基于学科大概念的高中信息技术项目式学习探析

杨毅亮

摘要：基于学科大概念的项目式学习，能够让学生明晰知识网络联系，建立完整的知识结构体系，使复杂的知识得到融会贯通。文章以大概念引领高中信息技术的内容加工，以“石头剪刀布”为创新内容进行探析，提出首先应明确项目的主题、情境及规划，其次了解项目要求、目标及作用，最后进行项目设计、操作及优化，真正提升高中生的编程能力、实践能力及创新能力，真正让基于学科大概念的项目式学习落地生根。

关键词：高中信息技术；学科大概念；项目式学习

项目式学习以更具整合性的教学样态，强调学生主动学习、自主探究。师生、小组内外协作交流，学生大部分知识的获得和技能的掌握都在探究活动实施过程中完成。就高中信息技术教学而言，学生在参与项目式学习过程中，学会如何思考问题、对问题如何一步一步地分解，形成编程思维；学会团体合作、信息和知识的分享、交流以及讨论；学会使用思维导图和“头脑风暴”去解决主题涉及的相关问题，才能让学科核心素养落地生根。

基于学科大概念的项目式学习，使课程内容结构化、体系化，能够帮助学生建立具体知识和学科大概念之间的关联与对接。高中信息技术学科包括数据、算法、信息系统与信息社会四个学科大概念[1]。厘清其中包含的“信息、知识与智慧”，能够帮助学生发现知识间的本质联系，学生在解决真实情境下具有学科价值的项目问题的过程中，可以二次优化和重构知识结构，明晰知识网络联系，建立完整的知识结构体系，使复杂的知识得到融会贯通，实现深度学习，促使学生成为合格的“数字公民”。

一、项目主题、情境及规划

学科大概念视角下的项目式学习，可以将零散的、碎片化的知识结构化、系统化；能够在项目的真实情境中对学科知识进行迁移运用，提高学生解决问题的能力，实现对学科核心知识和内容深度的理解，促使学生从低阶思维提升到高阶思维。项目式学习伊始，首先要确定项目的主题、情境，进行必要的规划。

（一）主题

强调学科大概念，就要以大概念引領进行教材内容加工。粤教版普通高中信息技术必修一《数据与计算》第四章中的程序设计基础为导向开发与设计本地化的项目实例，同样可以进行创新加工。“石头剪刀布”游戏正是基于学科大概念而进行项目式学习的创新内容。这是因为游戏是学生比较感兴趣的话题，“石头剪刀布”具有真实性、迁移性和自主性，能够让学生获得个体意义的建构。这种基于学生原有经验、印象与理解而进行新挑战的迁移性，正是大概念学习的基本风貌。基于学科大概念开发一些小游戏，对学生而言既是对自己解决问题能力的一种挑战，又是对自己已经掌握的Python基础的检验。教师应该引领学生应用Python程序设计语言的基本知识解决“石头剪刀布”游戏中涉及的问题，体验程序设计的基本流程，用Python程序设计语言实现该游戏，掌握程序调试与运行的方法。

（二）情境

“石头剪刀布”是学生非常熟悉的猜拳游戏，又称“猜丁壳”。这个游戏的主要目的是为了解决争议，三者相互制约，不论平局几次，总会有胜负。游戏规则是石头克剪刀，剪刀克布，布克石头。利用Python程序设计语言来实现“石头剪刀布”游戏，即玩家和电脑（人机）的对战，以此为情境开展项目式学习，涉及的问题简单，突破知识本位，学生容易接受和理解，能够养成学科思维。

（三）规划

正式的程序设计之前，教师应引领学生根据主题规划和梳理涉及的相关问题，相互讨论交流，梳理问题，针对主题形成系统化的认识，画出思维导图（见图1）。

该项目是实现玩家和电脑之间的猜拳游戏，如果玩家出拳“石头剪刀布”以文本的形式呈现，计算机无法识别和理解，更重要的是玩起来不方便。因此，将游戏问题的思维方式进行转化，即用0表示石头，1表示剪刀，2表示布，游戏功能不变；电脑出拳也以数字的形式展现，分两步实施，第一步是先固定出拳（0、1、2），第二步是随机产生一个0-2之间的整数来表示电脑出拳，以此引导学生利用计算机去解决问题，培养学生的计算思维，以及对问题转化的思维方式。

