楊毅亮

摘要：基于學科大概念的項目式學習，能夠讓學生明晰知識網(wǎng)絡聯(lián)系，建立完整的知識結(jié)構(gòu)體系，使復雜的知識得到融會貫通。文章以大概念引領(lǐng)高中信息技術(shù)的內(nèi)容加工，以“石頭剪刀布”為創(chuàng)新內(nèi)容進行探析，提出首先應明確項目的主題、情境及規(guī)劃，其次了解項目要求、目標及作用，最后進行項目設計、操作及優(yōu)化，真正提升高中生的編程能力、實踐能力及創(chuàng)新能力，真正讓基于學科大概念的項目式學習落地生根。

關(guān)鍵詞：高中信息技術(shù)；學科大概念；項目式學習

項目式學習以更具整合性的教學樣態(tài)，強調(diào)學生主動學習、自主探究。師生、小組內(nèi)外協(xié)作交流，學生大部分知識的獲得和技能的掌握都在探究活動實施過程中完成。就高中信息技術(shù)教學而言，學生在參與項目式學習過程中，學會如何思考問題、對問題如何一步一步地分解，形成編程思維；學會團體合作、信息和知識的分享、交流以及討論；學會使用思維導圖和“頭腦風暴”去解決主題涉及的相關(guān)問題，才能讓學科核心素養(yǎng)落地生根。

基于學科大概念的項目式學習，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化、體系化，能夠幫助學生建立具體知識和學科大概念之間的關(guān)聯(lián)與對接。高中信息技術(shù)學科包括數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)與信息社會四個學科大概念[1]。厘清其中包含的“信息、知識與智慧”，能夠幫助學生發(fā)現(xiàn)知識間的本質(zhì)聯(lián)系，學生在解決真實情境下具有學科價值的項目問題的過程中，可以二次優(yōu)化和重構(gòu)知識結(jié)構(gòu)，明晰知識網(wǎng)絡聯(lián)系，建立完整的知識結(jié)構(gòu)體系，使復雜的知識得到融會貫通，實現(xiàn)深度學習，促使學生成為合格的“數(shù)字公民”。

一、項目主題、情境及規(guī)劃

學科大概念視角下的項目式學習，可以將零散的、碎片化的知識結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化；能夠在項目的真實情境中對學科知識進行遷移運用，提高學生解決問題的能力，實現(xiàn)對學科核心知識和內(nèi)容深度的理解，促使學生從低階思維提升到高階思維。項目式學習伊始，首先要確定項目的主題、情境，進行必要的規(guī)劃。

（一）主題

強調(diào)學科大概念，就要以大概念引領(lǐng)進行教材內(nèi)容加工?；浗贪嫫胀ǜ咧行畔⒓夹g(shù)必修一《數(shù)據(jù)與計算》第四章中的程序設計基礎為導向開發(fā)與設計本地化的項目實例，同樣可以進行創(chuàng)新加工。“石頭剪刀布”游戲正是基于學科大概念而進行項目式學習的創(chuàng)新內(nèi)容。這是因為游戲是學生比較感興趣的話題，“石頭剪刀布”具有真實性、遷移性和自主性，能夠讓學生獲得個體意義的建構(gòu)。這種基于學生原有經(jīng)驗、印象與理解而進行新挑戰(zhàn)的遷移性，正是大概念學習的基本風貌。基于學科大概念開發(fā)一些小游戲，對學生而言既是對自己解決問題能力的一種挑戰(zhàn)，又是對自己已經(jīng)掌握的Python基礎的檢驗。教師應該引領(lǐng)學生應用Python程序設計語言的基本知識解決“石頭剪刀布”游戲中涉及的問題，體驗程序設計的基本流程，用Python程序設計語言實現(xiàn)該游戲，掌握程序調(diào)試與運行的方法。

（二）情境

“石頭剪刀布”是學生非常熟悉的猜拳游戲，又稱“猜丁殼”。這個游戲的主要目的是為了解決爭議，三者相互制約，不論平局幾次，總會有勝負。游戲規(guī)則是石頭克剪刀，剪刀克布，布克石頭。利用Python程序設計語言來實現(xiàn)“石頭剪刀布”游戲，即玩家和電腦（人機）的對戰(zhàn)，以此為情境開展項目式學習，涉及的問題簡單，突破知識本位，學生容易接受和理解，能夠養(yǎng)成學科思維。

（三）規(guī)劃

正式的程序設計之前，教師應引領(lǐng)學生根據(jù)主題規(guī)劃和梳理涉及的相關(guān)問題，相互討論交流，梳理問題，針對主題形成系統(tǒng)化的認識，畫出思維導圖（見圖1）。

