福建省寧德市古田縣第一中學 翁錦琳

一、基于計算思維培養(yǎng)的項目教學背景

隨著人工智能和大數(shù)據(jù)時代的到來，信息技術(shù)學科地位不斷提升。普通高中新課標（2017版）將信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任作為信息技術(shù)學科的四大核心素養(yǎng)。其中，計算思維作為計算機科學的一種重要思維，尤其受到關(guān)注。計算思維是我們現(xiàn)代數(shù)字化公民所必須具備的重要思維。在高中階段，如何培養(yǎng)計算思維成為一個重要課題。

傳統(tǒng)的信息技術(shù)教學，強調(diào)的是學生的信息常識和計算機操作技能。教師講解知識、演示操作，學生完成上機任務(wù)。在這種教學模式下，更加關(guān)注學生的信息技術(shù)知識或軟件工具的使用，學生缺少思考解決問題的過程，這對于學生計算思維的提升是不利的。而項目教學法，以建構(gòu)主義和認知主義為理論基礎(chǔ)，強調(diào)“人是主動參與獲取知識過程”，強調(diào)“在實踐中建構(gòu)知識”，采用的是類似工程建設(shè)的方法來開展教學，學生在完成項目的過程中，通過探究與合作，能夠充分地分析、理解問題，將問題抽象化、符號化，并思考如何利用計算機等現(xiàn)代信息技術(shù)工具完成問題求解或系統(tǒng)設(shè)計，從而實現(xiàn)知識的建構(gòu)和思維能力的提升。

二、基于計算思維培養(yǎng)的項目教學實施應(yīng)用

（一）基于計算思維培養(yǎng)的項目教學內(nèi)容和目標

通過項目教學提升學生的計算思維是一種較為可行的方法。計算思維三維框架理論指出，計算思維包含計算概念、計算實踐和計算觀念。一個面向計算思維培養(yǎng)的教學項目的完整實施，應(yīng)當讓學生在學習項目相關(guān)知識的過程中加固“計算概念”，在動手實踐過程中培養(yǎng)“計算實踐”能力，在思考分析和表達交流過程中提升“計算觀念”。

基于計算思維培養(yǎng)的項目教學，可能涉及三方面的內(nèi)容和目標。第一,概念和知識類的教學內(nèi)容，例如程序語言的基本語句、語法、基本控制結(jié)構(gòu)、簡單程序的編寫等，主要培養(yǎng)學生的“計算概念”，項目實施過程建議以學生自主探究為主；第二，設(shè)計開發(fā)類的教學內(nèi)容，例如完成小軟件的設(shè)計與開發(fā)，主要培養(yǎng)學生的“計算實踐”，包括模塊化設(shè)計、程序調(diào)試和軟件測試等能力。項目實施過程建議，以學生協(xié)作探究為主，可以是線下面對面協(xié)作，也可以是線上遠程協(xié)作，還可以是線上線下相結(jié)合的混合式協(xié)作；第三，問題探究類的教學內(nèi)容。在問題探究過程中鼓勵學生表達、聯(lián)系、質(zhì)疑，促進良好的思維習慣和價值觀的形成，從而培養(yǎng)學生的“計算觀念”。計算觀念是在學生在完成項目過程中，通過自主、合作和探究學習逐步形成的。

（二）基于計算思維培養(yǎng)的項目教學應(yīng)用策略

項目教學過程主要包括“情境引入”“任務(wù)布置”“項目實施”“交流評價”等四個階段。筆者根據(jù)廣東版高中信息技術(shù)新教材（2017新課標版）必修1《數(shù)據(jù)與計算》第四章“程序設(shè)計基礎(chǔ)”的內(nèi)容，設(shè)計了項目教學——“編制單詞翻譯軟件”。下面針對高中階段的學情特點，以培養(yǎng)學生計算思維為目標，提出項目教學各階段的教學策略，并以此項目為例加以說明。

1.結(jié)合生活情境，精心設(shè)計項目

良好的情境創(chuàng)設(shè)能夠激發(fā)學生興趣，提高學生積極主動性，并能突顯項目教學內(nèi)容的實用性。在完成項目的過程中，師生以一種平等的狀態(tài)共同參與項目，通過良好的互動，形成具有創(chuàng)新色彩的“教學共同體”。

