方其桂

（安徽省教育科學(xué)研究院，安徽 合肥 230061 ）

0 引言

程序設(shè)計是各類高校計算機專業(yè)主要課程，傳統(tǒng)的教學(xué)模式以編程語言的語法教學(xué)為主線，通常是教師先講解編程用到的語句，再通過練習(xí)鞏固所學(xué)的語法規(guī)范。教師講解時學(xué)生難以掌握大量的專業(yè)名詞，等到上機實踐時，往往要么無從下手，要么只是將書上程序搬運到計算機中，遇到實際問題無法編寫出相應(yīng)程序。

在程序設(shè)計類課程中開展項目學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，將知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展，融入解決問題的過程中。其主要過程分為“項目選題”“項目分析”“項目規(guī)劃”“實施項目” “項目支持”和“評價總結(jié)”等階段，如圖1 所示。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，能有效提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

圖1 程序設(shè)計項目學(xué)習(xí)流程圖

1 項目選題

將項目學(xué)習(xí)模式應(yīng)用于程序設(shè)計課程教學(xué)中，首先教師要依據(jù)課程目標(biāo)和實際情況設(shè)計項目。項目是教學(xué)活動的核心，項目合適與否，對教學(xué)效果將會產(chǎn)生直接的影響。項目必須讓學(xué)生在規(guī)定的教學(xué)時間內(nèi)完成，因此，項目的選題非常重要。項目的選題立足點是教學(xué)目標(biāo)，同時要充分考慮學(xué)生的實際[1]。

1.1 依據(jù)教學(xué)目標(biāo)

程序設(shè)計教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)，更好地運用計算機高級語言編寫程序，解決實際問題，提高思維能力，重點在于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。目前各類高校程序設(shè)計語言大多數(shù)有Python、C、Java 等，教師在教學(xué)之前，首先需要將這些編程語言在教學(xué)中的相關(guān)知識點整理成體系，然后對知識進行合理切片，融入相應(yīng)的項目中，項目不能過大或過小，使之能在一次課（可能是二節(jié)課連上）中讓學(xué)生達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，如一般情況下，一次課很難完成“圖書管理系統(tǒng)”之類大項目，但是如果把項目設(shè)定為“兩個數(shù)比較大小”，又很難覆蓋太多知識點。要搞清楚項目對應(yīng)的知識點，要讓學(xué)生在項目學(xué)習(xí)后，能掌握這些知識，并能運用知識解決簡單問題，提升學(xué)生的計算思維[2]。

1.2 貼近學(xué)生實際

首先要了解學(xué)生的情況，項目要建立在學(xué)生已有知識和能力的基礎(chǔ)之上。因此要了解學(xué)生的興趣愛好、學(xué)習(xí)條件。也就是說，項目要貼近學(xué)生的興趣點，符合學(xué)生的能力，讓學(xué)生有能力解決。學(xué)生真實世界中遇到的問題往往是復(fù)雜的，教師需要緊緊圍繞教學(xué)目標(biāo)進行改造，使其變得簡單易行，規(guī)模可控，讓學(xué)生跳一跳能夠夠得著，才能激發(fā)其參與的積極性。另外，項目需要有一定的探究性或啟發(fā)性，否則會造成學(xué)生參與興趣不濃、積極性不高的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)難以保證項目的完成。例如，教師可以將Python 的turtle 庫設(shè)計成創(chuàng)意繪圖項目，如在國慶節(jié)時繪制國旗、情人節(jié)時繪制一朵玫瑰花等，很受學(xué)生的歡迎。

2 項目分析

項目分析是項目學(xué)習(xí)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過分析，發(fā)現(xiàn)問題、找出解決問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。教師對項目的背景、目標(biāo)要求、相關(guān)的知識點進行詳細(xì)分析，適當(dāng)講授項目中的重點和難點，幫助學(xué)生理解項目，知道要做什么，要學(xué)習(xí)知識，練習(xí)的技能，達(dá)到的目標(biāo)，以此培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

