指向计算思维能力培养的项目式学习

罗丹 岳赛赛

2022年4月，教育部发布了《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》，从此义务教育阶段的信息科技课从综合实践课程中独立出来并正式成为国家课程。计算思维是信息科技学科核心素养之一，提高学生计算思维能力对于发展学生的综合能力具有重要意义。程序设计是理解和表达计算思维的一种方式，是发展学生计算思维能力的重要切入点。然而，目前编程教学中仍存在一些问题，如教师关注学生技能提升，通常采用讲授法教学，学生自主探究时间较少等。如何将计算思维的培养真正渗透到课堂教学中，是目前我国中小学信息技术教育亟待解决的问题^[1]。项目式学习强调情境的真实性，将学习过程与学生的实际体验建立联系；关注学生的学习与合作，让学生经历问题提出、新知建构、合作探究等过程；关注学生的学习过程，重视对学生思维的引导。为改进编程教学，培养学生的计算思维能力，笔者以“‘纹创产品小助手”为例，组织学生参与项目式学习活动，总结经验，供同行参考。

一、项目的缘起

（一）理论与设想

项目式学习是一种建构性、创造性的教与学方式，具备问题源于真实情境、内容基于课程标准、技术融入项目学习、教学立足核心素养4个特征^[2]，为学生提供了开拓思维、自主思考问题的空间。在初中信息科技程序设计模块教学中开展项目式学习活动，有助于促进教师专业素养发展，培养学生的计算思维能力，提升学生的综合素质。

（二）问题与出路

笔者教学采用的是粤教版信息技术教材。该教材八年级下册第一单元内容偏多，且其中多数案例为数学计算题，不易激发学生兴趣，因此有必要对教材内容进行适当重组。

此外，瓷器上的纹饰一直是中国传统文化的重要载体之一，每个图案都代表着或简单或复杂的含义。以瓷器纹饰（纹样）作为文化元素，将其融入文创产品中，是对传统文化的继承和弘扬，但存在难以进行大量创意绘制的问题。为解决上述问题，笔者带领学生利用信息技术，用计算机程序自动运行替代部分手工操作，创作并实现富有新意的纹样图案。

还原或新制瓷器纹饰的过程是学生计算思维的直观呈现。教师开展这样的活动有利于启发学生发现问题并主动思考办法。为培养学生计算思维能力，笔者结合学科特点，组织文创活动，将项目主题设定为“‘纹创产品小助手”。

二、项目设计与教学实施

（一）目标分析

笔者开展“‘纹创产品小助手”项目活动，确定如下教学目标。知识目标：掌握Python语言的基本知识，包括输入输出命令、分支结构、循环结构、函数、列表等。能力目标：运用顺序、选择和循环三种结构编写程序，提高利用计算机解决问题的能力。素养目标：体验用计算机对问题进行分析、抽象、建模、算法设计及编程解决问题的过程和方法，培养计算思维和数字化学习能力；加深对中国传统文化的认识，增强学生传承中国传统文化的意识。

（二）实施过程

1.  整体实施过程

第一步，明确项目任务。笔者以条纹、几何纹、螺旋纹为例，借助信息技术进行复原或创新并用于配件或配饰，引导学生根据物品类型匹配相应的纹样图案，打造带有瓷器纹样元素的系列文创产品。对于项目活动，笔者设计了八大任务，包括前期项目规划、中期项目制作和后期成果分享如图1所示。

第二步，建构核心知识。在课程实施过程中，笔者建构的核心知识包括以下6点：①流程图，帮助学生初步了解算法概念，知道如何呈现对问题的求解思路；②输入和输出命令，帮助学生掌握顺序结构的运行流程，知道如何获取数据和显示数据；③海龟绘图模块，帮助学生掌握绘制图案的基本语句；④分支语句，引导学生理解控制思想，在复杂问题中加以运用；⑤循环语句，让学生初步理解重复思想，用于解决重复性或规律性的问题；⑥函数的自定义和调用，让学生了解封装思想，学会整体看待问题，懂得化繁为简。