在“編制單詞翻譯軟件”項目的情境引入階段，教師結(jié)合機器翻譯這一生活情景，演示功能強大的翻譯軟件，并引出項目內(nèi)容。這樣便賦予項目一定的實際意義，并使項目具有工程背景，大大提升學生的動力。情境創(chuàng)設(shè)還可以貫穿多個項目，使項目更具連貫性。新教材第四章“程序設(shè)計基礎(chǔ)”前一章的內(nèi)容為“算法基礎(chǔ)”，關(guān)系密切。因此教師可以把這個情境往前延伸至第三章“算法基礎(chǔ)”，設(shè)計第三章的項目內(nèi)容為“設(shè)計單詞查找算法”，使兩個章節(jié)的項目基于同一情境，形成一個大項目。學生通過完成“設(shè)計單詞查找算法”項目，學習算法基礎(chǔ)知識；通過完成“編制單詞翻譯軟件”項目，學習程序設(shè)計基礎(chǔ)知識。

2.合理設(shè)計任務(wù)，突顯計算思維

任務(wù)的布置是整個項目教學的重要環(huán)節(jié)，任務(wù)設(shè)計的合理度決定著項目教學的實效性。因此，對于中小學生來說，項目任務(wù)設(shè)計不宜過多、過難，可操作性一定要強，以利于項目教學的開展。對于“編制單詞翻譯軟件”項目，教師設(shè)置三個任務(wù)：

（1）必選任務(wù)：使用順序查找法編寫單詞翻譯程序。通過完成此任務(wù)，學生能夠理解python語言的相關(guān)概念，掌握順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)三種基本結(jié)構(gòu)的寫法，并學會編寫簡單的python程序。此任務(wù)較為簡單，大多數(shù)學生都能完成；（2）進階任務(wù)：根據(jù)教師提供的參考資料，使用二分查找算法來編寫單詞翻譯程序。要求在順序查找和二分查找兩個程序中加入輸出查找次數(shù)的語句，通過查看程序運行結(jié)果，對比順序查找和二分查找兩種算法的效率，并提出有關(guān)算法效率的問題供學生分析思考及討論交流。此任務(wù)供學有余力的學生完成；（3）挑戰(zhàn)任務(wù)：使用字典樹編寫單詞翻譯程序，并提出字典樹相關(guān)問題供學生探究。字典樹涉及高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要為少數(shù)參加信息學奧賽的學生設(shè)計的。這樣的分層設(shè)計能夠兼顧不同程度的學生。

3.積極開展項目，注重合作探究

項目的實施是整個項目的實踐環(huán)節(jié)，是整個項目教學的主體。在開展項目的過程中，教師應(yīng)該摒棄傳統(tǒng)的“滿堂灌”的思想，放手讓學生去思考、實踐，通過自主、合作、探究，提升學生的計算概念、計算實踐、計算觀念等計算思維能力。

在“編制單詞翻譯軟件”項目實施過程中，小組成員在編寫程序時可能遇到許多困難，這時教師不能直接把代碼發(fā)給學生，而應(yīng)當提供思路和簡單范例啟發(fā)學生思考；學生小組在調(diào)試程序過程中，可能會碰到許多語法錯誤和邏輯錯誤，這時教師不宜直接給出錯誤所在，而應(yīng)當提供學生調(diào)試程序的方法和思路，引導學生完成調(diào)試過程。在學生編寫程序過程中，教師應(yīng)當鼓勵學生多合作，體會團隊協(xié)作的樂趣，并鼓勵學有余力的學生嘗試用多種查找算法解決單詞翻譯問題。

4.成果展示交流，開展多元評價

學生完成項目任務(wù)后，便進入展示交流環(huán)節(jié)。教師應(yīng)當安排相應(yīng)的課時，讓小組代表上臺展示成果，其他小組同學提出疑惑，然后師生進行研討，以類似論文答辯的形式開展此環(huán)節(jié)。交流后，小組成員應(yīng)當對別人提出的問題進行“頭腦風暴”，梳理、歸納、提升，從而使知識達到內(nèi)化。這個環(huán)節(jié)，是教師在開展項目過程中最容易忽略或弱化的重要環(huán)節(jié)。展示交流能夠讓學生進一步加深對知識的理解，鍛煉學生的口頭表達能力，展示交流能力，還能夠讓學生提前熟悉論文答辯的氛圍，為以后邁入高校做準備。

