓出行更安全嗎？由真實(shí)的情境發(fā)現(xiàn)了紅綠燈路口存在安全隱患的問題，提出如何改版紅綠燈以提高過馬路的安全指數(shù)呢？從發(fā)現(xiàn)問題、提出問題引導(dǎo)學(xué)生分析相應(yīng)問題及解決問題。

（二）分析問題，新課知識(shí)講解

針對(duì)紅綠燈路口出現(xiàn)的情況，我們有什么方法改進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生討論并設(shè)計(jì)方案。比如：當(dāng)紅燈亮?xí)r，能偵測(cè)到闖紅燈并給予警示，用其他方式幫助對(duì)顏色不敏感的人群安全過馬路，至于時(shí)間的調(diào)整最好還能根據(jù)特定需要延長(zhǎng)或縮短（例如學(xué)校附近紅綠燈 在上學(xué)放學(xué)高峰期延長(zhǎng)過馬路的綠燈時(shí)間，在夜晚人少時(shí)縮短過馬路的綠燈時(shí)間）。這里教師給予一定的知識(shí)及技術(shù)支持，如偵測(cè)闖紅燈者，應(yīng)該是在紅綠亮期間不間斷地持續(xù)偵測(cè)而不是只偵測(cè)一次，這就需要用到循環(huán)結(jié)構(gòu)，循環(huán)的次數(shù)所用的時(shí)間剛好是紅燈持續(xù)的時(shí)間，才能達(dá)到紅燈期間不停偵測(cè)是否有人闖紅燈的情況。對(duì)于顏色不敏感的人，可以使用聲音提醒，筆者就需要聲音傳感器，并演示添加新的傳感器。至于調(diào)整時(shí)間，教師給予了一份時(shí)間段與人流量的數(shù)據(jù)供學(xué)生參考。最后，教師明確任務(wù)要求，見下表。

（三）小組合作、解決問題

分析完問題后，由各小組根據(jù)自身的情況，選定相應(yīng)的任務(wù)等級(jí)及制訂相應(yīng)的方案。然后學(xué)生根據(jù)小組制訂的目標(biāo)及方案，梳理流程，建立模型，然后編寫代碼、模擬演示。這個(gè)過程不斷迭代小組的模型，完善小組的作品。根據(jù)實(shí)際情況，可以不斷迭代完成更高級(jí)別的任務(wù)。

（四）作品分享與評(píng)價(jià)

各小組帶著小組方案及搭建的模型，輪流上臺(tái)匯報(bào)。組員分工匯報(bào)，從小組設(shè)計(jì)的項(xiàng)目方案、繪制的流程圖、小組合作中出現(xiàn)的趣事、最后演示模型展示小組完成的項(xiàng)目效果。其他小組認(rèn)真傾聽，并給予相應(yīng)的評(píng)價(jià)及課后多余的時(shí)間可以再改進(jìn)的建議。教師也給予補(bǔ)充評(píng)價(jià)，更多地從學(xué)生在活動(dòng)中的表現(xiàn)是否積極主動(dòng)、團(tuán)隊(duì)合作中是否和諧融洽這些方面，做增值評(píng)價(jià)上給予學(xué)生肯定鼓勵(lì)及引導(dǎo)學(xué)生提升自己的方向。這個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過自評(píng)、他評(píng)、師評(píng)進(jìn)一步清晰本節(jié)課的收獲及明確課后可優(yōu)化方案的方向。通過模擬演示也讓學(xué)生有種成功的體驗(yàn)感。

（五）課堂小結(jié)

教師肯定學(xué)生的想法且肯定學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)解決身邊問題的想法及能力。同時(shí)，教師也展示其他地方、其他國(guó)家由更專業(yè)的工程師們?cè)O(shè)計(jì)的升級(jí)版紅綠燈使用的場(chǎng)景?？隙▽W(xué)生的創(chuàng)意想法，也讓學(xué)生感受科技服務(wù)生活的便利。

四、結(jié)束語

從真實(shí)生活情境中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，選定項(xiàng)目，能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。將項(xiàng)目式分析問題、分解任務(wù)、解決問題的模式，融入編程解決問題形成分析問題、分解任務(wù)、小組活動(dòng)、設(shè)計(jì)方案、建立模型、編寫代碼、迭代模型、完成任務(wù)的模式。在這個(gè)過程中也有效鍛煉了學(xué)生的編程思維、計(jì)算思維與創(chuàng)新思維。因此運(yùn)用PBL的模式開展小學(xué)編程教育教學(xué)活動(dòng)，恰當(dāng)且有效。

【參考文獻(xiàn)】

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（基金項(xiàng)目：本文系2022年度漳州市電化教育館教育信息技術(shù)研究“基于PBL的小學(xué)編程實(shí)踐活動(dòng)實(shí)施策略研究”課題成果，立項(xiàng)批準(zhǔn)號(hào)： ZXK202228）