面向高中生计算思维培养的项目式混合学习设计研究

史新新

摘要：针对信息技术课程中计算思维培养面临的信息技术课程不被重视、教学方法单一、课时分配较少、学生与教师在课堂之外互动较少等现实问题，以促进计算思维培养为目标，分析了项目式混合学习计算思维能力培养的可行性，提出了项目式混合学习教学设计框架，以普通高中教科书信息技术选择性必修5“三维设计与创意”第二章“构建三维模型”为例设计教学，期望为促进学生计算思维能力发展提供思路。

关键词：计算思维；项目式学习；混合学习

一、前言

计算思维从思维意识上来讲是超越以计算机科学的基础概念进行问题的求解，是在思维领域中以意识指导为存在的内容[1]。王荣良认为计算思维是一种人的本质，就像阅读、写字、做算法一样是每个人生活中都应该具备的最普通、最基础的和不可或缺的思维方式[2]。

自《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》颁布以来，计算思维作为信息技术课程核心素养，受到了学者们的关注，学者们围绕计算思维培养开展了一系列的理论与实践探究。项目式学习模式对发展学生的计算思维效果能力显著，可以有效促进学生计算思维的提高[3]。任友群指出“中小学信息技术课程是信息技术教育的基本途径，应当顺应时代特征，发展学生的技术意识与思维方式[4]。”

然而，信息技术课程作为计算思维培养的主要学科，存在课程不被重视、教学方法单一、课时分配较少、学生与教师在课堂之外互动较少等问题，如何在信息技术课程中优化高中生计算思维培养方式？文章通过将项目式学习与混合学习相结合的方式进行研究，以期为计算思维培养提供参考。

二、计算思维能力培养困境

（一）项目式学习教学内容多，周期长

一个完整的信息技术课程教学项目包含知识点较多，不仅包括基础性知识，还包含制作项目作品的操作性知识。在信息技术课程中进行项目式学习则需要将内容划分为多个子项目。信息技术课程作为非主科课程，课时少，进行项目式学习需要的时间周期就较长，因此在信息技术课程中需要更加合理地利用时间。

（二）对教师要求高

教师在课前需要花费大量时间进行教学设计，预设教学过程中困难出现的情况，設计良好的驱动问题来推动学生学习，同时也要熟悉操作以帮助学生解决操作过程中可能遇到的困难，指导学生完成项目作品。

（三）教学方法单一

在实际的信息技术课程教学中，信息技术课程课时较少，而高中生还面临着学业水平测试，课堂教学以教师讲授为主。因为课时少，即使项目式教学作为培养学生计算思维的有效方式，也很少被采用。

三、项目式混合学习介绍及可行性分析

一般认为项目式学习来源于美国教育家杜威“从做中学”的教育理论，后经“设计教学法”的加工产生了项目式学习[5]。近年来，作为深化基础教育课程教学改革的路径之一，项目式学习开始上升到国家层面的政策文件中，并不断引领实践变革[6]。项目式学习作为一种被广泛应用于各学科并行之有效的教学模式，在计算思维培养中得到了广泛关注并被大量实践探究。混合学习是指面对面学习与线上学习中学习方式和教学方法的混合，以及技术与教学的混合[7]。 经过相关学者研究证实项目式学习对于培养学生的计算思维起着不可替代的作用。信息技术课程是培养计算思维的重要课程载体，混合学习能够弥补信息技术课程中教师与学生在课堂外互动少、课时分配不足等问题，所以采用项目式学习与混合学习相结合的方法来培养学生的计算思维。学生在课前学习阶段能够掌握基本基础知识，从而使课堂上的时间能够被更加高效地利用，实现教学效益最大化。学生在课前学习时遇到的问题可以通过雨课堂、学习通等线上学习的方式反馈给教师，教师则针对学生反馈的问题进行答疑，帮助学生掌握知识，解除疑惑。同时教师对于学生的知识、操作掌握情况也能有更深入的了解，可以在课堂面对面学习环节更有针对性地进行教学。学生通过动手操作制作作品以巩固知识，通过评价进行反思并修改完善作品，从而进一步提升学生的计算思维能力，促进学生计算思维的发展。

四、项目式混合学习教学设计

（一）教学框架设计

1．理论基础

（1）建构主义

建构主义认为学习是获取知识的过程，但知识不是通过教师传授得到，而是在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得的[8]。学生应该在真实的情境中通过小组成员的沟通交流、共同分享学习资源，完成学习任务。项目式混合学习与建构主义一致强调真实情境与合作的重要性，从而激发学生学习的积极性。

（2）人本主义

人本主义重视学习者的感受，认为教育应该将学习变为学生内心的愿望和自身的需要，让学生对学习的积极性最大化[9]。项目式混合学习强调学生的主体地位，学生可以自主决定什么时候学、通过什么方式学，学生拥有巨大的自主权。

