基于计算思维的项目式教学探究

柯明辉

在对于信息技术的教学中，基于真实情境的项目式教学可以有助于充分培养和激发学生的计算思维。课堂上要求我们应当把每个学生作为教学主体，从实际存在的问题角度出发，引导他们进行积极的思考，通过对问题进行抽象、形式化、建立和自动化的过程，努力实现“对于信息技术解决问题方法的准确把握、认识思维的开拓与发展及对人机交织互动的了解”培养目标。教师要精心设计项目，精心组织课堂活动，努力使项目的内容更好地贴合于学生的日常工作和学习，在真正的体验和实践中，发展了学生运用计算机进行科学地思考和分析解决实际问题的意识与能力，从而促进了学生计算逻辑思维的能力。

项目式教学的研究是一种基于本校现实教学情景的具有系统性的、以实际问题研究为导向指导而组织进行的一种全方位、有极具针对性的理论学习与实践研究。项目式教学的明显综合教育模式特征为“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”，使得学生逐步逐渐走向了一种具有综合性的学习，走向了一种探究式的综合学习，走向了一种符合学生主体个性化的综合学习。

联系这两者，通过实践我们将会看到，在对于信息技术的教学中，基于真实情境的项目式教学可以有助于充分培养和激发学生的计算思维，可见，课堂上我们应当把每个学生作为教学主体，从实际存在的问题角度出发，引导他们进行积极的思考，通过对问题进行抽象、形式化、建立和自动化的过程，努力实现“对于信息技术解决问题方法的准确把握、认识思维的开拓与发展及对人机交织互动的了解”培养目标。教师要精心设计项目，精心组织课堂活动，努力使项目的内容更好地贴合于学生的日常工作和学习，在真正的体验和实践中，发展了学生运用计算机进行科学的思考和分析解决实际问题的意识与能力，从而促进了学生计算逻辑思维的能力。

学生计算思维的提升需要历经一个个解决问题的过程，如何在项目式学习的过程中培养学生的计算思维呢？经过接近两年对省级课题《基于计算思维的信息技术教学探究》的潜心钻研和教学实验研究，以下是我在课题研究中的几点思考和总结。

在信息技术的实践性教学实践中，我不断探索尝试新的课程教学模式和一种现代化的教学方式与手段，主要是实施项目式教学，并充分借助导学案、教学辅助平台等，采用小组协同合作、自主探究、问题式情境等多种教学方式和手段的完美结合，紧贴学生生活，融合多个学科，将益智小游戏与学科小工具引入到信息技术教学中，积极地融入了计算机科学思维的训练，让学生的计算思维在项目式学习过程中不断得以提升。

对于这种项目式教学，我的教学准备大体流程如下：首先，吃透教材，理清重难点，并且摸清学情与校情，在已有的硬件和软件上针对不同的活动主题进行不同的项目设计，让整个项目贯穿这整个活动主题，并根据本次教学任务与课时的具体情况，将项目内容进行了合理的分解，确定到若干个不同的教学任务，合理安排教学的知识点与重难点;然后，在这个项目开始执行之前就需要我们教师依照学生的具体情况来进行合理分组。在这种项目式的教学和课程实施的过程中，教师们就需要通过自己动手制作一段相应的教学实例微视频，针对疑难问题进行解答，把握项目式教学实施的过程中的一些重点与疑点难点，对于学生们在学习实践中可能遇到的问题也要进行预设，教师要鼓励他们掌握多学科的基础知识，同样要对每一个小组的项目实施过程进行严格的监督和指导，及时处理学生们反馈的各类问题，加强引导，鼓励学生们相互合作并一起解决问题;最后，在项目评估阶段先由组长对学习成果进行汇报和展示，接着小组之间进行互评，最后由老师对整个项目的学习过程进行归纳总结。

在信息技术项目式教学实践研究中，主要围绕着以下三方面来培养学生的计算思维：

其一、在编程设计项目中培养学生的计算思维。

编程教学课堂是培养中学生计算思维的一个重要途径，开展编程教学能够激发和帮助中小学生分析疑难问题、设计相关算法以及最终着手编写程序，让学生能够在不断的解析中，逐步突破各种疑难问题，以严谨的分析与精密的思考，来构建出解決问题的重要数学模型，并利用这一模型来解決更多的问题。在信息技术教学实践中，我们根据不同年龄阶段的学生的情况和特点，积极引入了各类游戏项目设计，学科工具设计，贴近学生的日常生活和兴趣，激发学生的学习欲望和动手欲望，在提高计算思维的同时也大大提高学习效率。所以，在项目式教学模式下的中学信息技术教学中，教师应善于在编程教学中积极培养学生计算思维，充分发挥出编程设计项目的积极作用，引导每一名学生自主去分析问题和收集相关材料，努力寻找解决问题的有效方法，实现编程项目的良好有效处理。

例如，在七年级下册《走进程序世界》这一单元的教学组织和实施中，我积极采用项目式教学模式，来培养和提高学生的计算思维。首先，创设情景，提出任务：甲乙两个同学在玩猜数字游戏（1-100），甲先写下一个数字，乙来猜，甲根据乙猜的数字给出提示“大了！”“小了！”“答对了！”请设计一款程序《猜数字游戏》，帮助甲快速提示，并显示乙猜测的次数。然后，学生分组进行探究，讨论分析任务和需要解决的问题，寻找解决问题的有效方法，最后设计出所需的软件。教师在此过程中，针对学生出现的问题进行引导和帮助，引导他们借助教材和微课来学习所需要的程序设计的相关基础知识。这样，学生主动地学习算法及算法描述的方式，主动学习了C语言的基本语法及程序的基本结构，并积极利用C语言来设计一款属于自己小组的的“猜数字游戏”，成功体验了利用计算机编程解决了实际问题的喜悦，计算思维也得以锻炼。完成该项任务的整个过程中，教师充分地扮演着一个引导者、帮助者，学生们积极主动地去发现问题、探索问题、找到解决实际问题的途径和办法，真正地落实了培养中小学生的计算思维能力的目标。

