基于计算思维激发的高中信息技术项目式学习研究

朱钰铮

摘要：如何将新课标、新教材、新教法的理念应用于程序设计的课堂，将程序设计知识以一种创新的方式教授给学生，在提升学生计算思维能力的同时培养学生运用计算思维的方法发现问题，然后寻找解决问题的途径，最终解决问题。从学习者视角出发结合高中信息技术项目式学习的特点，纵向剖析信息技术计算思维的养成过程，以“体制数据促健康”项目教学资源，设计了计算思维目标下的项目式学习，去探索高中信息技术项目式学习的教学路径，为教师提供一条有效的教学思路。

关键词：计算思维；高中信息技术；项目式学习

一、前言

由于大数据及AI（人工智能）等科技发展对人们的生活学习方面产生了较大影响，其涵盖的计算思维技能与态度值得所有人学习与实践运用[1]。在《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中，高中信息技术学科的核心内容之一就包含了计算思维的学习，明确了在未来学习和使用信息技术学科的对象[2]。其培养结果的好坏对学科核心素養落实的效果存在着直接影响。

在信息技术高速发展的时代，计算思维的学习是培养国家新型人才的必要学习内容。学生通过学习科技的变化，掌握科技发展更加深层的逻辑性，增强自身的科创能力与进步思想，为创新型人才的培养打下了坚实的基础。并且这种培养方式也是使学生适应科学技术发展的必要经历[3]。

二、项目式学习的基本内涵及其内在价值

（一）项目式学习

项目式学习（PBL）是一种动态的学习方式，卢小花（2020）认为学生通过研究挑战现实世界中遇到的问题即是项目式学习，通过学习使学生的综合实践创新能力得到提高是这项学习方式的重点内容。该方式将学科的主旨思想与原理融为一体，学生可以通过自主学习的形式构建属于自己的知识体系，从而实现系列作品的完成[4]。罗宾（2018）认为项目式学习的重点应当聚焦于核心思想反射出的课程核心内容与现实世界的联系，提升学生在课程逻辑性、真实性与实用性方面的主动学习能力[5]。

综上所述，项目式学习以学生为中心、解决问题为目的，在解决问题的过程中提升学生自主学习能力和高阶思维能力，具有一定的探究性，是一种创新性的教与学方式。

（二）内在价值

以高校信息技术课程的目标为基础，将教学内容与现实中的案例相关联，通过项目式学习，增强学习者的主导意识、解决问题能力、独立思考能力和合作能力，提高学生的自主参与意识，共同完成项目。基于信息技术的时代特征，学生可以体验信息技术带来的便捷生活，直接使用电子设备或者学习方面的应用，让学生的学习和日常生活能够紧密相联。

三、旨在激发计算思维的高中信息技术项目式学习模式构建

建构主义强调学生在学习中不再是被动“接受”，而是主动去“做”。项目式学习与建构主义均强调自主性与探究性，在活动过程中通过解决问题建构自己的知识经验，达到增长技能的目的。本文从信息技术的四个核心概念数据、算法、信息系统和信息社会出发，结合已有的研究，思考基于项目学习的现状和问题，构建面向计算思维培养的项目式学习模式[6]。

在这个学习过程中，学生能够系统地学习了解编程知识，并通过这种方式使编程方面的研究实践能力得到提高，让学生在学习过程中养成良好的价值观、世界观与情感态度。

（一）项目设计

1.明确项目的目标和任务

项目式学习应该紧密贴合课程目标和学科知识范畴，让学生在解决具体问题的同时，达到学科目标。项目设计应该明确项目的目标和任务，并通过探究和实践，让学生获得动手、实践、思辨、合作等方面的经验。

2.构建适合学生发展的项目

项目设计应该根据学生的兴趣爱好、社会背景和生活实际需要等，构建适合学生发展的项目。通过多样化的项目培养学生的多元智能，提升学生解决问题的能力。在项目设计过程中，通过与学生的交流和深入了解，找到最适合他们发展的项目，激发他们的出色表现。

3.运用多种教学策略

项目式学习需要运用多种教学策略，例如，教师激发学生的兴趣，引导学生提出问题，安排项目学习时间表等。此外，还需要学生运用多种信息来源（如图书馆、互联网）获得丰富的信息，激发学生的学习热情和兴趣，增强学生的学习体验。

（二）项目实施

本研究的项目实施阶段以美国国际教育技术协会（ISTE）和计算机科学教师协会（CSTA）提出的计算思维操作性定义中的实现问题解决为目标，设计学习流程和师生互动，将学生思维“定向”到用计算思维实现项目问题解决的过程，实现对学生计算思维的培养，构建面向计算思维培养的高中信息技术项目式学习实施流程。