2．框架

项目式学习包括内容、活动、情境和结果；计算思维包括算法思维、评估、分解、抽象、概括，文章采取线上与线下相结合的混合学习作为教学组织形式，基于三者提出了信息技术课程基于混合学习的项目式学习教学框架（见图1）。

（二）设计步骤

1．教学内容选取

在教学内容的选择方面，不能随意选择一节信息技术课程内容就套用项目式混合学习框架，要选择适合进行项目式混合学习的教学内容，并进行有效的设计，充分发挥项目式学习在信息技术课程中培养计算思维方面的优势。教学内容选定之后，项目内容也随之确定，在组织项目内容时需要提出驱动性问题从而引导学生完成任务。

2．教学目标设计

通过项目式混合学习培养学生的计算思维，目的是使学生在算法思维、评估、分解、抽象、概括等方面有所发展，然而一节课程很难将这五个方面全部覆盖，因此，教学目标可以只选取五个方面中的一个或多个。目标内容的组织也应该合理，目标设置不宜过大或过小，相反的设置不能对教学起到积极作用。良好的教学目标可以促进教师的教和学生的学，教师根据教学目标把握整体教学，学生根据教学目标提前了解应该达到的学习目标，使学生有目的学，提高学习效果。

3．混合式学习模式选择

斯泰克和霍恩提出混合学习的四种模式：循环模式、灵活模式、自我导向混合模式、富虚拟模式。我国学者穆肃根据英国学者克拉克对于混合学习复杂程度的分类提出了四种不同复杂程度的混合学习即组合式混合学习、结合式混合学习、整合式混合学习、融合式混合学习，以及混合学习的二维框架，并针对四种复杂程度的混合学习进行了初步设计与实施，最后指出不同课程应该根据课程本身选择不同复杂程度的混合学习方法。混合学习的分类方式不是唯一的，在信息技术课程实际教学中混合学习模式也应该依据课程性质灵活选择，可以将多种混合学习模式应用于一节课中。

4．教学实施过程

文章采取在教学实施之前需要根据选择的混合学习模式确定线上学习与线下学习的关系，确定教学环境（如机房转换则需要进入机房进行线上学习）。在确定好混合学习模式、准备好教学设计后就可以进行教学实施。教学实施过程对教师要求较高，教师不仅需要引导学生进行项目式学习，逐步深入，给学生答疑，帮助学生顺利完成学习任务，还要收集学生学习数据。学生在线上学习中遇到的问题或者是难理解的知识，可以通过线下学习时小组成員讨论、合作解决，也可以向老师寻求帮助。解决学习过程中遇到的问题后，学生就可以进入动手实践阶段，作品制作完成后，学生展示作品，教师针对学生作品进行评价，学生组间、组内互评。

5．教学效果评价

教学效果评价可以采用将形成性评价与终结性评价相结合的方式进行，不仅重视结果，同样重视学习过程中学生的表现。教师针对教学实施过程中学生的表现采集数据进行形成性评价。对于项目作品的评价可以采用教师评价、组内互评、组间互评多种方式相结合的方法进行评价。计算思维教学效果目前并没有统一的评价体系，刘娇指出计算思维的评估方法包括量表评估、作品分析评估、访谈式评估以及测试题评估[10]。我国学者在进行计算思维测量时多根据国外学者提出的框架进行问卷量表设计从而测量学生的计算思维发展变化。对于教师而言，独立进行计算思维量表设计是一项艰巨的任务，量表的信度、效度也难以保证。那么如何有效测量学生计算思维的提升便是当下亟须完成的任务。在实际教学中，教师可以参考我国学者编写的问卷量表或者国外学者编制的量表、试题等进行测量。与此同时，教师也应该提升自身知识水平，以期更好胜任教学，更有效测量学生的计算思维提升水平。

五、应用案例设计

将面向学生计算思维能力培养的项目式混合教学设计框架应用于普通高中教科书信息技术选择性必修5“三维设计与创意”第二章“构建三维模型”课程的设计中，要求学生通过学习能够掌握构建三维模型的方法，体验设计模型、制作零件模型、装配零件并发布的过程，掌握三维建模的基础知识和基本操作，学会构建简单的三维模型[11]。

（一）学习者分析

学生通过学习已经掌握了三维设计基础，了解了三维设计相关技术的发展以及三维技术在社会中的应用，对于本节课即将要学习的内容表现出极大的热情和兴趣。

（二）教学过程设计

1．项目内容确定

项目内容选择人教版高中信息技术课程选择性必修5第二章的内容，项目主题为三维飞机设计。

2．项目活动设计

在上课之前，教师将所要学习的三维建模基础、三维建模方法、三维模型设计等知识发送给学生，学生根据自身情况进行自主学习，不理解的知识点可以重复观看，学生自行决定学习进度。学生完成课前学习任务后即可投入到线下学习。线下学习活动流程如图2所示。

