呂綺霞

（廣州市白云藝術(shù)中學(xué) 廣東·廣州 510440）

1 計(jì)算思維和項(xiàng)目式教學(xué)模式

1.1 計(jì)算思維的概念

“計(jì)算思維”，由美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真教授于2006年提出的，是指利用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念，進(jìn)行一系列如問題解決、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人類行為理解等涵括計(jì)算機(jī)科學(xué)廣度的思維活動(dòng)。具有計(jì)算思維能力的學(xué)生能運(yùn)用計(jì)算機(jī)可以處理的方式來判斷在信息活動(dòng)中遇到的問題性質(zhì)、抽象特征，通過分析、判斷和整合各類信息資源；采取合適的算法來構(gòu)建解決問題的方案和結(jié)構(gòu)模型；歸納總結(jié)得出計(jì)算機(jī)解決問題的過程與方法，加深對重要觀點(diǎn)的理解，并能將所學(xué)知識(shí)遷移到與之相關(guān)的其他問題解決中。

1.2 項(xiàng)目式教學(xué)模式（PBL）

PBL教學(xué)是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過探究、交流、創(chuàng)新和合作完成一個(gè)項(xiàng)目的全過程。在這個(gè)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握教學(xué)計(jì)劃內(nèi)的內(nèi)容。在項(xiàng)目教學(xué)中教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞問題思考、探究、發(fā)現(xiàn)新知識(shí)，進(jìn)而加強(qiáng)對學(xué)生自學(xué)能力、探究能力、創(chuàng)新能力的鍛煉和培養(yǎng)。因此，在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式中會(huì)采用小組合作的方式，共同制定計(jì)劃，共同或分工完成整個(gè)項(xiàng)目。

1.3 基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)的特點(diǎn)

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)是一種強(qiáng)調(diào)主動(dòng)探究和創(chuàng)新實(shí)踐的教學(xué)模式，有如下特色：

（1）針對具體的項(xiàng)目主題，學(xué)生將圍繞項(xiàng)目主題進(jìn)行實(shí)踐探究，在活動(dòng)中形成新的知識(shí)體系，學(xué)會(huì)一定的技能。（2）該項(xiàng)目的主題來自現(xiàn)實(shí)生活，體現(xiàn)了多學(xué)科知識(shí)的多樣性。在活動(dòng)過程中，學(xué)生需要將多學(xué)科的知識(shí)和技能結(jié)合起來，以跨學(xué)科的方式學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識(shí)，不能單純依靠一門學(xué)科的知識(shí)來完成活動(dòng)任務(wù)。（3）強(qiáng)調(diào)活動(dòng)的實(shí)踐性。項(xiàng)目教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)區(qū)別在于：它是讓學(xué)生主動(dòng)地學(xué)習(xí)和實(shí)踐，在實(shí)踐中體驗(yàn)和學(xué)習(xí)，進(jìn)而提高獲取、處理信息的能力，而不是向?qū)W生傳授單一的、純學(xué)術(shù)性的書本知識(shí)。（4）活動(dòng)過程中注重協(xié)同合作，相關(guān)師生和相關(guān)部門組成學(xué)習(xí)共同體，成員之間密切配合，共同完成任務(wù)。（5）在項(xiàng)目活動(dòng)過程中，學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化等方法和信息資源來論述他們的觀點(diǎn)，支撐他們的學(xué)習(xí)。（6）活動(dòng)總結(jié)與評(píng)價(jià)。要求學(xué)生在活動(dòng)期間或活動(dòng)結(jié)束后創(chuàng)作一系列作品，就作品的創(chuàng)作進(jìn)行討論和交流，得出結(jié)論，及從中發(fā)現(xiàn)一些新問題。

1.4 基于項(xiàng)目式教學(xué)的過程設(shè)計(jì)

1.4.1 確定項(xiàng)目主題

根據(jù)學(xué)生的實(shí)踐情況或教學(xué)任務(wù)要求，從教材中選擇合適的項(xiàng)目，也可以根據(jù)生活實(shí)際對已有的項(xiàng)目進(jìn)行組合或修改。