1.组建团队

项目式学习中，团队合作非常重要。教师需要根据学生的兴趣和专长，合理组建团队，制定角色和任务分工。同时，教师还应该引导学生自我管理，提高学生的学习积极性，让他们热爱学习、相互支持和协作，共同完成整个项目。

2.运用多种学习资源

项目式学习需要运用多种学习资源。通过各种资源获取知识和技能，在实践中不断分析、运用数据。教师应该指导学生如何寻找合适的资源，并且帮助学生掌握和利用这些资源。

3.安排评价与反思环节

项目式学习过程中，评价与反思环节是十分重要的。教师可以设置检查点，对中间阶段的成果作出评价，以便及时进行调整和改进。此外，教师还应该安排时间听取学生对项目的反思，让学生自己总结经验，探究解决问题的过程。这些反思将有助于为学生构建更为深刻的学习框架。

（三）项目评价

1.考查学生的思维能力

评价项目式学习的最终效果，需要考查学生在实践中培养的丰富能力和知识。除了考核学生的学科成绩，延伸到评估学生的思维能力，包括批判性思考、解决问题能力、创新能力、沟通能力等。

2.考查学生的职业素养

项目式学习的另一个目的是通过模拟现实情境，促进学生的职业素养和个人价值的发挥。所以，教师也需要考查学生在项目实践中培养的职业素养，包括团队协作、沟通技能、领导能力等。

3.考查学生的自主学习能力

项目式学习是一种学生中心的学习方式，学生负责整个项目的实施，发挥了自主学习和探究的能力。因此，评价项目式学习的一个重要标准就是评估学生的自主学习能力。应该考查学生是否自主深入研究、学习质量是否达到要求，是否有自主探究的精神等。

四、基于项目式学习的教学设计策略

（一）项目流程

1.软件准备

Mind+是一款拥有自主知识产权的国产青少年编程软件，既可以拖动图形化积木编程，也可以使用Python/C/C++等高级编程语言。用户只需要拖动图形化程序块即可完成编程，还可以自动转换Python/C/C++等高级编程语言，适用于校内的大班教学、项目创作、创客比赛等场景，同时能满足学生校外进行创意编程与项目创造的需求。

2.硬件准备

掌控板：由创客教育专家委员会推出，是国内第一款专为编程教育而设计的开源硬件。它集成了ESP-32高性能双核芯片，支持Wi-Fi和蓝牙双模通信。

加速度传感器：是一种能够测量加速力，将加速度转换为电信号的电子设备。加速力就是在物体加速过程中作用在物体上的力，就好比物体下坠时，受到重力作用。掌控板自带一个三轴加速度传感器，能够测量由于重力引起的加速度。

3.教师准备

对班级学生进行奇数分组。高分生、中等生、低分生均衡分配，做到组内异质。教师将学生们分为多个学习小组，每小组由3至5人组成，明确各人分工与学习目标。

（二）项目分析

1.学习目标

（1）能够正确地理解体质数据所反映出来的信息，领会数据、信息以及知识三者之间的关系；掌握计步器的工作机制和原理，尝试用Mind+软件实现编程。

（2）能根据实际问题的需要，理解数字化的作用和掌握获取数据的方法；利用Mind+软件和硬件设备，设计出能够检测步数的程序。

（3）能够通过对计步器的测量和真实感知，强化运动意识，增强体质锻炼；学生能够更快感知数据与信息，从而提升信息素养。

2.教学重难点

教学重点：能借助数字化工具协同学习，解决实际问题；通过对计步器项目编码的理解与运用，体验运动对健康的重要性。

教学难点：理解体质数据反映的信息，领会数据、信息与知识三者的关系。

（三）项目实施

1.情境导入

本环节是项目式教学的初始阶段，教师会设定一个真实场景并抛出问题，引导学生进入状态，激发学生通过信息科技等知识对问题进行分析，并对问题抽象分解，将难度较大的问题一步步简单化、模块化，使学生对问题的分析、简化等计算思维得到增强。通过播放《中国青少年体质问题分析》视频，引导学生对健康问题的思考。

本阶段，教师将会利用微视频载体为学生创造一个真实情境，并通过微教学视频帮助学生解决遇到的困难，培养学生处在不同水平时的自主探究问题能力。

2.活动探究一

本阶段是项目式教学的准备环节，准备工作包括学生分组合作研究项目需求，共同设计恰当的问题解决方法。这个过程是项目式教学的重点内容，是对学生在学习中计算思维能力、程序性思维进行培养的关键环节。另外，教师也会通过系统论的观念、方法和学生进行积极讨论，以找到合适的解决方案。

