基于计算思维培养的项目教学应用研究

【摘  要】本文以2017版普通高中新课标为背景，以建构主义和计算思维三维框架为理论基础，结合教学实践，提出在高中信息技术课程中通过项目教学培养学生计算思维的措施，并主张在传统的项目教学中加入“双线”设计，从而提升项目教学的实效性。

【关键词】计算思维;高中信息技术;项目教学

中图分类号：G633      文献标识码：A      文章编号：0493-2099（2020）32-0075-03

【Abstract】Based on the 2017 version of the general high school new curriculum standard， this article uses constructivism and the three-dimensional framework of computational thinking as the theoretical basis， combined with teaching practice， and proposes measures to train students computational thinking through project teaching in high school information technology courses. The "double-line" design is added to the project teaching to improve the effectiveness of project teaching.

【Keywords】Computational thinking; High school information technology; Project teaching

一、基于计算思维培养的项目教学背景

随着人工智能和大数据时代的到来，信息技术学科地位不断提升。普通高中新课标（2017版）将信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任作为信息技术学科的四大核心素养。其中，计算思维作为计算机科学的一种重要思维，尤其受到关注。计算思维是我们现代数字化公民所必须具备的重要思维。在高中阶段，如何培养计算思维成为一个重要课题。

传统的信息技术教学，强调的是学生的信息常识和计算机操作技能。教师讲解知识、演示操作，学生完成上机任务。在这种教学模式下，更加关注学生的信息技术知识或软件工具的使用，学生缺少思考解决问题的过程，这对于学生计算思维的提升是不利的。而项目教学法，以建构主义和认知主义为理论基础，强调“人是主动参与获取知识过程”，强调“在实践中建构知识”，采用的是类似工程建设的方法来开展教学，学生在完成项目的过程中，通过探究与合作，能够充分地分析、理解问题，将问题抽象化、符号化，并思考如何利用计算机等现代信息技术工具完成问题求解或系统设计，从而实现知识的建构和思维能力的提升。

二、基于计算思维培养的项目教学实施应用

（一）基于计算思维培养的项目教学内容和目标

通过项目教学提升学生的计算思维是一种较为可行的方法。计算思维三维框架理论指出，计算思维包含计算概念、计算实践和计算观念。一个面向计算思维培养的教学项目的完整实施，应当让学生在学习项目相关知識的过程中加固“计算概念”，在动手实践过程中培养“计算实践”能力，在思考分析和表达交流过程中提升“计算观念”。

基于计算思维培养的项目教学，可能涉及三方面的内容和目标。第一，概念和知识类的教学内容，例如程序语言的基本语句、语法、基本控制结构、简单程序的编写等，主要培养学生的“计算概念”，项目实施过程建议以学生自主探究为主;第二，设计开发类的教学内容，例如完成小软件的设计与开发，主要培养学生的“计算实践”，包括模块化设计、程序调试和软件测试等能力。项目实施过程建议，以学生协作探究为主，可以是线下面对面协作，也可以是线上远程协作，还可以是线上线下相结合的混合式协作;第三，问题探究类的教学内容。在问题探究过程中鼓励学生表达、联系、质疑，促进良好的思维习惯和价值观的形成，从而培养学生的“计算观念”。计算观念是在学生在完成项目过程中，通过自主、合作和探究学习逐步形成的。

（二）基于计算思维培养的项目教学应用策略

项目教学过程主要包括“情境引入”“任务布置”“项目实施”“交流评价”等四个阶段。笔者根据广东版高中信息技术新教材（2017新课标版）必修1《数据与计算》第四章“程序设计基础”的内容，设计了项目教学——“编制单词翻译软件”。下面针对高中阶段的学情特点，以培养学生计算思维为目标，提出项目教学各阶段的教学策略，并以此项目为例加以说明。

1.结合生活情境，精心设计项目

良好的情境创设能够激发学生兴趣，提高学生积极主动性，并能突显项目教学内容的实用性。在完成项目的过程中，师生以一种平等的状态共同参与项目，通过良好的互动，形成具有创新色彩的“教学共同体”。

在“编制单词翻译软件”项目的情境引入阶段，教师结合机器翻译这一生活情景，演示功能强大的翻译软件，并引出项目内容。这样便赋予项目一定的实际意义，并使项目具有工程背景，大大提升学生的动力。情境创设还可以贯穿多个项目，使项目更具连贯性。新教材第四章“程序设计基础”前一章的内容为“算法基础”，关系密切。因此教师可以把这个情境往前延伸至第三章“算法基础”，设计第三章的项目内容为“设计单词查找算法”，使两个章节的项目基于同一情境，形成一个大项目。学生通过完成“设计单词查找算法”项目，学习算法基础知识;通过完成“编制单词翻译软件”项目，学习程序设计基础知识。

2.合理设计任务，突显计算思维

任务的布置是整个项目教学的重要环节，任务设计的合理度决定着项目教学的实效性。因此，对于中小学生来说，项目任务设计不宜过多、过难，可操作性一定要强，以利于项目教学的开展。对于“编制单词翻译软件”项目，教师设置三个任务：

（1）必选任务：使用顺序查找法编写单词翻译程序。通过完成此任务，学生能够理解python语言的相关概念，掌握顺序结构、选择结构、循环结构三种基本结构的写法，并学会编写简单的python程序。此任务较为简单，大多数学生都能完成;（2）进阶任务：根据教师提供的参考资料，使用二分查找算法来编写单词翻译程序。要求在顺序查找和二分查找两个程序中加入输出查找次数的语句，通过查看程序运行结果，对比顺序查找和二分查找两种算法的效率，并提出有关算法效率的问题供学生分析思考及讨论交流。此任务供学有余力的学生完成;（3）挑战任务：使用字典树编写单词翻译程序，并提出字典树相关问题供学生探究。字典树涉及高级数据结构，主要为少数参加信息学奥赛的学生设计的。这样的分层设计能够兼顾不同程度的学生。