第三步，明确并落实课时教学任务（如图2）。项目教学分8个课时实施：第1课时，教师为学生提供活动指引，帮助学生进入学习状态；第2至7课时，教师指导学生操作，按照提出问题、知识准备、问题分解、算法设计、编程实现的步骤教学；第8课时，教师让各组学生展示作品并进行评价，引领学生进行总结和反思。

第2至7课时为项目中期即制作阶段，学生经历“制作欢迎界面”“显示需匹配的文创产品类别”“改进与优化”的过程。通过确定问题求解方案的训练，学生在实践中学会问题分解、数据抽象、模式识别和算法设计，养成利用信息技术求解复杂问题的研究习惯，提升计算思维能力。此外，笔者对学生作品进行展示与评价，引导学生反思不足，寻求最优解决方案，提高学生的批判性思维能力。

2.  具体课时教学过程

具体各课时如何教学，笔者以第6课时“螺旋纹元素，装点服装配饰”为例详细介绍。

第一步，明确项目子任务。

第6课时教学任务：学生通过学习for循环、range（ ）函数，结合旧知，掌握绘制富有创意的螺旋纹的方法，进一步完善产品功能。

第二步，建构学生在具体课时应学的知识。

第6课时的核心知识包括：for循环语句的基本语法、运行流程，以及range（ ）函数的作用。学生完成该课时子任务，可以理解Python语言的基本程序结构，掌握使用循环结构解决重复性问题的方法，并运用新知实现螺旋纹的创意绘制。

第三步，开展课时教学。

环节一：回顾旧知引入新课（1分钟）。

笔者展示学生第5课时的学习成果，演示第6课时预期成果的效果图，引出主题。

环节二：还原（1分钟）。

笔者引导学生结合旧知（正方形纹路的程序），思考并将学案补充完整，探究其中的规律。随后，笔者提出问题“若一直绘制螺旋纹，假设有n条边，左侧的思路存在什么问题”，启发学生思考。

环节三：优化（12分钟）。

首先，学生自主学习，探究新知。笔者播放微课视频，帮助学生获得新知；通过匹配题和纠错题，检测学生观看视频的效果。

然后，学生合作交流，解决问题。“如何优化思路”“如何通过编程优化思路，其n与循环体是什么”，笔者提出这些问题，引导学生思考如何改进正方形纹样。回形螺旋纹也是4次绘制而成，笔者给出回形螺旋纹改进的思路，引导学生思考自己改进正方形纹样的思路是否正确。

最后，学生编程实践。笔者将还是半成品的程序发给学生，让学生在此基础上完成实践任务。

环节四：创新（14分钟）。

笔者展示不同密度和纹理的两组图案，启发学生思考如何改变程序，生成图案；通过展示简单螺旋纹和有规律变大的正方形，引导学生深度理解循环体，理解循环体由线到形的变化，拓宽学生的思路。

环节五：作品展示与评价（10分钟）。

笔者先让学生互评选出最佳作品，并利用截图工具截取效果图，提交至教师端；紧接着对各组最佳作品进行展示与评价，邀请创作者分享经验，进行评价。

环节六：项目总结与拓展（2分钟）。

笔者回顾第6课时主要内容，随后提出疑问：“创新塔更高一级可以是什么？”

（三）作品展示与评价

学生分组汇报并展示作品。汇报内容包括组内成员表现、在活动过程中遇到的问题、解决问题的方法、小组整体感受等。其他小组根据汇报情况和作品运行效果，对演示小组的作品评分。部分小组的作品未达到理想效果，其他小组提出问题或建议，此环节学生交流互动，活跃了课堂气氛，提高了操作与思维水平。

