运用“增量生长”型项目培养学生计算思维

杨金英 陈水娥

随着《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的颁布，在某些学段的编程教学可能会被相对弱化，而高中编程教学独立承担的任务可能会更重要。编程教学如何脱离单纯语言知识学习，实施计算思维的深度培养，这将成为新挑战。本期解码，让我们聚焦编程教育的大单元项目设计与跨学科学习，探索更深度的思维培养。

《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》指出：计算思维是指个体運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。其凝练了计算思维等学科大概念，明确了具备计算思维的学生在信息活动中的典型特征，倡导项目式学习方式。笔者研究发现，部分“程序设计基础”教学虽然在使用“购买物品”等主题式大单元项目教学，但远离学生兴趣点，且微成果分散，项目的成长性不强。因此，笔者在教学实践中寻找更恰当的项目案例来优化教学过程，以期更好地落实学科核心素养的要求。

● 什么是增量生长项目

观察各种项目完成的过程有分枝丛生型、增量生长型和纺锤生长型三类（如图1）。增量生长项目的最终成果是一个多层次的完整整体，其完成过程伴随学习过程而从小到大、逐层叠加、逐步推进，呈持续生长状态。增量生长项目往往基于自身发展逻辑而逐步完成。

在大单元教学中选用增量生长型项目，学习过程伴随项目成长的过程，项目发展引导学生的思维逻辑，从易到难逐步深入，能有效实现从低阶认知策略到高阶认知策略的整合发展，有利于计算思维的培养。

● 项目选题及设计意图

项目学习的最大生命力在于真实性。增量生长型多课时编程项目“答题对对碰”的创意来源于央视《诗词大会》节目。笔者在充分考虑学生需求度、知识覆盖度、子题丰富度、项目成长度和完成难易度等的基础上，确定项目任务——编程模仿主持人出题并判分，用户作为选手答题。规则：每套5题，每题20分，提示后答对15分，答错0分。题库可以是诗词大会等专题库，也可以是综合题库;答题方式可以是套题、“一战到底”或随机抽题等。项目题库丰富，答题规则可变，编程风格多样，赋予项目丰富的子题选择性，给予学生更多个性化表现机会。

期望学生通过本项目的学习经历计算机解决问题的全过程，即分析问题、设计算法、编写程序和调试运行。项目学习从现实生活切换到计算机解决问题的工作过程，逐步培养学生的信息意识、计算思维和数字化学习能力等学科核心素养。

● 分析项目完成过程，优化学习流程

选用增量生长的多课时项目实施大单元项目教学，需要合理分析项目的完成过程，认真优化活动流程，以项目需求推动学生探究，从而使项目学习达成更好效果。

1.分析项目成果，寻找增量生长路径

本项目成果是伴随项目学习生成的项目程序，仔细分析可发现其增量生长路径（如图2）。项目程序从只有几个简单语句的出题答题，到答案判断、套题回答、多次答题，逐步生长，最终实现项目任务。所需知识从顺序结构到分支结构、循环结构和双重循环，从易到难逐步深入。项目的知识覆盖度好，成长性强，难易度适中。有条理的学习进阶符合认知过程，也体现了思维的渐进性，将计算思维培养与项目完成和知识学习两个过程有机融合。

2.分解微项目活动，合理规划课时安排

项目的生长过程遵循自身发展逻辑，生长路径即项目活动的推进流程。深入分析课程标准、教材内容和项目过程，根据项目进程和知识对应拆分微项目，课时安排如右下表所示。因为项目的算法分析用到算法及其表达，在实际教学中把算法知识也融进项目过程。

3.优化微活动流程，理顺学生思维过程

编程学习入门难、循环结构理解难是程序教学的共识。只有合理优化微活动流程，才能理顺学生的思维过程，有效突破学习难点。

优化一：将出题程序多层分解，降低入门学习难度。一是从变量出题过渡到列表出题。学生第一次接触程序，变量、数据类型、表达式、函数是一系列全新的概念，且列表学习基于变量理解。从变量到列表既是知识学习的递进，也是程序的优化。二是将题库操作延后到循环结构前。分析项目需求可知，多道题的出题需要读取题库并多次重复相似过程。处理完一道题后再学习文件操作和循环结构更符合项目需求，在选择结构学习后学生也积累了一些编程体验，此时加入文件操作学生更容易理解掌握。

优化二：加入“一站到底”程序，深化循环结构理解。从一套题的单循环直接到多套题的双重循环，虽然可以用while结构，但思维难度较大。重新研究答题情境，“一站到底”非常适合while语句，有利于学生从不同角度理解循环过程，同时引导答题规则的变化。通过“一站到底”活动探究while使用，既分解循环结构的难度，加深对循环结构工作过程的理解，也为突破双重循环的难点做好充分准备。

在项目基本任务完成后还可以讨论更多答题规则，丰富程序使用的场景，如自选题库、随机抽题等。开放性的规则讨论，极大地调动了学生的探究热情，也给予项目更多个性化创新。

4.注重学法指导，落实计算思维培养

利用微活动之间的逻辑关系引导学生深度思维，注重学法指导与有效的生成性教学，可以更好地保障项目学习顺利推进。分支结构是从顺序结构的简单思维向循环结构等复杂思维转换的关键节点，也是计算思维培养的重要时机。分析项目算法，学生很容易理解答案判断本身的逻辑选择（正确与错误），进而主动探究双分支结构;通过模仿与纠错的学法指导，从常量判断到变量判断，再到多分支结构，引导学生完善程序。在复杂的多分支结构中加强静悟、内化等学法指导，帮助学生逐步形成由易到难的高阶思维。

● 本项目教学设计亮点

亮点一：项目设计体现项目驱动、项目贯穿和项目需要。从项目需求导入开始的五大环节教学流程如图3所示。从项目算法分析到每个微活动过程都从项目需求到知识学习再到应用知识接力编程，体现出明显的项目驱动性。项目需求驱动学生学习，学习进度决定项目进度和教学进度。教学要根据学习进度及时调整、灵活推进。

亮点二：项目活动遵循思维规律，分级推进，逐步发展。无论是项目算法分析还是接力编程，活动设计都遵循项目的自身发展规律，教学实施遵循认知活动与思维发展的基本规律。项目算法和程序编写由易到难，一步步搭建学习支架，一步步破解思维难点。

亮点三：项目实施重视学法指导、资源支持和自主探究。高效的探究学习需要大量学习资源的支持，更需要有效的学法指导。将学习建议、学习资源和评价要求等集成到学习网站，可以提高探究效率，满足学生个性化的学习需要。

● 项目教学实践的思考

增量生长的大单元项目通过多课时学习完成较复杂的现实问题解决，推动知识学习和思维过程的持续深入，有利于学科素养的持续性培养。从课堂观察看，从开始的项目推着学生走，到后来的学生追着项目跑，目睹着精心培育的作品一点点长大，学生兴奋不已，课堂面貌发生明显变化。计算思维等核心素养需要持续不断地培养与发展。增量生长的多课时项目有其自身特点和优势，能够促进计算思维等学科核心素养的有效培养。增量生长项目的特点和优势，不仅可以运用在程序设计教学中，还可以合理运用在其他教学内容中，不同学科的教学内容也可以结合特点推广运用。

本文为江苏省教育科学“十三五”规划课题“开放式项目学习：培养高中生计算思维素养的实践研究”（项目编号C-b/2020/02/19）研究成果。