李才華

【摘 要】項目式教學是基于真實學習情境，以問題為導向的教學模式，學生能在項目的完成中強化知識的學習及提升解決問題的能力。Python編程教學是高中信息技術(shù)教材中的重要模塊，本文以“讓數(shù)據(jù)‘隱身”為例，開展了項目式教學在高中Python編程教學中的實踐研究，探討項目式教學在高中信息技術(shù)學科的實施。

【關(guān)鍵詞】項目式教學；Python編程；教學實踐

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2023）08-074-02

案例背景

《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》將Python編程語言作為唯一的程序設(shè)計語言開展教學，足以體現(xiàn)Python編程教學的重要性。項目式教學是基于真實學習情境，以問題為導向，學生通過合作學習，在完成項目的過程中獲得知識、技能和提升利用所學知識解決實際問題能力的教學模式。現(xiàn)在的高中生Python編程語言的學習基礎(chǔ)普遍比較薄弱。因此，為了強化Python編程教學，促進學生對Python程序設(shè)計語言的掌握，本文研究將項目式教學運用于Python編程教學的實踐中，在Python編程教學中培養(yǎng)學生的計算思維能力和運用知識解決實際問題的能力。

案例描述

1.教學分析

（1）導入教學主題

首先讓學生觀看關(guān)于數(shù)據(jù)加密的視頻，教師引導學生在觀看視頻的同時思考回答以下問題：你知道視頻中的聲音和手電筒燈光傳遞的是什么信息嗎？視頻中的數(shù)據(jù)是如何“隱身”的？什么是摩斯密碼？

視頻的內(nèi)容主要包含三方面：第一是SOS信號的聲音和燈光傳遞，可以讓學生直觀感受信息的加密傳遞；第二是影視劇中經(jīng)典的通過摩斯密碼傳遞信息的片段，這能夠活躍課堂氣氛，集中學生注意力，同時讓學生知道數(shù)據(jù)可以經(jīng)過秘鑰進行加密和隱身；第三是關(guān)于摩斯密碼簡介的內(nèi)容，讓學生了解數(shù)據(jù)加密技術(shù)。通過這個視頻的導入，引導學生確立本節(jié)課的項目主題——“讓數(shù)據(jù)‘隱身”。

（2）確定教學目標

在確立項目主題之后，教師引導學生確立本節(jié)課的教學目標如下：在通過網(wǎng)絡(luò)搜索相關(guān)信息的自主學習過程中，了解數(shù)據(jù)加密的發(fā)展歷史，體會密碼保護的重要性，增強信息安全意識；會用Python編程實現(xiàn)凱撒密碼的加密算法；在問題的求解過程中建立運用計算機科學領(lǐng)域的思想方法解決問題的思維習慣；在揭秘凱撒密碼的過程中，理解數(shù)據(jù)加密和解密的概念及原理。

將本節(jié)課的教學目標及核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標分解到各項活動中，明確項目的目標和期望實現(xiàn)價值。明確的項目目標可以引導學生學習的方向，也為項目評價提供依據(jù)。

2.教學設(shè)計

本案例中將教學項目——“讓數(shù)據(jù)‘隱身”分解為以下三個任務(wù)。任務(wù)一：了解古老的“隱身術(shù)”；任務(wù)二：用Python編程實現(xiàn)凱撒加密算法；任務(wù)三：理解數(shù)據(jù)加密和解密的概念及原理。

通過任務(wù)一的完成，學生能了解到數(shù)據(jù)加密的發(fā)展歷史和各個時期的讓數(shù)據(jù)“隱身”技術(shù)，能夠直觀地體會到數(shù)據(jù)加密的重要性以及秘鑰保護的重要性，增強學生信息意識；通過任務(wù)二實現(xiàn)凱撒加密算法，是這個項目的核心任務(wù)，根據(jù)計算機解決問題的一般過程來學習凱撒加密的程序；通過任務(wù)三總結(jié)與升華所學知識。

3.教學實施

（1）任務(wù)一：了解古老的“隱身術(shù)”

教師提出問題：自古以來，在管理國家、戰(zhàn)爭或經(jīng)濟往來中，有些情況下需要高效安全的通信方式。我們比較熟知的是近代發(fā)明的摩斯密碼。但是，在古代是如何給數(shù)據(jù)穿上“隱身符”的呢？讓學生利用網(wǎng)絡(luò)搜索相關(guān)信息，了解數(shù)據(jù)加密的發(fā)展歷史。本任務(wù)的完成采用小組活動的形式開展，培養(yǎng)學生的團隊合作意識；利用網(wǎng)絡(luò)獲取學習資源，強化學生的搜索引擎操作技能與知識分享的習慣和能力。