最后便是教學評價。教師應(yīng)當根據(jù)教學目標提供多種評價方式，如診斷性評價和過程性評價相結(jié)合，自評、互評、師評相結(jié)合等。教師要特別注重過程性評價。學生在完成項目過程中表現(xiàn)良好，教師應(yīng)當多表揚；若遇到困難無法解決，或進展緩慢，教師也應(yīng)當多給予鼓勵。過程性評價的開展對學生整個項目的完成起到了催化作用。建議加入“訪談法評價”，對學生的作品開展訪談。在“編制單詞翻譯軟件”項目評價階段，可以針對“學生對算法的理解”“如何調(diào)試程序”“如何解決在編程過程中遇到的困難”“是否喜歡程序設(shè)計”“喜歡程序設(shè)計的理由”等問題與學生展開訪談，根據(jù)訪談情況填寫項目的過程性評價表。這種評價方法是專門為培養(yǎng)學生計算思維設(shè)計的。

在完成整個項目的過程中，學生理解了程序設(shè)計的基本概念，學會了簡單程序設(shè)計，這是“計算概念”；學生經(jīng)歷了軟件開發(fā)的過程，掌握了程序的模塊化設(shè)計及程序調(diào)試的方法，這是“計算實踐”；而在問題探究過程中，學生通過自主學習與合作交流，更深入地理解算法和程序，產(chǎn)生新想法，對程序設(shè)計產(chǎn)生熱愛，這便是“計算觀念”。

三、在項目教學中加入“雙線”設(shè)計

目前的項目教學過于注重“項目”，以“項目”為中心，忽略了“知識體系”，存在較大的弊端。首先，以計算思維培養(yǎng)為主的項目，涉及算法和編程，難度較大，這些內(nèi)容如果沒有教師講解和范例參考，對于高中學生來說較難完成；其次，一個項目不可能把知識體系全包含進去，也就是說完成這個項目里面所包含的知識可能是不完整的，學生無法系統(tǒng)掌握整個知識體系，沒能完全實現(xiàn)教學目標。

筆者在項目教學過程中加入“雙線”設(shè)計，提出“雙線項目教學法”。雙線項目教學，即以“項目”為主線的基礎(chǔ)上，再增加“知識系統(tǒng)”作為輔線，提供知識思維導圖、簡單范例集、教學課件、微課等教學資源供學生學習，并設(shè)計軟件幫助文檔作為輔助工具，從而彌補項目教學中知識體系的不完整。這樣，在開展項目教學過程中，兼顧了“項目”和“知識”，不僅有利于實現(xiàn)教學目標，還降低了項目教學的難度，為項目教學的常態(tài)化開展提供了保證。當然，“知識系統(tǒng)”這條線是融合在“項目”線中的，兩者有機結(jié)合。

在“編制單詞翻譯軟件”項目中，教師可以將py?thon語言的基礎(chǔ)知識、輸入輸出語句、if語句、for循環(huán)和while循環(huán)語句等知識點做成微課供學生自主學習，并設(shè)計一些簡單的程序范例模板供學生參考，范例不能是項目本身的內(nèi)容，否則學生一味模仿，計算思維能力得不到培養(yǎng)，從而失去項目教學的意義。必要時，在項目開展之前或項目完成過程中穿插基礎(chǔ)知識的講解。這樣設(shè)計能夠讓學生在編寫程序時有范例和知識體系做參考，事半功倍。學生既學到完整的程序設(shè)計基礎(chǔ)知識，又完成了項目，計算思維能力得到迅速提升。

四、結(jié)語

基于計算思維培養(yǎng)的項目教學對于新課程改革意義重大。信息技術(shù)教師在開展項目教學過程中，應(yīng)當創(chuàng)設(shè)良好的生活情境，設(shè)計合理的項目，在項目實施過程中引導學生多思考與實踐，培養(yǎng)學生的計算思維，注重多元評價，并將“項目”與“知識”雙管齊下，從而不斷提升信息技術(shù)課堂教學的實效性。