王穎 趙健如 侯巖 王玉龍

摘 ?要 計算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。近年來，如何落實新版課標(biāo)理念，培養(yǎng)學(xué)生計算機思維，日益成為關(guān)注熱點?；陧椖渴綄W(xué)習(xí)的基本原理，以初中信息技術(shù)Python編程課程為依托，以八年級信息技術(shù)“程序設(shè)計”為例，設(shè)計面向計算思維培養(yǎng)的Python課程項目式學(xué)習(xí)課例，以期為信息技術(shù)課程教學(xué)實踐提供參考。

關(guān)鍵詞 項目式學(xué)習(xí);計算思維;信息技術(shù);Python課程;課程設(shè)計

中圖分類號：G434 ? ?文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）20-0074-04

Abstract The 2017 edition of information technology curriculum standard regards computational thinking as one of the core qualities of information technology discipline.In recent years， how to imple-ment the new version of the curriculum standard concept， training students computer thinking has become a focus. Based on the basic principle of project-based learning， this paper takes the Python pro-gramming course of junior high school information technology as the?basis and the eighth grade information technology “program design” as an example to design a Python project-based learning course for?the cultivation of computational thinking， so as to provide a referencefor the teaching practice of information technology courses.

Key words project-based learning; computational thinking; informa-tion technology; Python classes; curriculum design

1 前言

《廣東省義務(wù)教育階段信息技術(shù)課程綱要（試行）》中強調(diào)，要養(yǎng)成用信息技術(shù)解決實際問題的能力[1]。《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）中對信息技術(shù)學(xué)科提出新的建議和要求[2]。計算思維作為信息技術(shù)核心素養(yǎng)之一，對基礎(chǔ)教育階段學(xué)生發(fā)展起到重要作用，在中小學(xué)信息技術(shù)中培養(yǎng)計算思維和設(shè)計教學(xué)活動顯得尤為重要。

2 設(shè)計背景

計算思維的概念與內(nèi)涵 ?新標(biāo)準(zhǔn)中指出，計算思維是指個體運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動[3]。2013年前后，英國的Woollard等幾位博士共同將計算思維劃分成算法、評估、分解、抽象與概括。顧名思義，分解思維在應(yīng)用時主要表現(xiàn)為，在人們遇到困難和復(fù)雜問題時將其分成幾個小問題來解決;抽象思維主要表現(xiàn)為，在處理這些小問題時能夠提取事物的關(guān)鍵特征，省略部分不重要的信息;算法思維強調(diào)在解決小問題的過程中要制定規(guī)則步驟;評估思維側(cè)重能夠從簡單的步調(diào)中選擇得當(dāng)方案;概括思維則是對某一事物進行剖析、歸納。

Python已經(jīng)成為初中開展編程教學(xué)的主流語言 ?Python的應(yīng)用場景廣泛，是中學(xué)編程教學(xué)的新熱門。隨著人工智能和大數(shù)據(jù)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)越來越多的中學(xué)開設(shè)編程相關(guān)課程。Python語言從本質(zhì)上來說比C++等其他語言的語法更淺顯易懂，容易被學(xué)生接受和理解。依據(jù)初中生的原有知識基礎(chǔ)和認(rèn)知能力，他們對枯燥無味的程序設(shè)計難以激起興趣，容易排斥甚至抵觸。Python編程教學(xué)的一大特點就是要學(xué)生通過計算機等電子工具高效、快速、簡捷地實現(xiàn)數(shù)字化學(xué)習(xí)體驗，在此基礎(chǔ)上還可以利用計算思維解決實際問題，接觸處于科技前沿的新技術(shù)，如人工智能、大數(shù)據(jù)等，為信息技術(shù)編程教育注入新的活力。

3項目式學(xué)習(xí)

項目式學(xué)習(xí)的基本流程 ?項目式學(xué)習(xí)最早在1918年由基爾帕特里克提出，項目活動分為四個步驟：目的、計劃、實施、評價。經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者的不斷鉆研和補充，項目式學(xué)習(xí)得到改進與優(yōu)化。國內(nèi)學(xué)者一般認(rèn)為，項目式學(xué)習(xí)主要包含三個環(huán)節(jié)：項目設(shè)計、項目實施、項目評價[4]。王巍、張文蘭、劉景福等人作了補充，見表1。