（2）任務(wù)二：用Python編程實現(xiàn)凱撒加密算法

第一步，分析“愷撒密碼”的加密原理。用Python編程實現(xiàn)凱撒加密算法程序，需解決以下問題：一是圖形用戶界面的建立，相關(guān)組件的添加；二是自定義Button按鈕激發(fā)函數(shù)Caisajiami，實現(xiàn)加密算法；第三：在Caisajiami函數(shù)中實現(xiàn)循環(huán)加密過程。通過分析凱撒加密程序，建立該程序的結(jié)構(gòu)模型。

第二步，設(shè)計算法。對程序中的數(shù)據(jù)進行分析和組織，明確明文數(shù)據(jù)與密文數(shù)據(jù)的關(guān)系，確定數(shù)據(jù)類型為字符串（圖1）；形成使用Python編程解決問題的方案及步驟，并能夠用流程圖描述出來。

第三步，編寫代碼。利用Python語言編寫代碼實現(xiàn)程序，強化學生Python語言編寫程序和算法實現(xiàn)的能力。

第四步，調(diào)試運行。教師提出：若要爭取時間和空間最優(yōu)，凱撒密碼的解密程序是怎樣的，在加密程序上作何更改？這強化了學生知識遷移及利用所學知識解決實際問題的能力。

（3）任務(wù)三：理解數(shù)據(jù)加密和解密的概念及原理

通過體驗揭秘凱撒密碼的Python編程實現(xiàn)過程，說出數(shù)據(jù)加密和解密的概念及原理，完成表格內(nèi)容填空。學生小組合作自主完成任務(wù)，在前面已學Python編程實現(xiàn)凱撒加密與解密算法的基礎(chǔ)上，總結(jié)數(shù)據(jù)加密與解密的概念與原理，根據(jù)具體事例進行知識總結(jié)與升華。

（4）拓展。教師提出問題：愷撒密碼安全性能如何？如何改進才能提升安全性能？

這使學生在學習完數(shù)據(jù)加密與解密技術(shù)之后，能夠?qū)?shù)據(jù)加密與解密技術(shù)進行安全性的判斷，強化信息安全意識。

4.教學總結(jié)

（1）讓學生用思維導圖總結(jié)與梳理本項目的所有內(nèi)容；（2）各學生小組評價與梳理本小組的項目完成情況；（3）每位學生完成問卷，對本項目進行個人評價；（4）最后教師根據(jù)收集的相關(guān)數(shù)據(jù)與資料進行總結(jié)評價。

教學反思

關(guān)于教學的整體過程。本案例項目式教學，從項目分析、項目設(shè)計、項目實現(xiàn)，再到項目總結(jié)，環(huán)環(huán)相扣。項目實現(xiàn)的核心任務(wù)是用Python編程實現(xiàn)凱撒密碼的加密程序，按照計算思維解決問題的一般步驟進行。首先，對求解問題進行分析，界定問題，完成結(jié)構(gòu)模型的架構(gòu)；其次，對程序中的數(shù)據(jù)進行分析和組織，確定具體的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)，設(shè)計解決問題的算法，并用流程圖描述出來；再次，利用Python語言編寫代碼實現(xiàn)程序，與算法的分析模塊相對應；最后，對編寫好的程序進行調(diào)試，爭取時間和空間最優(yōu)，并提出加密程序作何更改實現(xiàn)凱撒密碼的解密程序，強化學生的知識遷移及解決實際問題的能力。項目實現(xiàn)的路徑符合學生知識的建構(gòu)邏輯，也與Python編程實現(xiàn)程序的思路高度契合。

關(guān)于課堂教學組織形式。教師采用小組合作學習的方式，根據(jù)項目分解的任務(wù)確定小組活動的內(nèi)容與形式，小組以完成項目目標為導向；在組內(nèi)開展分工合作學習，以小組評價表中團體成績?yōu)樾〗M完成項目的評價依據(jù)，激發(fā)小組合作學習的能動性。

關(guān)于課堂評價。課堂評價是促進課堂效率提高的主要手段之一，本節(jié)課主要采用了過程性評價及總結(jié)性評價。通過項目式教學開展Python編程教學，在項目的實現(xiàn)過程中，學生能夠自主分析項目目標和項目內(nèi)容，能夠用編程思維來設(shè)計算法與完成項目。

在Python編程教學中采用項目式教學，能夠激發(fā)學生的學習興趣，使學生通過自己的能力嘗試解決問題，在解決問題的過程中提升信息素養(yǎng)。

編? ?輯：馮安華