3.积极开展项目，注重合作探究

项目的实施是整个项目的实践环节，是整个项目教学的主体。在开展项目的过程中，教师应该摒弃传统的“满堂灌”的思想，放手让学生去思考、实践，通过自主、合作、探究，提升学生的计算概念、计算实践、计算观念等计算思维能力。

在“编制单词翻译软件”项目实施过程中，小组成员在编写程序时可能遇到许多困难，这时教师不能直接把代码发给学生，而应当提供思路和简单范例启发学生思考;学生小组在调试程序过程中，可能会碰到许多语法错误和逻辑错误，这时教师不宜直接给出错误所在，而应当提供学生调试程序的方法和思路，引导学生完成调试过程。在学生编写程序过程中，教师应当鼓励学生多合作，体会团队协作的乐趣，并鼓励学有余力的学生尝试用多种查找算法解决单词翻译问题。

4.成果展示交流，开展多元评价

学生完成项目任务后，便进入展示交流环节。教师应当安排相应的课时，让小组代表上台展示成果，其他小组同学提出疑惑，然后师生进行研讨，以类似论文答辩的形式开展此环节。交流后，小组成员应当对别人提出的问题进行“头脑风暴”，梳理、归纳、提升，从而使知识达到内化。这个环节，是教师在开展项目过程中最容易忽略或弱化的重要环节。展示交流能够让学生进一步加深对知识的理解，锻炼学生的口头表达能力，展示交流能力，还能够让学生提前熟悉论文答辩的氛围，为以后迈入高校做准备。

最后便是教学评价。教师应当根据教学目标提供多种评价方式，如诊断性评价和过程性评价相结合，自评、互评、师评相结合等。教师要特别注重过程性评价。学生在完成项目过程中表现良好，教师应当多表扬;若遇到困难无法解决，或进展缓慢，教师也应当多给予鼓励。过程性评价的开展对学生整个项目的完成起到了催化作用。建议加入“访谈法评价”，对学生的作品开展访谈。在“编制单词翻译软件”项目评价阶段，可以针对“学生对算法的理解”“如何调试程序”“如何解决在编程过程中遇到的困难”“是否喜欢程序设计”“喜欢程序设计的理由”等问题与学生展开访谈，根据访谈情况填写项目的过程性评价表。这种评价方法是专门为培养学生计算思维设计的。

在完成整个项目的过程中，学生理解了程序设计的基本概念，学会了简单程序设计，这是“计算概念”;学生经历了软件开发的过程，掌握了程序的模块化设计及程序调试的方法，这是“计算实践”;而在问题探究过程中，学生通过自主学习与合作交流，更深入地理解算法和程序，产生新想法，对程序设计产生热爱，这便是“计算观念”。

三、在项目教学中加入“双线”设计

目前的项目教学过于注重“项目”，以“项目”为中心，忽略了“知识体系”，存在较大的弊端。首先，以计算思维培养为主的项目，涉及算法和编程，难度较大，这些内容如果没有教师讲解和范例参考，对于高中学生来说较难完成;其次，一个项目不可能把知识体系全包含进去，也就是说完成这个项目里面所包含的知识可能是不完整的，学生无法系统掌握整个知识体系，没能完全实现教学目标。

笔者在项目教学过程中加入“双线”设计，提出“双线项目教学法”。双线项目教学，即以“项目”为主线的基础上，再增加“知识系统”作为辅线，提供知识思维导图、简单范例集、教学课件、微课等教学资源供学生学习，并设计软件帮助文档作为辅助工具，从而弥补项目教学中知识体系的不完整。这样，在开展项目教学过程中，兼顾了“项目”和“知识”，不仅有利于实现教学目标，还降低了项目教学的难度，为项目教学的常态化开展提供了保证。当然，“知识系统”这条线是融合在“项目”线中的，两者有机结合。

在“编制单词翻译软件”项目中，教师可以将python语言的基础知识、输入输出语句、if语句、for循环和while循环语句等知识点做成微课供学生自主学习，并设计一些简单的程序范例模板供学生参考，范例不能是项目本身的内容，否则学生一味模仿，计算思维能力得不到培養，从而失去项目教学的意义。必要时，在项目开展之前或项目完成过程中穿插基础知识的讲解。这样设计能够让学生在编写程序时有范例和知识体系做参考，事半功倍。学生既学到完整的程序设计基础知识，又完成了项目，计算思维能力得到迅速提升。

四、结语

基于计算思维培养的项目教学对于新课程改革意义重大。信息技术教师在开展项目教学过程中，应当创设良好的生活情境，设计合理的项目，在项目实施过程中引导学生多思考与实践，培养学生的计算思维，注重多元评价，并将“项目”与“知识”双管齐下，从而不断提升信息技术课堂教学的实效性。

注：本文为宁德市普通基础教育课程与课堂教学改革立项课题（第一批）“基于计算思维培养的高中信息技术项目教学研究”（课题编号：XD048）的研究成果。

参考文献：

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作者简介：翁锦琳（1983.10-），男，汉族，福建省宁德市古田县人，硕士，一级教师，研究方向：高中信息技术教学。

（责任编辑  王小飞）