学生进行小组讨论得出提高身体素质最有效的方式，并且通过讨论得出跑步是最快捷、方便的运动方式。同时，让学生讨论怎样通过跑步来提升身体素质，以及用什么来监测实际跑步情况以达到锻炼身体的效果。

3.活动探究二

本阶段是程序设计的检查和测试。学生通过程序运行和实践，分析过程，反思算法和实验方案，验证作品的有效性。并且通过不断调节和修改程序过程，检查执行方案所遇到的各类问题，对问题进行有目的性的优化，增强学生计算思维的能力。

分析可穿戴计步器的原理：怎樣获取步数数据，小组合作完成该主题项目。通过学习做出作品、展示汇报，并进行小组互评。教师组织学生按小组进行作品展示，并在结束后进行评价。

4.作品制作

这一阶段为设计方案的实施阶段，是项目教学最重要的环节之一。教师讲解加速度的原理，让学生认识加速度、理解步数的数据通过读取加速度的值来获取。教师展示程序编写过程，告知学生注意事项，巡视指导，及时发现问题并调整上课节奏。

考虑到学生所学知识体系结构不完善，制作作品时可以选择多人组成小组的模式合作。对于有较大难度的项目，教师应当为学生提供程序框架、半成品或初始版程序代码等预处理，平衡学生的作品制作难度，最终得到如图1所示的作品。

5.小组展示

这一阶段是学生学习成果的汇报与展示。每个学习小组的代表将现场解说作品，其余小组进行打分评价，打分依据如表1所示。汇报和评价可以是多种多样的，重点是培养学生的高阶思维能力和综合实践能力。在展示作品的过程中，教师还需要引导学生进行作品功能的延展，弥补作品的不足，最后总结和升华该作品，增强学生的综合能力以及培养知识迁移能力。

（四）项目评价

通过开展基于项目式的Mind+编程与探究活动，培养学生发展综合运用知识的能力，养成良好的探究品格。通过课堂实施软件编程与外接硬件设备相结合的主题学习项目，增强了学生解决真实问题的实践能力。学生围绕问题开展任务探究活动学习，借助软硬件、数字化学习资源与工具设计解决问题的方案。在整个主题学习项目中，培养了学生的合作学习、探究学习、计算思维、动手实践、问题解决等方面的知识与技能。

五、结语

在高中教学中开展项目式学习可以培养学生的思维、创新能力，发展学生的信息技术核心素养，更多挖掘素材和题材，进一步拓展课程。本研究融合了新课改标准理念，设计了以“体质数据促健康”为主题的项目式学习内容，为新课程改革标准的贯彻实施提供有据可查的参考案例。项目将借助数字化学习工具认识数据、理解数据、感知数据，以“体质数据促健康”为主题，通过Mind+软件、掌控板、加速度传感器的运用，引导学生运用计步器进行计步测量，加强学生对体质健康的重视程度，进而提高身体健康的意识，增强身体素质。

综上所述，本研究建立的项目式学习模式是一种培养计算思维的学习方式，该模式的实施流程不断增强学生计算思维的培养，使学生对发现的问题进行自主思考，学会总结和反思。这种基于项目的学习全新的教育模式对教学过程提出了其他需求，要求教师尽量掌握学生对所学知识的实际认知情况，并引导出合理且具有一定难度的问题供学生解决，让学生在学习中不断进步。

参考文献

[1]张宸.知识建构理论下的高中信息技术项目式学习教学探究[J].汉字文化，2022（18）：144-146.

[2]陈慧蓉，万佳琦，阳建中.基于核心素养的地理项目式学习路径探索—以“探寻坭兴陶的前世今生”为例[J].吉林省教育学院学报，2022，38（11）：122-126.

[3]宿庆，张文兰，王海，等.面向高中生计算思维培养的信息技术课程项目式学习研究[J].电化教育研究，2022，43（08）：109-115+122.

[4]卢小花.项目式学习的特征与实施路径[J].教育理论与实践，2020，40（08）：59-61.

[5]梁伟虹，熊应龙.以项目式学习促学生高阶思维发展——“宝贝市集”探究项目的设计与实施[J].基础教育课程，2019（06）：20-23.

[6]杨明全.核心素养时代的项目式学习：内涵重塑与价值重建[J].课程.教材.教法，2021，41（02）：57-63.

责任编辑：张津平、尚丹