2.1 分析已知條件

項目的價值在于它貼近生活實際，實際生活的項目都是比較復(fù)雜的，不是簡單的數(shù)學(xué)題，要從真實的情境中將解決問題條件分析出來，將無關(guān)的因素去除，便于后面構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。在分析項目問題時，要明晰項目中可能涉及的知識和項目背景知識，弄清楚程序設(shè)計課程內(nèi)容中所蘊涵的應(yīng)用情境。例如分析“出租車計收費”項目的已知條件時，為了便于理解出租車是如何收費，可以采用圖示的方法理解題目已知條件。

2.2 分析內(nèi)在問題

鼓勵學(xué)生就項目提出各種各樣的問題，因為提出問題也是一種能力，而且這種能力比解決問題的能力可能更為重要。教師需要通過提問、頭腦風(fēng)暴、分組討論等各種方式，將學(xué)生的思維活動激發(fā)，讓學(xué)生盡可能就項目提出各種各樣的問題，即使解決問題的方法很簡單、考慮不夠全面也應(yīng)受到鼓勵。

2.3 分析項目目標(biāo)

項目學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)是解決問題，在解決問題的過程中提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生利用信息技術(shù)解決問題的能力。解決什么樣的問題，做到什么程度，需要定位，就是要確定學(xué)習(xí)的目標(biāo)。通過師生共同討論，分析出項目最終要解決什么樣的問題，其結(jié)果用什么方式輸出。只有明確起點和終點，才有可能找到解決問題的路線和方法。比如分析“走迷宮”項目，要找出走出迷宮的最優(yōu)路徑，首先要知道迷宮結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是如何存儲，然后根據(jù)不同的存儲形式設(shè)計不同的算法。另外，通過項目目標(biāo)分析，學(xué)生要知道解決什么問題，在解決這個問題自己需要的知識儲備、解決問題的方法，以及解決問題中可能遇到的問題。而教師要知道在學(xué)生解決問題的過程中給他們能提供什么樣的幫助及學(xué)習(xí)資源等[3]。

3 項目規(guī)劃

在確定好編程的目標(biāo)任務(wù)之后，需要學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，然后研究編程思路、分析編程算法，制訂出程序編寫的實施方案。

3.1 學(xué)習(xí)準(zhǔn)備知識

以前高校的程序設(shè)計課程以教授編程語言的知識為主，強調(diào)的是知識的學(xué)習(xí)，現(xiàn)在則將培養(yǎng)計算思維作為重中之重。以訓(xùn)練思維為主的項目學(xué)習(xí)，也離不開知識的學(xué)習(xí)，需要知識作為解決問題的支撐，因此在項目學(xué)習(xí)之前，教師需要教授學(xué)生一些基本知識作為準(zhǔn)備，當(dāng)然，這種教授方式可以是教師講解，作為項目學(xué)習(xí)，更主要是教師課前準(zhǔn)備相關(guān)知識的微課，不同學(xué)生根據(jù)需要進行自主學(xué)習(xí)，隨學(xué)隨用，學(xué)習(xí)效率相對比較高。這些準(zhǔn)備知識主要是相關(guān)命令、語句、函數(shù)等的基本格式、語法和基本使用方法。例如分析“智能胖瘦分析程序”項目時，除了數(shù)學(xué)知識外，還需要用到If 語句、float（）浮點數(shù)轉(zhuǎn)換、“/”除運算符等相關(guān)知識。這些知識不需要講得太多，它的學(xué)習(xí)主要是通過后面的項目實施來讓學(xué)生深入領(lǐng)會。

3.2 研究解決思路

通過討論、觀察、閱讀、實踐、分析、探究、實驗等各種學(xué)習(xí)活動，找到項目解決的基本思路，也就是要完成這個項目，編寫這個程序需要哪幾步，每一步解決什么問題，用什么方式解決，其解決思路可以讓學(xué)生分步驟寫出，有的復(fù)雜項目為了便于理解、表述，最好用思維導(dǎo)圖工具梳理思路。

