基于项目式学习的计算思维能力培养探索与实践

【摘 要】基于项目式学习可以实现计算思维的模拟、仿真、验证解决问题的过程。学生通过对文献的研究以完成任务的分解；通过制定方案可以完成对任务的抽象表达和对算法的设计；通过合作探究可以完成对数据的建模；通过交流评估拓展学生的思维，及时发现程序中的漏洞与不足，优化程序设计，让学生在“做中学”“玩中学”，在思考和探索中创造新事物，在解决实际问题中进一步发展计算思维。

【关键词】项目式学习；计算思维；校本活动课程；教学策略

【中图分类号】G434 【文献标志码】B

【论文编号】1671-7384（2024）07-064-02

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》强调以数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能为课程的逻辑主线，按照义务教育阶段学生的认知发展规律，统筹安排各学段学习内容，着力培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四方面核心素养。基于项目式学习可以实现计算思维的模拟、仿真、验证解决问题的过程，通过学生对文献的研究以完成任务的分解；通过制定方案可以完成对任务的抽象表达和对算法的设计；通过合作探究可以完成对数据的建模；通过交流评估可以形成对程序的优化迭代。

计算思维和项目式学习

1．计算思维

计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在问题解决过程中涉及的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动。具备计算思维的学生，能对问题进行抽象、分解、建模，并通过设计算法形成解决方案；能尝试模拟、仿真、验证解决问题的过程，反思、优化解决问题的方案，并将其迁移运用于解决其他问题。

2．项目式学习

美国巴克教育研究所指出，项目式学习是一种系统化的教学思想和方法，它是对一个复杂的、现实的问题进行研究的过程，同时也是一个项目作品的设计、计划和实施的过程。在此阶段，学生能够进行知识的构建与技能的培养。北京师范大学刘儒德教授指出，项目式学习是一种以问题为导向、以探究问题为中心的学习活动，在这一过程中，学生的思维能力及问题解决能力都能够得到良好的发展。一般而言，项目式的教学过程包括六大环节：确定主题、制定分工、确定项目方案、合作探究实践、交流成果、总结评估。

项目式学习让学生解决自己身边的真实问题，强调让学生在“做中学”“玩中学”，在接近实际的学习环境中得到锻炼。本文以北京市门头沟区大峪第二小学四年级校本活动课程“评比读书小状元”为例，探讨如何基于项目式学习发展小学生的计算思维，培养学生的信息科技素养。

基于项目式学习的教学策略

1．创设情境，明确任务

在基于项目式学习的教学中，教师要对教学内容进行精心设计，再创造真实的问题情境，提出问题并设定问题的切入点，使问题的导向更加清晰。这一阶段的教学目标主要是让学生通过对情境的直观认识，明确问题的任务，使学生能够在现实环境中对问题的本质进行抽象、分解，完成关键字、关键变量的定义。

本课设计的任务是学校进行阅读小状元的评选，根据学生的阅读量设计一个程序完成小状元的评选 。主题确定了，任务即随之明确：比较阅读量。学生开始分组讨论，分解任务寻找问题的切入点。“阅读量”是一个关键，是以“字”为单位，还是以“本”为单位；“小状元”是一个人，还是一批人，一批人有多少；评选有没有时间和范围限制，是一个学期还是一个学年；是以年级为单位进行评选，还是全校一起评选……学生将评选小状元的任务分解成若干个小任务，在小任务分析中确定关键因素，理解问题的本质。接下来开始设置关键字，并把关键字抽象成为计算机能够识别的变量符号。这一阶段的目标就是发展学生合作学习、抽象问题本质的能力。

2．查找文献，确定方案

项目式学习强调文献研究。学生可以通过调查研究、走访学校需求，在对相关文献进行整理和亲身实践的基础上，提出问题解决方案，再经过团队研讨、探究实践等一系列学习活动确定方案，完成算法的设计，实现算法从思维导图过渡到流程图。