二、项目要求、目标及作用

（一）要求

通过高质量的课件、微课以及Python3集成开发学习环境，应用Python程序设计语言的基本知识解决“石头剪刀布”游戏中涉及的问题，体验程序设计的基本流程，用Python程序设计语言实现该游戏，掌握程序调试与运行的方法。

（二）目标

1.项目目标

（1）让学生在掌握Python2程序设计语言基础知识的基础上，进行问题的分析；

（2）理解并掌握三种程序控制结构的基础结构，设计算法并学会使用Python程序设计语言实现编程；

（3）体验程序设计的基本流程，掌握程序调试与运行的方法；

（4）将知识建构、技能培养与计算思维融入到Python解决问题的过程当中，促进该项目对应课标的学科核心素养达成，完成项目学习目标。

2.学习目标

（1）能够掌握input（）函数、print（）函数和int（）函数的基本用法；

（2）能够掌握Python程序设计语言的双分支if语句和多分支选择结构if…elif…else2语句的一般格式及使用方法；

（3）能够掌握Python程序设计语言的循环结构的for循环、循环嵌套、循环控制（break）等的一般格式及使用方法；

（4）理解并掌握import导入随机数模块random。

（三）作用

以学科大概念为“锚点”，创设项目情境，通过分析问题，设计解决问题的算法，编写代码实现算法，并在Python开发环境中调试运行，较好地渗透了运用程序设计的思想，能够发展学生的计算思维。在此过程中，学生能够较完整地体验计算机解决问题的过程，理解和概述算法的概念与特征，学会运用恰当的描述方法和控制结构表示简单的算法，懂得描述程序设计语言产生与发展的过程，了解不同类型程序设计语言的特点，掌握Python的基本操作和三大控制结构以及输入输出函数的使用方法。

三、项目设计、操作及优化

（一）问题探究，设计算法

教师应引领学生通过查阅课本，掌握计算机解决问题的过程，包括分析问题、设计算法、编写程序和调试运行四个阶段。这一过程重在引领学生回顾以往的知识，掌握计算机解决问题的流程，以及熟悉程序化的设计路径。作为教师则重在开展合作、探究、互动教学的观察和指导，引导学生分析该项目，梳理关键性的问题，理清问题线路[2]。

如第一步出拳，包括玩家出拳（手动输入）与电脑出拳（先固定后随机）两个部分。教师可组织学生制作表格，帮助学生梳理如何判断玩家获胜、平局与电脑获胜三种结果。

（二）编写程序，实践操作

理清问题线路之后，教师依据学科大概念，由“符合的知识”过渡到“方法的知识”，引导学生在Python开发环境中进行实践操作，对核心程序进行编写并调试运行，让学生深入理解如何解决项目涉及的问题，加深对主题的认识，并编写流程（见表1）。

上述活动既包括程序设计，又包括实践操作———依托编程产生数据，根据数据进行判断，由此，数据、算法与信息之间产生了横向联系。这样的结构化状态基于学科大概念，通过项目式学习得以落实，能够提升学生持久且可迁移的理解能力。

（三）优化游戏，学以致用

学科大概念强调算法与程序之间的内在联系，重在矫正“编程是实现算法唯一方式”的错误认识。基于此，一定的操作之后，教师可以提出项目游戏优化思路，让学生思考：从哪些角度去设计更具人性化和可操作性？如何改进才是最好的？可以通过小组讨论、思考交流，展示优化方案及措施。

1.分组编写程序

教师鼓励学生按照规则继续出拳，直到满足规则为止。让学生分组编写程序，提出进一步优化的措施，从“玩家出拳”到“你出的拳不合法”，既融入了学生已有的经验，又依据实情进行有意义的异同辨别，转化成聚焦大概念的活动。