1.4.2 組織與分工

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)以分組方式來進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。在項(xiàng)目啟動(dòng)前，教師根據(jù)任務(wù)難度確定小組人數(shù)和規(guī)模，并選定一名小組長。通過交流溝通、建立評(píng)價(jià)激勵(lì)機(jī)制、使用合作評(píng)價(jià)量表等方式，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)專心投入、認(rèn)真傾聽、勇于擔(dān)當(dāng)、尊重差異等，培養(yǎng)學(xué)生良好的人格和團(tuán)隊(duì)意識(shí)，為合作學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

1.4.3 制定具體的項(xiàng)目任務(wù)

制定項(xiàng)目任務(wù)的基本流程：小組討論分工、確定行動(dòng)規(guī)劃和最終作品形式、分工收集所需資料、資源共享、技術(shù)合作、通過小組協(xié)作完成最終作品。

1.4.4 評(píng)價(jià)與作品展示

在項(xiàng)目實(shí)施前，應(yīng)制定作品評(píng)價(jià)規(guī)則和計(jì)劃，特別是最終作品的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)量規(guī)。教師組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)生成果的展示活動(dòng)，分享學(xué)生們的研究成果，依據(jù)評(píng)價(jià)量規(guī)并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，對他們在項(xiàng)目上的表現(xiàn)和成果價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)合教師評(píng)價(jià)給出合理的評(píng)價(jià)結(jié)果。

2 基于項(xiàng)目的信息技術(shù)課堂教學(xué)和學(xué)習(xí)模型

2.1 編程計(jì)算課堂教學(xué)的目標(biāo)

從生活實(shí)例出發(fā)，通過概述算法的概念和特點(diǎn)，用適當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)來表達(dá)簡單的算法，使學(xué)生掌握編程語言的基本知識(shí)，如解題的過程和方法，根據(jù)解決問題的需要，有意識(shí)地、積極地尋求適當(dāng)?shù)男畔@取和處理方式。使用程序設(shè)計(jì)語言來實(shí)現(xiàn)簡單算法，如：依據(jù)實(shí)際問題的需求設(shè)計(jì)算法，運(yùn)用流程圖的方式描述算法。能采用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域和思維方式界定問題、抽象問題特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)，通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決問題的方案。

2.2 基于項(xiàng)目式教學(xué)的編程計(jì)算學(xué)習(xí)模型

2.2.1 教學(xué)思維導(dǎo)圖

培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的目的是希望他們在思考問題時(shí)能運(yùn)用信息技術(shù)來解決問題的能力。計(jì)算思維的培養(yǎng)可分為識(shí)別問題與需求、研究問題與需求、開發(fā)可能的解決方案、選擇最可能的解決方案、構(gòu)建原型、測試和評(píng)估解決方案、溝通解決方案、重新設(shè)計(jì)等八個(gè)環(huán)節(jié)。因此，計(jì)算思維下的項(xiàng)目設(shè)計(jì)培養(yǎng)不能局限于程序設(shè)計(jì)本身，更應(yīng)體現(xiàn)在各種內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，引導(dǎo)學(xué)生理解與掌握利用信息技術(shù)解決問題的學(xué)科方法，從而提高解決問題的能力，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。思維導(dǎo)圖是表達(dá)發(fā)散性思維的有效的思維工具，是一種簡單卻極為有效的、革命性的思維工具，非常有利于訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算思維。筆者借助思維導(dǎo)圖對“編程計(jì)算”這一章節(jié)的知識(shí)進(jìn)行了梳理，效果見圖1。經(jīng)過運(yùn)用思維導(dǎo)圖的梳理，本章的知識(shí)一目了然，這對學(xué)生建構(gòu)知識(shí)很有幫助。

圖1：編程計(jì)算單元教學(xué)思維導(dǎo)圖

2.2.2 學(xué)習(xí)模型（見圖2）

圖2：編程計(jì)算學(xué)習(xí)模型

2.3 基于項(xiàng)目式教學(xué)的計(jì)算思維能力培養(yǎng)案例

2.3.1 體驗(yàn)分支結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目案例

通過對學(xué)情分析、教學(xué)內(nèi)容分析、學(xué)習(xí)目標(biāo)分析，進(jìn)行了具有問題情境的項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