3.3 分析編程算法

編程的核心是算法，是將生活中的實際問題轉(zhuǎn)變成能用程序解決。規(guī)劃編程算法要做的，也就是要將計算機的處理問題過程具體描述出來，讓計算機知道做什么和怎么做的具體步驟。通常，為了便于讓人們清晰直觀了解算法，編程時大多數(shù)使用流程圖來描述算法。

3.4 制訂實施方案

對于復(fù)雜項目，教師需要引導(dǎo)各項目小組對項目進行分解、細(xì)化，制訂出項目計劃，包括項目主題、任務(wù)清單、小組成員及分工、時間安排、工作步驟和方法等。項目計劃是整個教學(xué)過程的重要依據(jù)，計劃制訂是不是合理，直接關(guān)系到項目完成的效果優(yōu)劣。如果項目內(nèi)容較多，也可以考慮將大項目分解為若干的子項目。

復(fù)雜項目一般要分組進行，需要將其進一步細(xì)化，形成一個初步可行的方案，包括制定任務(wù)分配表及進度表等。

4 項目實施

項目實施是項目學(xué)習(xí)的核心環(huán)節(jié)，對于程序設(shè)計，需要在本環(huán)節(jié)編寫出程序，然后調(diào)試、優(yōu)化，最終目標(biāo)是讓每個學(xué)生能順利完成項目。此處應(yīng)該注意，每個同學(xué)根據(jù)任務(wù)分配表選擇任務(wù)時，有的同學(xué)負(fù)責(zé)編程、有的同學(xué)負(fù)責(zé)程序測試，有的同學(xué)負(fù)責(zé)制作演示文稿進行匯報等，在各項目的實施中選擇不同類型的任務(wù)，達(dá)到各方面鍛煉的目的。

4.1 編寫程序

學(xué)生根據(jù)前面所學(xué)的基礎(chǔ)知識，將算法用程序設(shè)計語言的不同命令、語句表現(xiàn)出來，集合到一起，就構(gòu)成程序。在這個過程中，教師要擺正自己的位置，以一個參與者的身份，走進學(xué)生小組之中，幫助他們解決問題，不能直接演示編寫代碼的過程。特別是在編程學(xué)習(xí)到中后期，由于學(xué)生學(xué)習(xí)的命令越來越多，掌握的算法逐步豐富，因此不同學(xué)生編寫的程序?qū)休^大差異，這個是好現(xiàn)象，教師不需要強迫學(xué)生編寫的程序完全一樣，那樣學(xué)生就變成編程代碼的搬運工，只是簡單將紙上的程序錄入編程語言中，完全失去編程的意義。對于較大的項目、較復(fù)雜的程序，最好通過分組教學(xué)來實施，即組內(nèi)成員經(jīng)過充分研究、討論、探究，形成程序，這樣也能培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作、人際溝通等能力。

4.2 調(diào)試程序

大多數(shù)情況下，編程不會一蹴而就，一次就能運行通過，需要通過調(diào)試找出程序中的語法錯誤、邏輯錯誤，分析錯誤原因并改正。對于大的程序，需要分階段進行調(diào)試。這個過程非常符合人們?nèi)粘Ｉ钪刑幚韱栴}的方法。所以，合理運用程序調(diào)試工具調(diào)試程序可以培養(yǎng)學(xué)生的耐心和發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。教師可以把編程語言調(diào)試工具的使用制作成微課，供學(xué)生隨時學(xué)習(xí)，掌握調(diào)試的基本方法。