笔者让学生以小组讨论的方式来定义问题，通过走访学校主管教师了解“阅读量”的含义；通过下发调查问卷收集学生对“小状元”的认知；通过查找资料明确小状元评选的“周期”。再经过小组的讨论制定“评选小状元”的方案：以阅读字数5000字为合格线，8人为上线，以学期和年级为单位进行评选。首先分年级统计学生在本学期的阅读量，不足5000字的不能入选，然后根据统计数据筛选出前3名学生，并输出3人的姓名、年级、阅读量和名次。这一阶段教师要准备相应的框架（思维导图），帮助学生分析问题，引导学生思考。这一步是让学生以小组讨论的方式进行思考，并对问题进行整体分析，以提高学生的判断性思维、计算思维和问题分解能力。

3．合作探究，解决问题

合作探究是通过个人在小组中互相合作学习解决项目中遇到的问题，以学生为中心，以学习者基于原有心理结构和知识基础进行知识建构，更加强调学习者的主动性、社会性和情境性。本阶段的合作探究不仅能激发学生的学习兴趣，更重要的是能帮助学生把知识转移到现实世界，培养学生发现问题、解决问题的能力，完成任务的建模。

实践是检验真理的标准。在课堂上，教师让学生根据流程图拼摆程序积木块，验证自己的设计方案。在上机实践时学生会碰到各种问题，通过合作会让学生很快走出思维定式，发现自己的问题。学生在合作探究中发现，如果读取的数据大于5000同时多于“第一名”的字数，要把它存入A1变量中，然后与A1比较，大于A1，就把A2数据转移到A3中，A1数据转移到A2中，然后A1接收新的数据；小于5000的数据则直接舍去。这样形成一个简单的公式：如果A>5000且A>A1，则A3=A2，A2=A1，A1=A。通过合作探究，学生逐步把流程图转化成机器代码，完成程序建模，解决实际问题。本阶段教师要引导学生发现、总结程序中的变量之间的关系，帮助学生梳理思路、建立模型，培养学生分析问题、解决问题的能力。

4．交流评估，优化迭代

心理学研究表明，一个人只要通过自己努力体验一次成功，便会由此激起无休止地追求成功的力量和意念。实践也证明，将作品交流融入教学环节中，确实对学生的学习积极性和主动性有很大的激发作用，同时还能拓宽学生的思维，达到取长补短的效果。

学生在介绍自己方案的时候，也在对自己的方案进行逻辑梳理；在回答同学的质疑中，不断地拓宽自己的思维；在同学的建议中，不断优化、完善自己的方案；在同学的掌声与羡慕的眼神中，不断增加着自己的自信。如在评估学生的作品时，对于优秀的作品既要肯定程序设计的思路和完成的效果，也要提出“变量还可以减少吗、程序还能优化吗、出现4人以上并列第一的情况如何解决”等问题。对于未完成的作品，教师首先要肯定学生的积极努力，寻找程序中的亮点加以肯定和表扬；其次要帮助学生梳理思路，提出解决的方法和努力的方向。“把这条语句改一改，再给你5分钟就能完成”，让学生看到成功的希望。本阶段教师要对学生的优点提出表扬，对学生存在的问题加以指导，帮助学生优化自己的程序。同时也要注意分层评价、因材施教，鼓励不同小组或学生进行拓展任务的尝试，从跟着做、试着做、我会做等不同层次去完成任务。

结 语

总之，在当前的教育实践中，教师应合理运用项目式学习，创设真实的情境，引导学生进行积极的思考；开展调查研究，帮助学生及时发现任务中的问题、分解任务、确定方案；通过合作探究，在不断尝试过程中完善算法设计和程序建模；组织交流评估，既要展示优秀的作品，拓展学生的思维，也要及时发现程序中的漏洞与不足，优化程序设计。要让学生在“做中学”“玩中学”，在思考和探索中创造新事物，在解决实际问题中进一步发展计算思维。