其二、在常用软件教学中培养学生的计算思维。

在中小学阶段，软件学习仍是信息技术课程的内容主体，使用软件来处理和解决日常生活、学习中的问题仍是中小学生主要的信息技术应用实践。虽然大部分学生已经掌握了一定的运用电脑软件经验，也具备了运用电脑软件的基本能力，但是究其本质上的角度来说，学生自身掌握和运用电脑软件的基础知识和储备以及专业技能等各个方面均不够成熟。所以，在这种项目式模式下的中小学信息技术课程教学中，老师们就应该更加注重培养和发展学生的计算思维，从而逐步提升和训练学生对知识的储备和运用的技巧等。具体来说，在数字化课堂教学中，教师们应善于引导中小学生了解与分析功能背后的主要特征及工作原理等，培养学生独立思考以及解決问题的思想与能力，让学生能够更为高效地解决问题，从而科学地运用计算机技术。在学生运用计算机软件知识及技能较为扎实之后，再引导学生高效处理任务，确保任务完成的质量。

在课题研究中我们发现，软件的学习和使用迫切需要计算思维的参与，只有我们正确理解了软件所解决的问题本质是什么、问题存在环境是什么、有无其他软件可以替代解决问题等，方可更好地超越软件本身，然后将软件内化为我们思维的一部分。可见，信息技术软件教学需要结合学生与知识特点，适度、适当地引导和讲述知识原理，为软件课程教学注入新的动力。

例如：七年级上册第二单元《分析处理表格数据》中，数据排序这一重要知识点，大家普遍关注的是实际操作过程，但是有关数据排序原理很多，常用的多达有8种算法。其中“选择排序”和“冒泡排序”算法相对直观。例如，在对23、45、31、10四个数据的升序排序中，我们首先可以通过以动画形式展示冒泡排序过程，然后让学生思考：①计算机完成对23、45、31、10四个数字的排序需要几趟？②首趟排序时，计算机对哪些数据进行比较？比较了几次？比较的结果不同处理又有何不同？③如果改变数列顺序，每趟的排序过程和结果有何不同？通过交流分析讨论，相信学生基本都能理解排序是怎样实现的。这样教学就不再仅停留在操作层面上，而是进一步拓宽了学生的计算思维，激起他们无限的好奇心，体验算法的科学、严谨。

通过课题研究我们发现，在中小学信息技术课堂软件教学中，根据课程教学目标、软件教学内容和学生年龄特点三方面的因素，我们应当将“问题求解”作为研究重点，将分解、抽象、建模和转化四方面的能力作为我们培养的重心。分解能力是面对复杂问题的第一步，即化繁为简。而分解能力又依赖于抽象能力，抽象能力是我们与生俱来的本领，也就是从具体事物中抽取出共同的、本质的特征，舍弃非本质的特征。根据抽象的结果，分析问题的内在规律，提出简化假设，用学科符号建立起反映现实问题的模型，这就需要建模能力，建模有助于理清问题的结构得出解决问题的流程。但即使有了模型指引，解决问题的过程必然会遇到未知的子问题，这就需要具有从未知到已知的转化能力。

其三、在课堂学习活动中培养学生的计算思维。

开展项目式教学，老师也就更加注重在课堂教学活动中培养学生的计算思维，通过各类课堂教学活动的形式来训练学生的自动化思维。这种课堂自动化主要是指机器设备，即该系统根据人数不足的情况、根据人的主体需求特点来进行自动检测以及对信息处理等。对于中学信息技术学科而言，其中的许多内容都包含了大量的自动化思维。所以，在项目式教学模式下，教师们就应该积极地引导学生主动地发挥这一思维手段，及时地解决他们在课堂上学习中遇到的困难和问题，并且去学习与理解掌握有关信息技术的相关知识。

总之，计算思维的培育与发展养成，需要我们在研究和解决各类问题的同时，不断地通过分析探索、实践求证、反馈与调试而逐渐形成。项目式教学从很大程度上还原了课堂学习的内容和本质，基于真实情境的课堂学习可以促进中小学生对于信息问题的敏感度、对所学知识点掌握的能力、对问题求解的思维能力的发展。通过项目式的教学可以有效地培養中学生的计算思维，促进学科核心素养的发展。

中学信息技术课程的开展较为艰巨，其在开展过程中不但面临着机遇，与此同时也面临着挑战。在此情况下，就如何提升中学生生计算思维能力应成为每一名中学信息教师所主要思考的话题。对此，教师们应积极推行项目式教学，充分发挥每个学生在课堂上的主体作用和地位，让学生能够自主去完成项目，并在完成项目的过程中，提升学生的计算思维能力，并且锻炼学生的创造力、团队协作、动手能力等诸多能力。

*本文系教育部福建师范大学基础教育课程研究2021年度开放课题“基于计算思维的信息技术教学探究”（课题批准号：KCZ2021134）的研究成果之一。