該項目是實現(xiàn)玩家和電腦之間的猜拳游戲，如果玩家出拳“石頭剪刀布”以文本的形式呈現(xiàn)，計算機無法識別和理解，更重要的是玩起來不方便。因此，將游戲問題的思維方式進行轉(zhuǎn)化，即用0表示石頭，1表示剪刀，2表示布，游戲功能不變；電腦出拳也以數(shù)字的形式展現(xiàn)，分兩步實施，第一步是先固定出拳（0、1、2），第二步是隨機產(chǎn)生一個0-2之間的整數(shù)來表示電腦出拳，以此引導學生利用計算機去解決問題，培養(yǎng)學生的計算思維，以及對問題轉(zhuǎn)化的思維方式。

二、項目要求、目標及作用

（一）要求

通過高質(zhì)量的課件、微課以及Python3集成開發(fā)學習環(huán)境，應用Python程序設計語言的基本知識解決“石頭剪刀布”游戲中涉及的問題，體驗程序設計的基本流程，用Python程序設計語言實現(xiàn)該游戲，掌握程序調(diào)試與運行的方法。

（二）目標

1.項目目標

（1）讓學生在掌握Python2程序設計語言基礎知識的基礎上，進行問題的分析；

（2）理解并掌握三種程序控制結(jié)構(gòu)的基礎結(jié)構(gòu)，設計算法并學會使用Python程序設計語言實現(xiàn)編程；

（3）體驗程序設計的基本流程，掌握程序調(diào)試與運行的方法；

（4）將知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)與計算思維融入到Python解決問題的過程當中，促進該項目對應課標的學科核心素養(yǎng)達成，完成項目學習目標。

2.學習目標

（1）能夠掌握input（）函數(shù)、print（）函數(shù)和int（）函數(shù)的基本用法；

（2）能夠掌握Python程序設計語言的雙分支if語句和多分支選擇結(jié)構(gòu)if…elif…else2語句的一般格式及使用方法；

（3）能夠掌握Python程序設計語言的循環(huán)結(jié)構(gòu)的for循環(huán)、循環(huán)嵌套、循環(huán)控制（break）等的一般格式及使用方法；

（4）理解并掌握import導入隨機數(shù)模塊random。

（三）作用

以學科大概念為“錨點”，創(chuàng)設項目情境，通過分析問題，設計解決問題的算法，編寫代碼實現(xiàn)算法，并在Python開發(fā)環(huán)境中調(diào)試運行，較好地滲透了運用程序設計的思想，能夠發(fā)展學生的計算思維。在此過程中，學生能夠較完整地體驗計算機解決問題的過程，理解和概述算法的概念與特征，學會運用恰當?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單的算法，懂得描述程序設計語言產(chǎn)生與發(fā)展的過程，了解不同類型程序設計語言的特點，掌握Python的基本操作和三大控制結(jié)構(gòu)以及輸入輸出函數(shù)的使用方法。

三、項目設計、操作及優(yōu)化

（一）問題探究，設計算法

教師應引領(lǐng)學生通過查閱課本，掌握計算機解決問題的過程，包括分析問題、設計算法、編寫程序和調(diào)試運行四個階段。這一過程重在引領(lǐng)學生回顧以往的知識，掌握計算機解決問題的流程，以及熟悉程序化的設計路徑。作為教師則重在開展合作、探究、互動教學的觀察和指導，引導學生分析該項目，梳理關(guān)鍵性的問題，理清問題線路[2]。

如第一步出拳，包括玩家出拳（手動輸入）與電腦出拳（先固定后隨機）兩個部分。教師可組織學生制作表格，幫助學生梳理如何判斷玩家獲勝、平局與電腦獲勝三種結(jié)果。

（二）編寫程序，實踐操作

理清問題線路之后，教師依據(jù)學科大概念，由“符合的知識”過渡到“方法的知識”，引導學生在Python開發(fā)環(huán)境中進行實踐操作，對核心程序進行編寫并調(diào)試運行，讓學生深入理解如何解決項目涉及的問題，加深對主題的認識，并編寫流程（見表1）。

上述活動既包括程序設計，又包括實踐操作———依托編程產(chǎn)生數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)進行判斷，由此，數(shù)據(jù)、算法與信息之間產(chǎn)生了橫向聯(lián)系。這樣的結(jié)構(gòu)化狀態(tài)基于學科大概念，通過項目式學習得以落實，能夠提升學生持久且可遷移的理解能力。

（三）優(yōu)化游戲，學以致用

學科大概念強調(diào)算法與程序之間的內(nèi)在聯(lián)系，重在矯正“編程是實現(xiàn)算法唯一方式”的錯誤認識?；诖?，一定的操作之后，教師可以提出項目游戲優(yōu)化思路，讓學生思考：從哪些角度去設計更具人性化和可操作性？如何改進才是最好的？可以通過小組討論、思考交流，展示優(yōu)化方案及措施。

1.分組編寫程序

教師鼓勵學生按照規(guī)則繼續(xù)出拳，直到滿足規(guī)則為止。讓學生分組編寫程序，提出進一步優(yōu)化的措施，從“玩家出拳”到“你出的拳不合法”，既融入了學生已有的經(jīng)驗，又依據(jù)實情進行有意義的異同辨別，轉(zhuǎn)化成聚焦大概念的活動。

