聚焦计算思维的信息技术学科项目学习设计

吴紫燕

(福建省厦门市松柏中学 福建 厦门361000)

在教育部制定的《普通高中信息技术课程标准(2017 年版)》上，明确了信息技术学科的核心素养的课程育人目标，同时提倡"项目学习"，这些都给课堂教学带来了新的挑战。如何在项目学习中落实学科核心素养？如何在有限的课时内开展学科项目学习？在教学中进行了项目学习的设计与实践后，总结出基于计算思维培养信息技术学科核心素养的项目学习设计方法。

1.信息技术学科核心素养与项目学习

1.1 计算思维是信息技术学科核心素养的本质。高中信息技术学科核心素养由信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个核心要素组成，四个要素相互支持、相互渗透，共同促进学生信息素养的提升[1]。信息社会责任强调信息社会中学生品行的培育，使学生在信息道德及责任担当层面有所发展，是学生发展及其社会化的必然要求，是其他核心素养的归宿；信息意识是信息活动在人脑中的反应，包含了信息搜集、甄别、处理和分享等内容，处在学生解决问题的初始层；计算思维是个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动，是信息技术学科的本质体现；数字化学习与创新是指运用信息技术开展自主学习，并与他人进行交流协作，从而逐步形成创新创造的能力，是其他三个要素在学习中的具体体现。综上，信息技术学科核心素养是在面对真实、有挑战性的情境中利用计算思维解决问题，正确处理技术、人与社会的关系中逐渐发展起来的，而计算思维是信息技术学科核心素养培养的着力点。

1.2 项目学习利于培养信息技术学科核心素养。项目学习是以学科的核心概念和能力为中心，在现实世界中借助多种资源开展探究活动，并在一定时间内调动所有知识、能力、品质等创造行地解决一系列相互关联着的问题,形成成果的一种新型的探究性学习模式[2]。项目学习让学生体验真实的学习任务，实践演练学科的知识、策略方法，进而培养学科核心素养。信息技术学科项目学习以信息技术学科核心素养的培养为目标，整合学科知识与技能的学习。在基于真实情景的项目学习中，发展学生对信息问题的敏感性，对知识学习的掌控力，对问题求解的思考力。促进学生利用信息技术学科思维和方法去全面认识复杂的信息化社会，负责任地应用信息技术，全面提升学生信息技术学科核心素养。

1.3 基于计算思维设计项目学习。项目学习设计的第一步是确定学生会通过项目学到什么？第二步确定学生需要展示什么以证明他们真的学到了什么？第三步对学习内容从未知到熟悉，学生该采取什么方法？这是一个循环迭代的过程，逐步确定项目学习呼应的学习目标、证据和活动最终制定一个结构严谨的项目计划[3]。项目学习指向学科的核心，而计算思维是信息技术学科核心素养系统的核心及关键要素，影响其他3个要素发展的质和量，一定程度上决定学科核心素养的优劣[4]。项目学习需要学生发现问题、解决问题，计算思维为寻找解决问题的新方法提供了机会，和新的表达形式。因此本文提出基于计算思维设计信息技术学科项目学习的设计要素和流程如图1所示，探究信息技术学科核心素养在课堂教学中的落地策略。

2.信息技术学科项目学习的设计

2.1 聚焦计算思维设计项目学习目标与知识情境。项目学习的设计从寻找核心知识开始，构建从核心概念到关键概念、能力再到关键概念再到知识点的一整套知识体系[5]。从信息技术学科教材内容出发，明晰课程的知识结构，辨清逻辑关系，提炼计算思维的具体过程和表现，汇聚适合的知识点，寻找这些知识点中共同覆盖的上位概念，将各个知识(技能)点联系起来。同时通读课标，确认各个上位概念与课标之间的联系，确定合适的等级，确定作为项目学习结果，学生将掌握那些重要的知识和技能。然后站在学科的角度理解核心概念、关键概念、能力与真实世界中人的发展之间的关系，思考符合学生认知特征的活动情境，设计项目学习知识情境，建立本学科的知识与真实生活世界情境之间的联系。