項目式學(xué)習(xí)對信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的作用與意義 ?根據(jù)2017年信息技術(shù)新課標(biāo)的闡述可以了解到，項目教學(xué)法是從問題角度出發(fā)，到最后產(chǎn)品的生成，通過教師的引導(dǎo)和說明來使學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)問題，并以解決問題為方向，開展具有創(chuàng)新特征的項目學(xué)習(xí)活動，其目的在于讓學(xué)習(xí)者經(jīng)歷“提出問題—設(shè)計解決方案—實現(xiàn)解決方案”的過程?？梢?，項目學(xué)習(xí)不是側(cè)重課堂知識與技能的獲取，而是對課堂知識、校園情境的拓展，故其核心是促進能力的發(fā)展。

通過項目式學(xué)習(xí)，學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題的基礎(chǔ)上根據(jù)項目提供的信息和任務(wù)，自主選擇、制訂計劃、展開探究。在整個項目式學(xué)習(xí)過程中，既可以提升學(xué)生的表達能力和自主合作意識，又可促進學(xué)生創(chuàng)造力和動手實踐能力的培養(yǎng)。

4 面向計算思維培養(yǎng)的初中Python編程項目式教學(xué)課例設(shè)計

本文針對新版課程標(biāo)準(zhǔn)對計算思維的培養(yǎng)要求，以杜威的“做中學(xué)”和建構(gòu)主義為理論依據(jù)，借鑒項目式學(xué)習(xí)的基本操作模式，以Python 3.8和海龜編輯器為主要開發(fā)平臺，設(shè)計“我的健康我評估”“海龜精靈畫五角星”等多個項目式教學(xué)課例，教學(xué)內(nèi)容涉及Python中的基礎(chǔ)語句和一些標(biāo)準(zhǔn)庫、第三方庫等知識內(nèi)容。本文以“海龜精靈畫五角星”項目進行詳細(xì)介紹。

項目設(shè)計前期分析 ?項目設(shè)計從學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)者特征、項目目標(biāo)三方面進行分析。

1）學(xué)習(xí)內(nèi)容的分析。廣東科技出版社出版的八年級上《信息技術(shù)》第一單元“程序設(shè)計”共有12節(jié)，本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容選自第12節(jié)“綜合活動”，主要掌握turtle庫中常用的基礎(chǔ)語句、函數(shù)等，然后通過繪制圖畫以加深理解。不難發(fā)現(xiàn)，以Python中turtle庫繪圖的方式來教學(xué)，既給學(xué)生帶來學(xué)習(xí)的樂趣，也體現(xiàn)了信息技術(shù)和數(shù)學(xué)函數(shù)完美融合所產(chǎn)生的價值。

2）學(xué)習(xí)者特征分析

①原有知識基礎(chǔ)。學(xué)生之前從未接觸過Python編程語言，但接觸過可視化編程，如Scratch，但僅僅停留在了解的層次上。經(jīng)過前面幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)會使用Python的一些簡單語句并能運行，已經(jīng)熟悉海龜編輯器環(huán)境。

②認(rèn)知能力。初中生具有一定的抽象思維，能夠結(jié)合先前學(xué)習(xí)編程的經(jīng)驗，具備一定的搜集、處理信息的能力和動手實踐的能力，能夠通過自學(xué)達到教學(xué)目的。

③學(xué)習(xí)風(fēng)格及學(xué)習(xí)動機。學(xué)生正處于八年級，此年齡段的學(xué)生有較強的好奇心，而項目式教學(xué)不僅滿足了學(xué)生的好奇心，而且極大增強了學(xué)生的交流、思考和動手能力。在項目式教學(xué)過程中，教師應(yīng)該對學(xué)生的建議和想法及時給予應(yīng)有的鼓勵。除此以外還應(yīng)該清楚的是，此年齡段的學(xué)生心智仍不成熟，可塑性較強，而項目式教學(xué)可以極大地培養(yǎng)學(xué)生的能力和綜合素養(yǎng)。

3）項目目標(biāo)的制定。根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合教材的具體內(nèi)容，確立的基于計算思維培養(yǎng)的項目目標(biāo)如下。

①知識目標(biāo)。知道turtle庫的起源，認(rèn)識turtle庫的畫筆、畫布，掌握turtle畫筆的抬筆、落筆、前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、改變方向，曲線、清除等語句書寫規(guī)則。

②技能與方法目標(biāo)。應(yīng)用Python的turtle標(biāo)準(zhǔn)模塊，會通過代碼模式和積木模式兩種方式輸入turtle語言;能使用變量解決問題，合理使用編程的三種結(jié)構(gòu)，畫出變化多端的圖形;在項目活動中能分解項目任務(wù)，分析問題和解決問題。根據(jù)項目實施，通過小組合作完成簡單的編程設(shè)計，鍛煉操作能力、交流合作能力，提升分解與概括問題的能力。

