项目式教学在高中Python编程教学中的实践研究

李才华

【摘 要】项目式教学是基于真实学习情境，以问题为导向的教学模式，学生能在项目的完成中强化知识的学习及提升解决问题的能力。Python编程教学是高中信息技术教材中的重要模块，本文以“让数据‘隐身”为例，开展了项目式教学在高中Python编程教学中的实践研究，探讨项目式教学在高中信息技术学科的实施。

【关键词】项目式教学；Python编程；教学实践

【中图分类号】G434   【文献标识码】B

【论文编号】1671-7384（2023）08-074-02

案例背景

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》将Python编程语言作为唯一的程序设计语言开展教学，足以体现Python编程教学的重要性。项目式教学是基于真实学习情境，以问题为导向，学生通过合作学习，在完成项目的过程中获得知识、技能和提升利用所学知识解决实际问题能力的教学模式。现在的高中生Python编程语言的学习基础普遍比较薄弱。因此，为了强化Python编程教学，促进学生对Python程序设计语言的掌握，本文研究将项目式教学运用于Python编程教学的实践中，在Python编程教学中培养学生的计算思维能力和运用知识解决实际问题的能力。

案例描述

1.教学分析

（1）导入教学主题

首先让学生观看关于数据加密的视频，教师引导学生在观看视频的同时思考回答以下问题：你知道视频中的声音和手电筒灯光传递的是什么信息吗？视频中的数据是如何“隐身”的？什么是摩斯密码？

视频的内容主要包含三方面：第一是SOS信号的声音和灯光传递，可以让学生直观感受信息的加密传递；第二是影视剧中经典的通过摩斯密码传递信息的片段，这能够活跃课堂气氛，集中学生注意力，同时让学生知道数据可以经过秘钥进行加密和隐身；第三是关于摩斯密码简介的内容，让学生了解数据加密技术。通过这个视频的导入，引导学生确立本节课的项目主题——“让数据‘隐身”。

（2）确定教学目标

在确立项目主题之后，教师引导学生确立本节课的教学目标如下：在通过网络搜索相关信息的自主学习过程中，了解数据加密的发展历史，体会密码保护的重要性，增强信息安全意识；会用Python编程实现凯撒密码的加密算法；在问题的求解过程中建立运用计算机科学领域的思想方法解决问题的思维习惯；在揭秘凯撒密码的过程中，理解数据加密和解密的概念及原理。

将本节课的教学目标及核心素养培养目标分解到各项活动中，明确项目的目标和期望实现价值。明确的项目目标可以引导学生学习的方向，也为项目评价提供依据。

2.教学设计

本案例中将教学项目——“让数据‘隐身”分解为以下三个任务。任务一：了解古老的“隐身术”；任务二：用Python编程实现凯撒加密算法；任务三：理解数据加密和解密的概念及原理。

通过任务一的完成，学生能了解到数据加密的发展历史和各个时期的让数据“隐身”技术，能够直观地体会到数据加密的重要性以及秘钥保护的重要性，增强学生信息意识；通过任务二实现凯撒加密算法，是这个项目的核心任务，根据计算机解决问题的一般过程来学习凯撒加密的程序；通过任务三总结与升华所学知识。

3.教学实施

（1）任务一：了解古老的“隐身术”

教师提出问题：自古以来，在管理国家、战争或经济往来中，有些情况下需要高效安全的通信方式。我们比较熟知的是近代发明的摩斯密码。但是，在古代是如何给数据穿上“隐身符”的呢？让学生利用网络搜索相关信息，了解数据加密的发展历史。本任务的完成采用小组活动的形式开展，培养学生的团队合作意识；利用网络获取学习资源，强化学生的搜索引擎操作技能与知识分享的习惯和能力。

（2）任务二：用Python编程实现凯撒加密算法

第一步，分析“恺撒密码”的加密原理。用Python编程实现凯撒加密算法程序，需解决以下问题：一是图形用户界面的建立，相关组件的添加；二是自定义Button按钮激发函数Caisajiami，实现加密算法；第三：在Caisajiami函数中实现循环加密过程。通过分析凯撒加密程序，建立该程序的结构模型。

第二步，设计算法。对程序中的数据进行分析和组织，明确明文数据与密文数据的关系，确定数据类型为字符串（图1）；形成使用Python编程解决问题的方案及步骤，并能够用流程图描述出来。

第三步，编写代码。利用Python语言编写代码实现程序，强化学生Python语言编写程序和算法实现的能力。

第四步，调试运行。教师提出：若要争取时间和空间最优，凯撒密码的解密程序是怎样的，在加密程序上作何更改？这强化了学生知识迁移及利用所学知识解决实际问题的能力。

（3）任务三：理解数据加密和解密的概念及原理

通过体验揭秘凯撒密码的Python编程实现过程，说出数据加密和解密的概念及原理，完成表格内容填空。学生小组合作自主完成任务，在前面已学Python编程实现凯撒加密与解密算法的基础上，总结数据加密与解密的概念与原理，根据具体事例进行知识总结与升华。

（4）拓展。教师提出问题：恺撒密码安全性能如何？如何改进才能提升安全性能？

这使学生在学习完数据加密与解密技术之后，能够对数据加密与解密技术进行安全性的判断，强化信息安全意识。

4.教学总结

（1）让学生用思维导图总结与梳理本项目的所有内容；（2）各学生小组评价与梳理本小组的项目完成情况；（3）每位学生完成问卷，对本项目进行个人评价；（4）最后教师根据收集的相关数据与资料进行总结评价。

教学反思

关于教学的整体过程。本案例项目式教学，从项目分析、项目设计、项目实现，再到项目总结，环环相扣。项目实现的核心任务是用Python编程实现凯撒密码的加密程序，按照计算思维解决问题的一般步骤进行。首先，对求解问题进行分析，界定问题，完成结构模型的架构；其次，对程序中的数据进行分析和组织，确定具体的数据类型和结构，设计解决问题的算法，并用流程图描述出来；再次，利用Python语言编写代码实现程序，与算法的分析模块相对应；最后，对编写好的程序进行调试，争取时间和空间最优，并提出加密程序作何更改实现凯撒密码的解密程序，强化学生的知识迁移及解决实际问题的能力。项目实现的路径符合学生知识的建构逻辑，也与Python编程实现程序的思路高度契合。

关于课堂教学组织形式。教师采用小组合作学习的方式，根据项目分解的任务确定小组活动的内容与形式，小组以完成项目目标为导向；在组内开展分工合作学习，以小组评价表中团体成绩为小组完成项目的评价依据，激发小组合作学习的能动性。

关于课堂评价。课堂评价是促进课堂效率提高的主要手段之一，本節课主要采用了过程性评价及总结性评价。通过项目式教学开展Python编程教学，在项目的实现过程中，学生能够自主分析项目目标和项目内容，能够用编程思维来设计算法与完成项目。

在Python编程教学中采用项目式教学，能够激发学生的学习兴趣，使学生通过自己的能力尝试解决问题，在解决问题的过程中提升信息素养。

编   辑：冯安华