（1）学生根据线上学习了解不同三维设计软件的特点之后，根据需要进行三维设计软件安装，熟悉软件操作流程。

（2）学生与组内成员一起制定模型设计方案，分工合作进行零件设计。

（3）学生在完成分配任务后，根据线上学习过的知识进行作品制作，并将小组成员制作的零件进行装配，得到完整的作品。

（4）学生制作完成后，以小组为单位展示项目作品，教师以及学生对各小组作品进行评价。

3．项目情境创设

教师要为学生创设贴近生活的真实情境，引起学生的学习兴趣，激发学生的求知欲，提高学习效率。

4．组织成果展示

学生在小组分工合作分别完成三维作品的零件制作以后将零件组合为作品，检查作品，发布作品，最终得到完整的项目作品。教师组织小组展示作品，并指出优缺点，小组之间互相评价选出最优作品，分享制作经验。各组学生根据评价意见修改完善作品。

（三）教学评价

在信息技术课程教学评价过程中，教师应通过多样的评价方式激励和引导学生。

1．学生自我评价

学生根据自己的实际掌握情况填写表格，教师可以根据学生自我评价的结果进一步了解学生的学习效果。学生不仅要评价知识掌握程度，还要评价计算思维发展。学生应能掌握三维设计中关于建模的基本知识与技能，加深模块化信息处理能力，并逐步延伸到系统化的信息处理能力。

学生计算思维能力的评价可以使用计算思维评价量表。制作评价量表参考《普通高中信息技术课程标准》中的计算思维水平划分细则。学生根据评价量表进行自我评价（见表1）。

2．教师评价

（1）形成性评价

在形成性评价中，老师需要确定任务、收集资料与学生共同讨论，在讨论中渗透教师的指导作用，与学生共同评价。

（2）终结性评价

在项目结束后，可以针对学生的学习情况进行评价以检验学生的学习效果。学生根据教师的评价进一步修改、完善作品。教师根据教学效果、学生课堂表现以及学生作品完成度进行反思，进一步修改、优化教学设计，总结教学经验，为下一次更完善地教学奠定基础。

教师的评价对学生的学习具有导向作用，在评价过程中，教师应尽可能地做出不同的评价，不能机械地生硬夸奖，也不能一味地批评学生，要有针对性地对学生作品提出建设性修改意见，帮助学生完善作品。一门具有教育意义的课程需要教师和学生共同努力才能完成。

六、结语

信息技术课程是培养学生计算思维的基本途径，发挥学科优势对计算思维的培养起到不可替代的作用。文章构建了面向计算思维培养的项目式混合学习设计框架，将项目式学习与混合学习相结合是实现计算思维培养目标的一条路径，是凸显“学主教从、以学定教、先学后教”的专业路径。需要注意的是，项目式混合学习的实施对于教师的要求较高，教师要熟悉项目式混合学习的流程，并不断提高自身能力，发挥项目式混合学习的作用，构建高效课堂以培养学生计算思维。学生也需要在課前学习基本知识与基础操作，为课堂实际操作打好基础，提升自身能力，促进个体计算思维发展。

参考文献

[1]陈宏斌.面向计算思维培养的项目式学习的教学模式研究[J].中国教育学刊，2023（S1）：159-160+163.

[2]王荣良.计算思维教育中的情境创设与模型建立[J].中国信息技术教育，2021（21）：39-42+79.

[3]马志强，刘亚琴.从项目式学习与配对编程到跨学科综合设计——基于2006-2019年国际K-12计算思维研究的元分析[J].远程教育杂志，2019，37（05）：75-84.

[4]任友群，隋丰蔚，李锋.数字土著何以可能？——也谈计算思维进入中小学信息技术教育的必要性和可能性[J].中国电化教育，2016，348（01）：2-8.

[5]冯霄珂.项目式学习教学模式在计算思维培养中的应用研究[D].武汉：华中师范大学，2022.

[6]刘源.新课标背景下项目式学习如何在中小学落地——访北京师范大学教育学部桑国元教授[J].教师教育论坛，2022，35（10）：5-8.

[7]穆肃，温慧群.适应学生的学习——不同复杂度的混合学习设计与实施[J].开放教育研究，2018，24（06）：60-69.

[8]何克抗.新型建构主义理论——中国学者对西方建构主义的批判吸收与创新发展[J].中国教育科学（中英文），2021，4（01）：14-29.

[9]陈丹枫.项目式学习提升高中生信息技术学科核心素养的应用研究[D].广州：广东技术师范大学，2023.

[10]刘娇，李建生.计算思维的评估方法及应用案例研究[J].现代教育技术，2019，29（10）：94-99.

[11]郝思晨.提升计算思维能力的《三维设计与创意》案例设计研究[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2021.

[12]祝智庭，樊磊.信息技术选择性必修5三维设计与创意[M].北京：人民教育出版社，2019：72.

作者单位：喀什大学教育科学学院

责任编辑：周航