③態(tài)度與思維目標(biāo)。體驗Python中turtle語句的圖形繪制魅力，激發(fā)學(xué)生編程的欲望，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維;分析文本，獲取關(guān)鍵信息，學(xué)會運用數(shù)字化工具表達思想、建構(gòu)知識，培養(yǎng)學(xué)生的分解思維和概括思維;進一步體會程序設(shè)計的基本步驟，編寫程序，繪出圖形，促進學(xué)生算法思維發(fā)展;在繪制圖形過程中不斷進行反思、自我評價，教師指導(dǎo)，提升學(xué)生概括和評估思維。

項目設(shè)計 ?項目設(shè)計從活動準(zhǔn)備、活動設(shè)計角度進行分析。

1）活動準(zhǔn)備。準(zhǔn)備PPT課件、微課視頻、知識清單表、海龜編輯器環(huán)境（通過海龜編輯器實現(xiàn)Python中turtle庫的應(yīng)用）。

2）活動設(shè)計?；趯η捌陧椖窟_成目標(biāo)的分析，結(jié)合項目式學(xué)習(xí)基本步驟與特點，以海龜編輯器為主要開發(fā)平臺（具備Python的turtle庫的基本內(nèi)容，最大優(yōu)勢是該軟件有積木模式和代碼模式兩大輸入方式，可視化強，比較適合初學(xué)者學(xué)習(xí)使用），對內(nèi)容進行重新整合。表2所示是項目“海龜精靈畫五角星——Python中的turtle庫繪圖”的任務(wù)表單。

活動實施 ?在活動實施過程中，學(xué)生要建立相關(guān)學(xué)習(xí)資源文件夾、程序文件夾等，時時搜集和保存相關(guān)材料。教師課前選擇相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源，將基礎(chǔ)作品素材發(fā)送到學(xué)生端，以便活動更好地開展。

1）劃分小組。教師根據(jù)先前學(xué)生學(xué)習(xí)情況以及學(xué)生的特長和信息技術(shù)掌握情況進行分組，四人一組，并推選出一名組長，讓學(xué)生熟悉項目學(xué)習(xí)的流程和目的，進行分工。

2）合作學(xué)習(xí)（認(rèn)識小海龜）。

①教師用例子引出主題：是否可以通過turtle畫個五角星？引出Python中的turtle庫，激發(fā)學(xué)生對turtle的好奇心。

②學(xué)生小組合作，搜集、下載并整理和繪制圖形的程序資源。

③使用turtle模塊的畫筆函數(shù)繪制圖形。

【設(shè)計意義】項目初始提出問題、布置任務(wù)，可激發(fā)學(xué)生的好奇心。通過一些例子引入，調(diào)動學(xué)生積極思考，激發(fā)聽課欲望，引出turtle庫，由圖片過渡到編程，提升學(xué)生的抽象思維。

3）編程資源學(xué)習(xí)（設(shè)計靈敏小海龜）。教師組織學(xué)生通過知識清單、微課視頻和書本等方式，集體認(rèn)識turtle中語句的屬性、運動、控制、顏色等，控制畫筆在坐標(biāo)系中的移動。畫筆運動命令知識清單如表3所示，畫筆控制命令知識清單如表4所示。

【設(shè)計意義】學(xué)生通過對知識清單、課本、微課視頻進行自學(xué)，對知識進行梳理，有助于培養(yǎng)抽象思維和概括思維。學(xué)生能回憶在自學(xué)中遇到的問題，留心聽課，大膽提問，鍛煉獨立思考問題的能力，培養(yǎng)算法思維。

4）選定項目。

①組織學(xué)生欣賞海龜繪圖圖形，如圖1所示。

②各個小組內(nèi)部討論，根據(jù)知識清單和本組成員搜集的資料確定繪制的圖形的難易程度、實現(xiàn)情況，并設(shè)計草圖，選定繪制的圖形。

【設(shè)計意義】培養(yǎng)學(xué)生概括思維，學(xué)生在頭腦中構(gòu)思圖形繪制所要用到的程序代碼和積木塊，并思考要如何組織與運用turtle的基礎(chǔ)語句。

5）制訂計劃。教師提出驅(qū)動性問題，引導(dǎo)成員分配任務(wù)及預(yù)測學(xué)生如何有條理地合作完成作品制作，引導(dǎo)學(xué)生制訂計劃等。小組根據(jù)開發(fā)過程設(shè)計算法、編寫程序、調(diào)試程序等環(huán)節(jié)，結(jié)合組內(nèi)異質(zhì)的特點分工，發(fā)揮個人所長。