比如必修1数据与计算(粤教版)第3、4章提炼出计算思维的表现-算法与程序设计。算法处理的是数据，而算法需要通过程序设计来实现。第5章提炼出计算思维的过程-数据处理的一般过程。因此这三章的上位概念是"数据处理"，课标要求学生达到计算思维的核心素养水平1，能根据任务需求分析问题，抽象处理并用形式化的方式表述问题，使用编程语言或其他数字化工具进行数据处理(获取、组织、分析数据)。基于这样的"数据处理"，联系学生学习生活实际，设计项目学习知识情境：免疫力像铠甲一样，日夜帮助我们抵抗各种疾病的入侵，运动可以提高人体免疫力，让人体保持健康状态。那么，什么样的体质数据表明身体是健康？如何利用体质数据提高运动效率，促进身体健康？以下简称"体质数据促健康"。

2.2 围绕核心知识设计项目学习驱动任务和成果。学科项目学习成果需要真实性，且带有较强的学科性，反映学科本质问题、直接指向核心知识。在"体质数据促健康"项目中围绕核心概念"数据处理"和关键概念"数据处理的一般过程"、"软件开发的一般过程"设计具有挑战性和可能性的真实世界任务，将数据处理的一般过程(数据的获取-整理-分析-可视化)嵌套在软件开发的一般过程(需求分析-算法设计-编写代码-调试运行)的需求分析中，作为项目学习任务链的内在设计线索。具体的成果和任务如下：

2.2.1 驱动任务和项目成果。作为一名高一学生同时又是编程高手，你想设计一款软件帮助同学更好、更科学的锻炼身体，提高身体素质。该软件能依据不同性别、不同体质基础，制定出有针对性、科学的锻炼方法。

2.2.2.需要完成的任务链

任务1：检索获取高一学生《国家体质健康标准》的项目及每一个项目的指标；从现实生活中获取每位学生的体质数据，在体育老师指导下制定循序渐进的锻炼方案，小组分工，每人就一个国家体质健康标准的运动项目(以下简称运动项目)进行为期两周左右的锻炼，同时利用工具监测记录每位组员每天的锻炼数据。

任务2：整合全年段的两周内收集到的体质数据，分析身高、体重、肺活量和各个运动项目间的关系；分析各个运动项目，不同体质基础的学生每天用时与天数的关系。并可视化分析结果。小组分工，分别依据数据分析结果，形成各个运动项目的锻炼方案。

任务3：在任务2的基础上，每人负责一个运动项目模块、合作设计一款能根据输入的性别、身高、体重、肺活量判断其体质基础，并自动制定锻炼方案，进而改善体质的软件-"完美体质"。

2.2.3 从上面的任务可以看出，表现性任务没有唯一正确的答案或解决过程，以此对学生学习的评估需要依据指标进行判断。清晰和恰当的指标能明确提出我们在确定学习目标理解程度时应关注什么，并在判断过程中提供一致性和公平性[6]。针对上述每一个任务和学生学习过程中的自主学习和协作的表现初步设计相应的评价量规，然后收集、分析学生的表现来不断完善量规。

2.3 设计项目学习实践。项目设计是一种包含知识、 行动和态度的"实习实践"，主要有探究性实践、社会性实践、调控性实践、技术性实践和审美性实践，这五种实践不是截然区分的关系，而是有一定的交叉与融合[5]。以体质数据促健康为例，设计实现"完美体质"软件。需经历探究性实践的过程：在真实世界中观察，提出问题-该软件需基于那些数据，然后利用工具收集分析数据；与以往所学的知识建立联系，利用excel统计分析形成相应的模型，学习新知识探究利用编程语言实现模型，并进行验证； 讨论这款软件的适切性，并进行完善。在这过程中，涉及社会性实践，学生需通过听、说、读写等方式交流与获取信息，与他人建立共同解决问题的社会联系，在讨论、协作中理解、尊重他人，包容他人的差异与多样性，积极回应他人和社会的需求。同时由于项目学习周期比认知要求高，自主性要求高需要团队合作等特点，对学生的自我调控性要求高，学生在项目学习过程中将经历投入学习、专注与坚持、 成长性思维、调控情绪，计划与反思等调控性实践。在信息技术学科中开展项目学习，技术性实践是不可或缺的一环，对于数字原住民而言，使用技术进行学习已然是拉近学生与学习的距离了。而设计出的软件要求尽可能将丰富的视觉、听觉、触觉融入其中，体现设计思维与审美，审美性实践追求不仅是解决问题，而是富有美感地自决问题。