項(xiàng)目主題：利用分支語句實(shí)現(xiàn)分性別計(jì)算最適宜運(yùn)動(dòng)心率。

項(xiàng)目目標(biāo)分析：本節(jié)圍繞“最適宜運(yùn)動(dòng)心率計(jì)算”項(xiàng)目展開學(xué)習(xí)，本項(xiàng)目主要包括“利用賦值語句實(shí)現(xiàn)計(jì)算”和“利用分支語句實(shí)現(xiàn)分性別計(jì)算”兩個(gè)任務(wù)，項(xiàng)目目標(biāo)：（1）通過計(jì)算最適宜運(yùn)動(dòng)心率，了解順序結(jié)構(gòu)語句，掌握順序結(jié)構(gòu)語句的一般格式和使用方法；（2）通過分性別計(jì)算最適宜運(yùn)動(dòng)心率，了解分支語句，掌握分支語句的一般格式和使用方法；（3）通過問題求解，掌握用順序結(jié)構(gòu)和分支結(jié)構(gòu)解決實(shí)際問題，感受計(jì)算機(jī)程序在提高問題解決效率中的作用。

項(xiàng)目內(nèi)容分析：緊密聯(lián)系計(jì)算最適宜運(yùn)動(dòng)心率的例子，介紹Python中的常量、變量、數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符與表達(dá)式、常用的順序結(jié)構(gòu)和分支結(jié)構(gòu)語句；提供參考算法的需要補(bǔ)充完善的流程圖，讓學(xué)生進(jìn)一步體驗(yàn)編程計(jì)算的完整過程，即分析問題、設(shè)計(jì)算法、編寫程序、調(diào)試運(yùn)行程序、保存程序文件。本節(jié)重點(diǎn)和難點(diǎn)是理解并掌握順序結(jié)構(gòu)和分支結(jié)構(gòu)語句的格式與功能。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程：任務(wù)1：分兩個(gè)活動(dòng)開展學(xué)習(xí)，活動(dòng)1首先利用python編程軟件理解掌握常量、變量的定義、運(yùn)算符與表達(dá)式。理解順序結(jié)構(gòu)是程序自上而下一行行執(zhí)行的特性，運(yùn)行過程中沒分支，也沒有重復(fù)，是一種最簡單的程序結(jié)構(gòu)；然后活動(dòng)2在活動(dòng)1的基礎(chǔ)上加入輸入的年齡與安靜心率，使用者不同，年齡與安靜發(fā)生率也不同，每次修改程序代碼讓編寫者很不方便，因此需要輸入語句。在本活動(dòng)中，關(guān)鍵是教師要引導(dǎo)學(xué)生理解輸入語句和輸出語句的作用；任務(wù)2：只有一個(gè)活動(dòng)“利用分支語句實(shí)現(xiàn)分性別計(jì)算”。教師通過適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，讓學(xué)生自主探究或交流合作中使用IF語句實(shí)現(xiàn)“分支結(jié)構(gòu)”，掌握浮點(diǎn)數(shù)float()、整數(shù)int()、字符串str()的定義的功能。理解掌握IF語句的語法格式和功能。參考程序：

圖3：流程圖

2.3.2 以“色彩變換萬花筒”項(xiàng)目體驗(yàn)周而復(fù)始的循環(huán)

項(xiàng)目主題：利用循環(huán)語句繪制色彩變換萬花筒。

項(xiàng)目目標(biāo)分析：本節(jié)通過利用循環(huán)語句，在窗體中繪制彩色同心圓，模擬出色萬花筒效果。讓學(xué)生進(jìn)一步體驗(yàn)編程計(jì)算的完整過程，即分析問題、設(shè)計(jì)算法、編寫程序、調(diào)試運(yùn)行程序、保存程序文件。本節(jié)重點(diǎn)和難點(diǎn)是理解并掌握循環(huán)結(jié)構(gòu)語句的格式與功能。