【設(shè)計意義】教師引導(dǎo)學(xué)生制訂項目計劃，培養(yǎng)學(xué)生的分組協(xié)作能力，也有利于提升學(xué)生的決策管理能力。教師引導(dǎo)學(xué)生將一個復(fù)雜問題分解為若干相對簡單的小問題，有助于學(xué)生概括思維和分解思維的養(yǎng)成，也利于學(xué)生協(xié)調(diào)組織能力的培養(yǎng)。

6）項目探究（海龜探險記）。小組成員按照項目計劃，在教師指引下進行算法設(shè)計、程序調(diào)試、修改，合作完成圖形編程的設(shè)計。教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)思圖形如何繪制，并用文字語言和流程圖表達算法思路，進而將算法思路轉(zhuǎn)換成編碼語言，最后通過import引入海龜庫，運行程序，查看結(jié)果。

在此過程中，項目組長需要擔(dān)任“管理者”角色，管理項目探究活動有序有效實施。小組成員結(jié)合原有的程序，互相討論，對其進行改編，添加必要的循環(huán)、順序、選擇語句。通過合作和不斷嘗試，輸入與修改程序語言。教師定期檢查項目作品完成進度，發(fā)現(xiàn)問題及時給予各項目小組幫助，引導(dǎo)學(xué)生完成作品，用turtle畫出圖形。

【設(shè)計意義】項目小組逐層完成項目，項目難度由淺入深，從形象到具體再到抽象，形成抽象思維。教師要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計相應(yīng)的步驟或規(guī)則來解決每個小問題，通過多次多角度思考，想出符合規(guī)定的步驟來進行問題解決，培養(yǎng)學(xué)生的算法思維。同時，可以通過互動練習(xí)，對知識進行鞏固與強化。注重引導(dǎo)學(xué)生在簡單的步驟或指令中選擇出最優(yōu)方案，對問題解決的多種算法的各個方面綜合進行衡量和判斷，提升評估思維。

7）成果展示。教師引導(dǎo)學(xué)生展示作品并點評總結(jié)，要多讓學(xué)生發(fā)言，包括在活動中遇到的困難、自己作品的亮點、小組內(nèi)部之間怎樣進行協(xié)作。

學(xué)生互評，教師點評，通過回答來總結(jié)這節(jié)課學(xué)到了什么、自己作品設(shè)計過程、創(chuàng)新點在哪里，鍛煉學(xué)生演講能力與語言表達能力。讓學(xué)生觀看其他小組成果，互相學(xué)習(xí)。

【設(shè)計意義】完成項目作品過程中，小組不斷地測試分析程序，進一步培養(yǎng)評估思維。通過展示分享，培養(yǎng)語言表達能力，提升概括思維。

8）活動評價。通過組內(nèi)評價+組間評價、形成性評價+

總結(jié)性評價、教師評價+學(xué)生評價，對學(xué)生進行全方位評價。評價學(xué)生課堂表現(xiàn)時要多表揚;評價學(xué)生成品時注意要認(rèn)真傾聽學(xué)生的發(fā)言，理解學(xué)生的意思，從創(chuàng)意、美感、難度、小組合作程度等角度著手。小組評價表如表5所示。教師評價時要評選出最佳程序，對圖形具有創(chuàng)新性的，鼓勵學(xué)生、樹立典范，共享經(jīng)驗與技術(shù)。

9）項目總結(jié)（小海龜總結(jié)）。本項目核心是小組以項目式合作完成程序編寫、圖形繪制。總結(jié)分兩部分：一是對turtle庫內(nèi)容的回顧總結(jié)，二是對學(xué)生表現(xiàn)、創(chuàng)作過程中的總結(jié)。在編程過程中遇到問題，學(xué)生可以求助組員和教師，一起研究、克服困難，完成項目作品，在班內(nèi)展示與分享經(jīng)驗，最終實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

【設(shè)計意義】學(xué)生聽取老師和同學(xué)的建議，相互學(xué)習(xí)、取長補短，通過對知識點和創(chuàng)作過程的總結(jié)，培養(yǎng)概括思維和評估思維。

5 結(jié)語

本文以初中信息技術(shù)程序設(shè)計教學(xué)為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生計算思維為目標(biāo)，根據(jù)當(dāng)前初中Python中的教學(xué)需求，對教材中Python中的turtle繪圖庫教學(xué)實施進行探討，設(shè)計“海龜精靈畫五角星——Python中的turtle庫繪圖”的具體教學(xué)實施流程，有利于提升學(xué)生運用抽象、分解、算法、概括、評估的計算思維來解決問題的能力，有助于形成自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式，為學(xué)生發(fā)展及終身學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，為信息技術(shù)教學(xué)實踐提供參考。

參考文獻

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