4.3 優(yōu)化程序

用不同語言編寫一個程序能訓(xùn)練學(xué)生思維的廣度，用多種方法解決一個問題可以訓(xùn)練學(xué)生思維的深度。由于一個項目可以由多種算法寫出不同的程序解決，教師要引導(dǎo)學(xué)生掌握算法效率分析的方法，對程序進行優(yōu)化，通過不斷優(yōu)化，訓(xùn)練學(xué)生的思維。如“我要站在誰后面”項目要求學(xué)生了解各種排序的方法。教師可給幾種排序的算法基本思想，讓學(xué)生根據(jù)自己對各種排序算法的理解程度，自主選擇算法進行研究，并根據(jù)所選算法分組，再通過討論、學(xué)習(xí)相應(yīng)的算法，完成程序的編寫，再分小組匯報，比較各種算法。匯報的過程是同學(xué)們比較的過程，同學(xué)們接觸不同的排序算法，各抒己見，并與先前自己編寫的程序進行對比，很快能發(fā)現(xiàn)可以根據(jù)不同的情況選擇不同的算法，如排序的量較大時，則應(yīng)采用快速排序，它是目前基于比較的內(nèi)部排序中被認(rèn)為是最好的方法。程序設(shè)計課程的教學(xué)重點是訓(xùn)練學(xué)生的思維，提高學(xué)生解決問題的能力。更重要的是，讓學(xué)生將算法解決的思路和方法，遷移到生活中類似問題的解決之中，有利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維能力，還有利于訓(xùn)練學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。

5 項目支持

項目學(xué)習(xí)主要是由學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)完成，在學(xué)習(xí)過程中，需要給其提供足夠的支持，使其能夠順利開展學(xué)習(xí)。

5.1 知識歸納

項目學(xué)習(xí)的重要目標(biāo)是要掌握相關(guān)知識與概念，但這些知識與概念只是作為工具在項目中使用，從外表難以看出知識體系，為了彌補這一缺位，教師需要將本項目涉及的知識進行歸納、總結(jié)。學(xué)生在前面的完成項目中已經(jīng)對所涉及的知識有了一定的感性認(rèn)識，再學(xué)習(xí)這些知識就水到渠成，容易很多。而且，通過這部分學(xué)習(xí)，可以幫助他們形成編程知識體系，掌握學(xué)科的核心概念和原理。例如，教師可以把知識點與項目結(jié)合起來，與學(xué)生一起在完成項目的過程中，用思維導(dǎo)圖工具，繪制課程的知識圖譜，整體上把握知識體系。

5.2 釋疑解惑

由于編程項目對學(xué)生的抽象思維能力要求比較高，而且程序本身也有較高的要求，如程序中符號、縮進稍不注意就會出現(xiàn)南轅北轍的計算結(jié)果，因此，教師需要對程序中的重點語句、容易出現(xiàn)問題的語句進行講解，降低編程難度，讓學(xué)生盡快調(diào)試通過程序，讓其收獲成功的喜悅，保持學(xué)習(xí)編程序的興趣。同時，教師要創(chuàng)造條件、營造良好的互幫互助的氛圍，同伴之間的學(xué)習(xí)往往更容易釋疑解惑。

5.3 提供資源

項目學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，不是教師，教師不用不停講解與演示。但學(xué)生畢竟是在學(xué)習(xí)全新的知識與技能，學(xué)生在自主探究過程中肯定會遇到各種各樣的問題，因此教師有必要針對學(xué)生會遇到的主要問題制作相應(yīng)的微課，供學(xué)生在遇到問題時自主學(xué)習(xí)。更為主要的是，自主學(xué)習(xí)不是自由學(xué)習(xí)，這種學(xué)習(xí)是按教師預(yù)設(shè)的學(xué)習(xí)方案展開的，因此，教師要提供學(xué)生學(xué)習(xí)方案。項目完成時，教師需要組織學(xué)生對作品進行評價，因此要準(zhǔn)備評價量規(guī)和評價表。為了讓學(xué)生方便使用這些資源，最好能借助一定的教學(xué)平臺，將這些資源有組織地存放到教學(xué)平臺上[4]。

6 評價總結(jié)

在項目學(xué)習(xí)后期，學(xué)生編寫出預(yù)定的程序之后，需要教師對其進行評價，總結(jié)項目學(xué)習(xí)過程的得失，同時讓學(xué)生交流分析問題、解決問題的方法。

