楊瓊 岳仁超

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》將計算思維列入高中信息技術學科的核心素養(yǎng)，因此，如何將計算思維的培養(yǎng)真正滲透到信息技術課堂教學中，已成為中小學信息技術教育研究的重點。

● 微項目學習與計算思維培養(yǎng)

項目式學習是一種圍繞項目展開的教學模式，其核心思想是“做中學”，注重實踐性和體驗式學習，強調(diào)在項目的完成中潛移默化地培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。

微項目學習是在項目式學習的基礎上演化而來的一種以項目為核心的教學指導模式。微項目就是“小、近、實、活”的項目。小，即選題小，研究難度小，方法易操作;近，即貼近教學，聯(lián)系實際;實，即解決學習中的真實問題;活，即方法靈活，形式多樣。與項目式學習相比，它對時間、資源的要求更低，具有切口小、周期短、知識承載量少、活動任務體量較少等特點。

微項目學習強調(diào)基于真實的情境創(chuàng)設具有驅(qū)動性的挑戰(zhàn)問題，激發(fā)學生的學習內(nèi)動力，讓學生在看到所學知識與真實世界的某種聯(lián)系后，圍繞驅(qū)動性問題進行持續(xù)性的主動探索與回應，充分運用抽象、分解、概括等計算思維的思想方法解決問題。微項目學習可以讓學生在解決實際問題的過程中建構知識，發(fā)展思維，提升計算思維能力。

● 面向計算思維培養(yǎng)的微項目學習設計分析

指向計算思維培養(yǎng)的微項目學習以微項目學習過程為主線，將計算思維的五要素融入項目過程中（如圖1）。

（1）提出項目：創(chuàng)設真實的問題情境，提出項目問題，激發(fā)學生的學習動機。

（2）分析項目：分析項目主要包含分解和概括兩個部分。教師可以引導學生將項目問題進行分解，降低問題解決的難度;概括則是教師針對所出現(xiàn)的問題引導學生搜索先前解決問題的方法。對于不能解決的問題，教師幫助學生尋找問題之間的關聯(lián)，發(fā)現(xiàn)問題解決的突破口。

（3）項目規(guī)劃：制訂項目規(guī)劃方案主要包含抽象思維。抽象是指將現(xiàn)實生活中的問題抽象出問題的本質(zhì)，摒棄重復與無關的信息，快速定位出本質(zhì)問題并表達成計算機可以識別的問題。

（4）項目實施：此過程主要包含算法思維，在此過程中教師要引導學生將規(guī)劃方案生成計算機能理解的方式，如圖形化編程、“畫程”或指令代碼等，并不斷調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并改進方案中存在的問題。

（5）項目評價：在此過程中，引導學生用自己的語言去表述創(chuàng)作思路，其他學生根據(jù)描述積極評價，在他人的評價中反思、改進、提升，評估最優(yōu)方案。

（6）總結反思：該過程主要包含概括，即教師引導學生將此類解決問題的思考方法遷移到其他類似項目中，提高問題解決能力。

● 面向計算思維培養(yǎng)的微項目學習實踐

下面，筆者以“算法——探秘攝像頭的背后”項目為例，對微項目學習助推計算思維培養(yǎng)的課堂教學實踐進行具體闡述。

1.創(chuàng)設情境，項目導入

師：交通擁堵問題已成為城市發(fā)展的一大難題，很多城市已經(jīng)實行了機動車限號措施，對于違規(guī)者都會有相應的處罰。那是誰在執(zhí)行這個工作呢？（播放視頻《2015年北京單雙號限行，高清探頭抓拍違法》）攝像頭是如何工作的呢？這節(jié)課我們以“探秘攝像頭的背后”項目為例進行算法學習。

設計意圖：以生活中的真實問題引導學生對問題進行分析，明確本節(jié)課的項目目標——探秘車輛監(jiān)控攝像頭背后的原理。

2.項目分析，走進算法（生活算法）

項目背景知識：車牌號后5（6）位序號組成只有數(shù)字或數(shù)字加字母兩種組合;每個城市限號規(guī)則，我們模擬視頻中的單雙號限號規(guī)則，即判斷車牌中最后一位數(shù)字的奇偶性。

明確項目任務：如何判斷車輛的單雙號？

活動一：簡要描述人解決這一問題的辦法——①獲取車牌號信息;②取車牌號最后一位數(shù)字;③判斷奇偶數(shù);④輸出相應結果。

小結：算法就是解決問題的方案和步驟。如上所述便是生活中的算法。

設計意圖：從學生的真實生活出發(fā)，感受生活中的算法，用概括的方法將學生生活中無意識的算法轉(zhuǎn)化為有意識的算法思維。在描述過程中特意去其枝葉，用抽象的方法整體把握框架流程，符合程序從整體出發(fā)逐步細化的模塊化思想。

3.項目分解，理解算法（計算機算法）

（1）計算機算法。上述算法對于我們來說每一個步驟都很明確，但計算機卻犯難了。因此，需要把生活中的算法轉(zhuǎn)化為計算機算法，即將解決問題的方法細化成算法的執(zhí)行者——計算機能理解的步驟。