2.更改游戲規(guī)則

通過坡度與梯度設計進一步實現(xiàn)由淺到深的編程：每局玩十次，利用for循環(huán)來解決該問題。這一過程同樣分解為子任務，讓學生以更具整合性的樣態(tài)完成任務，實現(xiàn)項目式學習。學生若出現(xiàn)問題，教師不是急于告知答案，而是在分組討論、自主探究的基礎上進行項目的整合。通過匯總各小組的討論結(jié)果，最終達成共識，其編寫程序如下（見表2）。

這個過程中，部分學生理解變量與常量，但對運算符不太熟練，此時，教師應綜合運用編寫程序讓學生反復談論，并且進行逆向思考，完成人機對話。學生還可能在理解賦值、輸入輸出和控制等功能方面出現(xiàn)一些錯誤，教師可以從程序邏輯方面引導學生構(gòu)建思維認知地圖，通過必要的小組合作，通過子任務與總?cè)蝿盏挠行Ч催B，進行必要的改進，進而將顯性知識與隱性知識整合起來，完成項目式學習。

3.進行顯示優(yōu)化

對玩家和電腦出的拳進行顯示優(yōu)化，既幫助學生進行思維進階，又能幫助學生真正地利用列表解決該問題。教師定義數(shù)據(jù)類型列表a=["石頭"，"剪刀"，"布"]，然后在每次游戲中顯示玩家和電腦各出的拳，一目了然，最后判定輸贏。玩滿一局十次后，讓玩家自主選擇退出游戲，還是繼續(xù)游戲進行優(yōu)化。如選擇后者，可以進一步編寫程序，并在實際操作后對本局游戲和最終游戲結(jié)果進行統(tǒng)計。學生可能不會統(tǒng)計，此時，教師可以定義四個變量，分小組讓學生分別對“玩家獲贏”“平局”“電腦獲贏”以及玩的“局數(shù)”進行統(tǒng)計，玩家贏一次i+=1、平局一次j+=1、電腦贏一次 k+=1，完成滿一局l+=1。具體記錄符號如下：i=03#記錄玩家贏的次數(shù)，j=03#記錄平局的次數(shù)，k=03#記錄電腦贏的次數(shù)，l=03#記錄玩的局數(shù)，e=03#記錄玩家贏的總次數(shù)，f=03#記錄平局的總次數(shù)，g=03#記錄電腦贏的總次數(shù)。

統(tǒng)計過程中，教師注意培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)意識，注重數(shù)據(jù)與信息的橫向演變，完成科學統(tǒng)計分析，做到去偽存真，為學科大概念的理解提供可靠數(shù)據(jù)。在此基礎上，教師呈現(xiàn)項目式學習的結(jié)果，展示特別精彩或有創(chuàng)意的地方。其編寫程序如下（見表3）。

通過以上活動讓項目小組進行思考、討論后，從“初識”到“深入”，從不同的角度設計出優(yōu)化的措施和方案，用Python實現(xiàn)其功能，并能根據(jù)優(yōu)化方案后的功能進行調(diào)試運行。仍然以小組自主測試為前提，最終指向項目完成。這樣的一個螺旋上升的過程，正是強化學科大概念的過程，也是落實項目式學習的過程，相當一部分學生能夠用程序設計的思想解決學習和生活中的相關(guān)問題，拓展解決其它學習和生活中的相關(guān)問題，達到學以致用的效果。

總之，基于學科大概念，基于學科意識運用“做中學、學中創(chuàng)、創(chuàng)中樂”的項目式學習策略[3]，能達到解決真實問題的目的。基于學科大概念，高中信息技術(shù)學科的學習并非簡單的“拿來主義”，而需要綜合性的加工與創(chuàng)新。這樣的綜合性、創(chuàng)造性學習方式通過項目式學習有效落地，體現(xiàn)了指向素養(yǎng)提升的育人價值，實現(xiàn)了學生低階思維向高階思維的進化，實現(xiàn)了由講授到建構(gòu)的轉(zhuǎn)化，促進了學生的深度學習，發(fā)展了學科核心素養(yǎng)。

參考文獻：

[1] 金婧.以大概念引領(lǐng)高中信息技術(shù)教材的內(nèi)容加工[J].江蘇教育，2022（44）.

[2]譚珊珊，楊簡云，程慶雷.融合項目學習的混合式教學實踐：以《數(shù)據(jù)與計算》人工智能專題為例[J].中國信息技術(shù)教育，2022（3）.

[3] 李杰靜.以項目式學習模式構(gòu)建教科書的挑戰(zhàn)：淺談粵教版高中信息技術(shù)教科書的編寫[J].傳播力研究，2020（5）.

課題項目：甘肅省教育科學“十四五”規(guī)劃2022年度一般課題“基于學科大概念的項目式學習設計與應用研究”（GS[2022]GHB1289）

見習編輯/張婷婷