6.1 項目評價

讓學(xué)生將完成的項目在小組或全班進行展示，展示內(nèi)容包括：其編程思路及方案、算法、如何學(xué)習(xí)編程中用到的知識、程序的核心代碼、遇到的困難和問題，交流編程過程的感悟，組織學(xué)生自評和互評。教師對各小組進行過程性和總結(jié)性評價。項目學(xué)習(xí)評價不以成績檢測來評價學(xué)生，評價的重點不再是學(xué)到了什么知識，而是應(yīng)用知識解決真實問題的能力。需要指出的是，雖然項目學(xué)習(xí)最理想的情況是每個學(xué)生（或小組）都能夠提交出最優(yōu)化的程序，但是，如果學(xué)生的程序不是很成功，也不能說明項目學(xué)習(xí)沒有取得好的效果。如果學(xué)生在項目中確實學(xué)到了知識，掌握了技能，并且能夠知道程序不成功的原因以及改進辦法時，可以說他的學(xué)習(xí)是成功的，已經(jīng)達(dá)到了項目學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

教學(xué)中，教師應(yīng)組織學(xué)生通過多種數(shù)字化平臺提交作品及相關(guān)文檔（設(shè)計思想、技術(shù)文檔、交流文稿等），開展項目成果的交流與評價，并選擇典型成果進行課堂展示和交流評價。

通過評價，同學(xué)和老師能提出一些建設(shè)性的意見，據(jù)此改進、完善程序。

6.2 項目總結(jié)

項目總結(jié)的主要任務(wù)是讓學(xué)生總結(jié)項目學(xué)習(xí)中的成功與失敗之處，有助于學(xué)生下一個項目的學(xué)習(xí)，并幫助教師提高項目學(xué)習(xí)實施的質(zhì)量。在評價的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生完善、改進程序，完成知識與能力的迭代，再通過總結(jié)，盡可能將項目所學(xué)向外延伸，擴展所學(xué)的價值?？偨Y(jié)典型算法，尤其是總結(jié)出常見錯誤，避免以后再犯類似錯誤。

項目總結(jié)的主體應(yīng)當(dāng)是學(xué)生，包含個人和小組。教師要鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生從自我建構(gòu)知識、掌握技能、學(xué)習(xí)情況（包括學(xué)習(xí)態(tài)度、時間觀念、認(rèn)真程度）等方面對項目進行小結(jié)。項目小組也應(yīng)當(dāng)從項目任務(wù)執(zhí)行過程中的分工情況、協(xié)作能力、創(chuàng)新能力、項目完成情況等方面進行總結(jié)。

通過對項目活動總結(jié)，對項目進行完善，同時對項目學(xué)習(xí)過程的得失進行總結(jié)，為下一個項目學(xué)習(xí)奠定良好基礎(chǔ)。學(xué)生通過一系列目標(biāo)式學(xué)習(xí)活動后，一定要及時引導(dǎo)其對學(xué)習(xí)過程中的成功或失敗經(jīng)驗進行反思，使之能遷移應(yīng)用到與其相關(guān)的其他問題解決之中。

7 結(jié)語

程序設(shè)計課程傳統(tǒng)教學(xué)過程是講授編程知識，根據(jù)范例上機訓(xùn)練，考查的是知識的記憶力。項目學(xué)習(xí)的過程是項目選題、項目分析、項目規(guī)劃、實施項目、項目支持、項目評價等，訓(xùn)練的是計算思維，培養(yǎng)的是創(chuàng)新精神和實踐能力。有趣的項目可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，靈活的項目可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，綜合性的項目可以訓(xùn)練學(xué)生的計算思維，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)[5]，實用性的項目可以培養(yǎng)學(xué)生利用學(xué)習(xí)到的知識與技能解決實際問題的能力，從而達(dá)到預(yù)期的實踐教學(xué)效果。因此，項目學(xué)習(xí)非常適合在各類高校程序設(shè)計教學(xué)中推廣，讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體。當(dāng)然，要克服我們一直習(xí)慣的教學(xué)模式，前面的路任重道遠(yuǎn)。