2.4 基于数据的项目学习全过程评价。项目学习是个性化学习，每个学生或小组都以独特的方式对待这种体验。学生经历一系列逐步发展起来的活动，涉及种种流程和五花八门的成果，因此评价的方法需要经过深思熟虑。教师从介绍项目的那一刻起，就在不停的评价，随着项目的进行采用各种方法和工具，以了解学生的学习体验，并及时做出调整。项目学习既要有概念性知识、高阶认知策略的评价也要包含低价的基础知识和基本技能的评价。评价目标有核心知识、学习实践、学习过程中的成果和最终成果。不同的评价目标采用不同的评价方式，具体见下表1-评价目标与评价方法。在信息技术课堂教学过程中，教师通过ittools学习平台发布项目学习资源、提供学习、测验工具，创建分组讨论、小组合作等活动。平台数字化学生学习过程和和学习结果，记录学生的学习活动情况。基于数据进行项目学习全过程的评价，让评价更科学、更可靠、更高效。

表1 评价目标与评价方法

3.在持续的学习实践中培养学生信息技术学科核心素养

项目学习不是简单的让学生完成活动，做出成果，而是让学生经历有意义的学习实践历程。在信息技术课堂中建设完善的数字化学习环境，创设适合学生认知特征的活动情景，学生扮演学科专家的角色，利用数字化学习工具和资源进行新知学习、合作交流、实践探索、创新作品，进而提升信息素养。下面以"体质数据促健康"-入项目活动为例说明如何在项目学习实践中培养学生学科核心素养。

3.1 2020年新型冠状病毒的爆发，让我们过了一个不同的春节，让我们有了史上最长的寒假。提高人体免疫力可以有效对抗病毒，那么如何借助数据提高运动效率来改善我们的体质，让自己保持免疫力最佳状态？有没有相应的数字化工具来帮助我们解决问题?

3.2 组织学生通过学习平台进行讨论，对驱动问题进行分解，形成思考路径和问题链：要借助数据，必须知道描述体质健康的相关数据、及如何获得这些数据；各个运动项目的锻炼数据如何获得，数据可靠吗，适合高中学生吗；如何分析这些数据，得到我们想要的结果。然后基于数据分析结果来开发软件。

3.3 检索获取高一学生《国家体质健康标准》的项目及每一个项目的指标；形成学生体质数据表，方便学生收集数据。

3.4 头脑风暴：利用在线思维导图呈现"完美体质"应具备什么功能，形成初步的成果要点及评价量规第一稿。

3.5 自由分组，组成若干个7人项目小组，小组分工，每人负责一个国家体质健康标准的运动项目。课后各小组按分工进行2周的运动锻炼，同时利用在线编辑等数字化工具收集数据。

学科教育设计意图：创设真实情境，提出问题，引导学生共同参与到项目学习活动中，激发学生探究"完美体质"软件开发的热情。在这过程中明确如何利用数据解决问题的思路，培养计算思维；明确须获取的数据和获取的策略，甄别数据获取方法的优略，选择恰当的数字化工具，信息意识是前提，同时随着另外三个学科核心素养要素的发展而发展，有低级向高级转变，提升了信息意识；学会正确评估和选用数字化工具来交流、倾听，积极回应他人，善于运用各种数字化工具来辅助自己的学习和解决问题，想创新设计数字化工具帮助他人，提升数字化学习与创新能力及信息社会责任。

如何基于项目学习培养信息技术学科核心素养，这对许多信息技术教师来说仍是一个难题，本文提出基于计算思维培养信息技术学科核心素养的项目学习设计方法，希望能为广大信息技术教师提供参考。