項(xiàng)目內(nèi)容分析：我們將計(jì)算機(jī)程序中某些代碼反復(fù)執(zhí)行稱為循環(huán)，Python中既有重復(fù)一定次數(shù)的計(jì)數(shù)循環(huán)，也有重復(fù)到某種情況結(jié)束的條件循環(huán)。圍線“色彩變換萬花筒”項(xiàng)目展開學(xué)習(xí)，通過該項(xiàng)目活動(dòng)，了解循環(huán)的作用，為學(xué)習(xí)如何根據(jù)問題的需要選擇恰當(dāng)?shù)难h(huán)類型，如何準(zhǔn)確設(shè)置循環(huán)條件和編寫循環(huán)語句塊。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程：利用循環(huán)語句，在窗體中繪制彩色同心圓，模擬出萬花筒效果。教師給出程序?qū)嵗瑢W(xué)生適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和引導(dǎo)，通過體驗(yàn)調(diào)動(dòng)Python簡單的繪圖模塊turtle庫，讓學(xué)生自主探究或交流合作中使用for語句實(shí)現(xiàn)“循環(huán)結(jié)構(gòu)”，理解掌握for語句的語法格式和功能，并嘗試修改教師給出的程序?qū)嵗蚓帉懞唵蔚碾S機(jī)、循環(huán)算法。

圖4：程序運(yùn)行效果

2.4 對教學(xué)效果的影響

本研究立足項(xiàng)目教學(xué)的方式，以翻轉(zhuǎn)課堂、卓越課堂、微課等為支撐，讓學(xué)生在信息意識(shí)、計(jì)算思維方面得到充分的學(xué)習(xí)和提高，為面向?qū)W科核心素養(yǎng)的高中信息技術(shù)課程實(shí)施提供借鑒，并基于實(shí)證研究的基礎(chǔ)上，探索項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)，在本學(xué)科其他學(xué)校的教學(xué)中有一定的推廣價(jià)值。經(jīng)研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，面向計(jì)算思維素養(yǎng)的編程計(jì)算項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)施的研究，對不同階段的學(xué)習(xí)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和模式的構(gòu)建；通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的探索，將知識(shí)建構(gòu)、技能培養(yǎng)和思維發(fā)展融入其中，有利于培養(yǎng)和提高學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)；實(shí)踐結(jié)果對教學(xué)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

3 分析與評(píng)價(jià)

前面論述的實(shí)例證明了計(jì)算思維素養(yǎng)下的項(xiàng)目式教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是切實(shí)可行的而且教學(xué)效果是顯著的。在編程計(jì)算的教學(xué)中，項(xiàng)目式教學(xué)可以幫助學(xué)生運(yùn)用Python的綜合練習(xí)，培養(yǎng)提升自己的計(jì)算思維素養(yǎng)。

4 結(jié)論與展望

項(xiàng)目式教學(xué)以其獨(dú)特的優(yōu)勢，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，合理設(shè)計(jì)圍繞生活實(shí)際問題并根據(jù)學(xué)生自身問題的教學(xué)活動(dòng)，根據(jù)學(xué)情和問題分析設(shè)計(jì)解答，使教學(xué)更有效地激發(fā)與培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力。當(dāng)然，單一運(yùn)用項(xiàng)目式教學(xué)引領(lǐng)的方式去解決問題，設(shè)計(jì)的程序方案并不能全面完整，因此，教學(xué)中還需探索更多新型的教學(xué)模式，以翻轉(zhuǎn)課堂、卓越課堂、微課等為支撐，在原有基礎(chǔ)上補(bǔ)充，不斷創(chuàng)新項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，提高編程計(jì)算的教學(xué)效果。我們的學(xué)生是未來社會(huì)的建設(shè)者，他們的技能不是一蹴而就的，需要我們教師的持續(xù)引導(dǎo)他們關(guān)心社會(huì)、思考社會(huì)問題的解決方法，這樣在未來他們才能理論聯(lián)系實(shí)際“學(xué)以致用”成為合格的建設(shè)者。