三、教学效果分析

（一）评价设计

笔者从以下方面对教学效果进行分析评价：一是课堂表现，每课时结束，教师让各组组长组织成员共同评价组内成员的表现，填写课堂表现情况表，用学案完成情况、课堂回答问题、学习态度和合作意识4项指标评价；二是项目作品，项目结束时，教师组织学生开展组内自评、组间互评，其中作品评价包含功能实现、技术应用、运行效果、展示交流4个维度 ；三是计算思维水平，教师从计算概念、计算实践和计算观念3个维度着手设计，题目包含选择题（围绕程序的顺序结构、分支结构、循环结构三大结构出题，帮助学生理解基本知识）、程序题（调试和修正程序中的错误，以满足项目需求，或通过完善半成品形成一个大的作品）和主观题（根据问题需求提出解决方案并进行算法设计；分析、归纳共性问题的解决步骤并用自然语言或流程图呈现算法）。

（二）效果分析

学生参与项目式学习活动有利于提高计算思维能力。第2课时至第7课时，学生对6个子问题逐一探究、突破，最终找到求解方法，提出解决方案，这正是学生计算思维能力提高的体现。

关于课堂表现，各组学案完成率较高，但大多是组长回答问题，组员需要增强思考与表达意识。在项目式学习模式下，全班学生学习态度较好，全身心投入活动中，但个别小组缺乏交流，合作意识还有待增强。

关于项目作品，总体情况不错。学生经历构思主题、明确任务、知识建构、设计项目、分享评价等学习过程，完成了提出问题、学习新知、问题抽象、算法设计、交流评价等学习任务，掌握了编程与设计产品的一般流程。这在一定程度上提升了学生分析问题和利用信息技术解决实际问题的能力，锻炼了学生的计算思维。作品展示与评价环节，笔者发现绝大部分小组能够制作出较为完整的作品，达到预期效果。

关于计算思维能力，基本实现预期目标。笔者用问卷软件制作试题，共48名学生受试。测试结果：选择题正确率在90%以上；80%以上的学生能够针对问题和需求，识别程序上的错误，并能将其修改完善；45%左右的学生能够结合问题提出初步解决方案，并用流程图呈现。数据表明，绝大部分学生初步掌握了计算思维的基本概念，分析问题和解决问题的能力有所提高，能够进行一些简单的计算，但计算思维迁移能力有待加强，需在今后的学习中增进对计算观念的理解。

四、总结

程序设计一般包含分析问题、设计算法、编写程序、测试与迭代等过程。作为信息技术课程中的一个重要模块，教师开展程序设计的教学活动旨在引导学生学会解决实际问题，而项目式学习注重问题情境和学生综合能力的培养，计算思维的培养需求与项目式学习的特性高度契合。笔者开展“‘纹创产品小助手”程序设计活动，针对现实需求利用信息技术，绘制富有创意的纹样图案，激发了学生对项目式学习的兴趣，提升了学生发现问题、探究问题和解决问题的能力。此外，学生通过项目式学习，更加认同传统文化，感受科技力量，这也在一定程度上推动了传统文化与现代科技的深度融合。

项目式学习强调知识的融会贯通，随着新课程改革的深入，学科核心素养受到高度重视，项目式学习与学科融合是大势所趋。一个问题的解决往往需要多学科知识支撑，而项目式学习恰好为学生自主探究和合作学习提供了有效的平台，有助于他们将多学科知识应用在实际问题的解决中。教师可应用项目式学习模式开展多学科融合的教学活动，挖掘学科之间的共性与差异，帮助学生思考与探究，在解决问题的过程中理解并运用知识，提高创新和合作探究能力。《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》已发布，教师需要深入思考新课标的内涵，改进教学方式并付诸实践，真正实现学科育人功能，助力学生发展。

参考文献

[1] 丁世强，王平升，赵可云，等.面向计算思维能力发展的项目式教学研究[J].现代教育技术，2020（9）：49-55.

[2] 董永辉，唐晓勇.初中高质量项目式学习的实施策略研究——以“探秘·中国传统科技”统整项目课程为例[J].中小学数字化教学，2022（2）：69-72.

（作者罗丹系广东省珠海市第十三中学教师；岳赛赛系广东省珠海市横琴新区第一小学教师）

责任编辑：祝元志