2.更改游戏规则

通过坡度与梯度设计进一步实现由浅到深的编程：每局玩十次，利用for循环来解决该问题。这一过程同样分解为子任务，让学生以更具整合性的样态完成任务，实现项目式学习。学生若出现问题，教师不是急于告知答案，而是在分组讨论、自主探究的基础上进行项目的整合。通过汇总各小组的讨论结果，最终达成共识，其编写程序如下（见表2）。

这个过程中，部分学生理解变量与常量，但对运算符不太熟练，此时，教师应综合运用编写程序让学生反复谈论，并且进行逆向思考，完成人机对话。学生还可能在理解赋值、输入输出和控制等功能方面出现一些错误，教师可以从程序逻辑方面引导学生构建思维认知地图，通过必要的小组合作，通过子任务与总任务的有效勾连，进行必要的改进，进而将显性知识与隐性知识整合起来，完成项目式学习。

3.进行显示优化

对玩家和电脑出的拳进行显示优化，既帮助学生进行思维进阶，又能帮助学生真正地利用列表解决该问题。教师定义数据类型列表a=["石头"，"剪刀"，"布"]，然后在每次游戏中显示玩家和电脑各出的拳，一目了然，最后判定输赢。玩满一局十次后，让玩家自主选择退出游戏，还是继续游戏进行优化。如选择后者，可以进一步编写程序，并在实际操作后对本局游戏和最终游戏结果进行统计。学生可能不会统计，此时，教师可以定义四个变量，分小组让学生分别对“玩家获赢”“平局”“电脑获赢”以及玩的“局数”进行统计，玩家赢一次i+=1、平局一次j+=1、电脑赢一次 k+=1，完成满一局l+=1。具体记录符号如下：i=03#记录玩家赢的次数，j=03#记录平局的次数，k=03#记录电脑赢的次数，l=03#记录玩的局数，e=03#记录玩家赢的总次数，f=03#记录平局的总次数，g=03#记录电脑赢的总次数。

统计过程中，教师注意培养学生的数据意识，注重数据与信息的横向演变，完成科学统计分析，做到去伪存真，为学科大概念的理解提供可靠数据。在此基础上，教师呈现项目式学习的结果，展示特别精彩或有创意的地方。其编写程序如下（见表3）。

通过以上活动让项目小组进行思考、讨论后，从“初识”到“深入”，从不同的角度设计出优化的措施和方案，用Python实现其功能，并能根据优化方案后的功能进行调试运行。仍然以小组自主测试为前提，最终指向项目完成。这样的一个螺旋上升的过程，正是强化学科大概念的过程，也是落实项目式学习的过程，相当一部分学生能够用程序设计的思想解决学习和生活中的相关问题，拓展解决其它学习和生活中的相关问题，达到学以致用的效果。

总之，基于学科大概念，基于学科意识运用“做中学、学中创、创中乐”的项目式学习策略[3]，能达到解决真实问题的目的。基于学科大概念，高中信息技术学科的学习并非简单的“拿来主义”，而需要综合性的加工与创新。这样的综合性、创造性学习方式通过项目式学习有效落地，体现了指向素养提升的育人价值，实现了学生低阶思维向高阶思维的进化，实现了由讲授到建构的转化，促进了学生的深度学习，发展了学科核心素养。

参考文献：

[1] 金婧.以大概念引领高中信息技术教材的内容加工[J].江苏教育，2022（44）.

[2]谭珊珊，杨简云，程庆雷.融合项目学习的混合式教学实践：以《数据与计算》人工智能专题为例[J].中国信息技术教育，2022（3）.

[3] 李杰静.以项目式学习模式构建教科书的挑战：浅谈粤教版高中信息技术教科書的编写[J].传播力研究，2020（5）.

课题项目：甘肃省教育科学“十四五”规划2022年度一般课题“基于学科大概念的项目式学习设计与应用研究”（GS[2022]GHB1289）

见习编辑/张婷婷