（2）項目方案分解：取車牌號尾數(shù)的方法;輸出單雙數(shù)的判斷方法。

設計意圖：生活算法的描述相對簡單，只要算法的執(zhí)行者（人）能根據(jù)算法執(zhí)行即可，但用計算機解決問題，需要用計算機能理解的、更明確的、更細化的步驟去描述。因?qū)W生沒有算法基礎，用分治法是把一個較大的項目分成兩個較小的子問題，通過對子問題的求解，對問題各個擊破，分而治之，降低項目難度。

4.項目實施，描述算法

活動二：對任意數(shù)字n，輸出奇偶判斷的結果。

自然語言描述算法：輸入n;判斷n的奇偶;輸出結果。

流程圖描述：為了便于交流，在設計好算法之后，還必須把它準確清楚地表示出來。描述算法的方法有多種，除了用自然語言描述外，還可以用流程圖描述算法，流程圖是用一組規(guī)定式樣的幾何圖形、簡明扼要的文字和帶箭頭的流線來表示算法。

思考并實踐：如何將自然語言轉(zhuǎn)化為流程圖描述？

小結：利用“選擇”框?qū)l件進行判斷，根據(jù)給定的條件是否成立，從分支路徑中選擇執(zhí)行其中之一，這種控制結構叫選擇結構，也叫分支結構。

活動三：取出車牌號最后一個數(shù)字。

分析問題：用自然語言描述算法，分析循環(huán)條件、循環(huán)體。

實踐：用流程圖描述上述算法（如下頁圖2）。

小結：利用“循環(huán)”框?qū)l件進行判斷，若條件成立，重復執(zhí)行某個操作，這種控制結構稱為條件循環(huán)結構。

設計意圖：用“畫程”畫圖的方式編寫程序，學生只需用拖拽圖標的方式就能輕松地繪制流程圖。一方面它降低了編程對學生的干擾，把重點放在學生解決問題的思維方式上，而非具體的實現(xiàn)函數(shù)及語法。另一方面這個流程圖是可執(zhí)行的，以驗證算法是否可行，也能讓學生體會到編寫程序并執(zhí)行顯示結果帶來的成就感。在活動三中，讓學生用自然語言描述，再在教師的引導下一步步進行分解、細化，將生活算法轉(zhuǎn)化為計算機算法。為了降低語法等對學生的影響，本活動采用了半成品策略，將非本課重點內(nèi)容的“輸入車牌號”“是否為字母”“字符串取尾號”“切片”等方法用處理框提供給學生，學生只需要根據(jù)自然語言描述的方法去拖動圖形框的位置即可輕松實現(xiàn)流程圖的繪制，從而將重點放在學生算法思維的培養(yǎng)上。

5.問題解決，總結算法

活動四：項目整合，調(diào)試程序。

學生將分解的兩個子項目整合為完整的項目算法流程，程序整體依次從上到下執(zhí)行，即順序結構，運行調(diào)試程序，經(jīng)歷從生活算法到計算機算法的完整轉(zhuǎn)換。

算法總結：用思維導圖的方式展示，梳理算法及基本結構等知識。

設計意圖：通過項目整合，讓學生感受分治思想的應用，經(jīng)歷用分治的方法將生活算法轉(zhuǎn)化為具體的、可執(zhí)行的、確定的計算機算法?；仡櫵鶎W，利用思維導圖引導學生將關鍵知識點整合，進一步鞏固學生的認知結構。

6.項目拓展與提升

各地的限號規(guī)則與多因素相關，遠比單雙號復雜，限號規(guī)則的不斷完善也是算法不斷優(yōu)化的過程。機動車限號僅僅是緩減交通擁堵的一種方式，各個城市也在做積極探索。播放視頻《鄭州聰明公交車》，感受算法對緩減交通擁堵的作用。生活中其實還有很多這樣聰明、智慧的應用，其背后都是算法在支撐。

設計意圖：感悟高科技背后算法的作用，體會算法在生活中的應用。

● 教學思考與總結

本節(jié)課結合生活中常見的車輛監(jiān)控攝像頭，以“探秘攝像頭背后的原理”項目引發(fā)學生思考，讓學生用自然語言說出解決這一問題的方法步驟，從而理解生活算法，并引導學生將生活中無意識的生活算法轉(zhuǎn)化為有意識的計算機算法思維和方法。但要用計算機解決編程的方式問題，需要將生活算法轉(zhuǎn)化為明確具體的、可行的計算機能理解的算法。因?qū)W生沒接觸過算法，用分治法是把項目分解成“取尾數(shù)”“判斷奇偶”兩個子問題，再用算法的基本結構去各個擊破，并以“畫程”畫圖的方式加以實現(xiàn)，最后再用順序結構進行項目整合。任務由簡到難，層層深入，環(huán)環(huán)相扣，將計算思維的一般過程融入到微項目學習過程中，讓學生經(jīng)歷由生活算法到計算機算法的轉(zhuǎn)換，從而達到掌握算法概念，學會用流程圖描述算法的目的。

本次教學實踐取得了較好的教學效果。將計算思維融入微項目學習流程，為在信息技術課堂教學中培養(yǎng)學生計算思維提供了一種新的思路。