摘" 要" 新課標(biāo)把計(jì)算思維納入信息技術(shù)課程的核心素養(yǎng)之中，并提倡項(xiàng)目式教學(xué)。本研究分析了項(xiàng)目式教學(xué)促進(jìn)計(jì)算思維發(fā)展的可能性，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了面向計(jì)算思維培養(yǎng)的項(xiàng)目式教學(xué)流程，以“while循環(huán)的應(yīng)用實(shí)例——設(shè)計(jì)疫情下的‘自動(dòng)售貨機(jī)’”為例，設(shè)計(jì)了項(xiàng)目式編程教學(xué)案例，旨在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維態(tài)度和計(jì)算思維技能。

關(guān)鍵詞" 計(jì)算思維；項(xiàng)目式教學(xué)；信息技術(shù)

中圖分類號(hào)：G633.67" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2024）03-0048-04

0" 引言

隨著人工智能時(shí)代的來(lái)臨，計(jì)算思維逐漸成為學(xué)生個(gè)體核心能力的體現(xiàn)[1]。作為最具學(xué)科特色的計(jì)算思維在《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中被提出?？梢?，培養(yǎng)具備計(jì)算思維能力的學(xué)生是適應(yīng)智能化時(shí)代發(fā)展的必然需求。目前我國(guó)有關(guān)計(jì)算思維的研究主要集中在高等教育階段，基礎(chǔ)教育階段的研究較為缺乏。

計(jì)算思維曾被稱為“算法思想”，能夠讓學(xué)生在算法實(shí)踐中鍛煉計(jì)算思維。隨著新課改的實(shí)施，Python因其具備簡(jiǎn)單易學(xué)、免費(fèi)、開源等特點(diǎn)，逐漸走入中學(xué)編程課堂中。編程教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，單純依靠傳統(tǒng)的講授法教學(xué)模式難以達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，但是在一線教學(xué)中，許多教師由于編程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)缺乏，在教授編程知識(shí)時(shí)，仍然采用講授演示法，過于關(guān)注編程語(yǔ)言本身的規(guī)則，未能采用新的教學(xué)模式將知識(shí)進(jìn)行整合，同時(shí)缺乏對(duì)學(xué)生編程作品的評(píng)價(jià)，導(dǎo)致學(xué)生掌握的編程知識(shí)較為零散，且難以遷移運(yùn)用。

在該背景下，作為一名高中信息技術(shù)教師，如何改善編程教學(xué)現(xiàn)狀，如何將計(jì)算思維的培養(yǎng)滲透到日常的編程教學(xué)中，是值得深入思考的問題。

1" 計(jì)算思維與項(xiàng)目式教學(xué)的融合

1.1" 計(jì)算思維

周以真教授認(rèn)為計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[2]。計(jì)算思維作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是指學(xué)生創(chuàng)造性地利用計(jì)算機(jī)解決問題的能力，學(xué)生采用計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維方式分析問題，對(duì)問題的解決過程進(jìn)行抽象概括并形成方案，利用編程工具解決問題并能夠評(píng)估方案，最后將問題解決策略進(jìn)行遷移運(yùn)用。陳興治等[3]將計(jì)算思維劃分為計(jì)算思維態(tài)度和計(jì)算思維技能兩個(gè)維度，計(jì)算思維態(tài)度包括情感態(tài)度、思維品質(zhì)和合作學(xué)習(xí)三個(gè)要素，計(jì)算思維技能包括分解、抽象、算法、評(píng)估和概括五個(gè)要素。

1.2" 項(xiàng)目式教學(xué)

新課標(biāo)指出項(xiàng)目式教學(xué)是指學(xué)生在教師引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問題，以解決問題為導(dǎo)向進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、新知學(xué)習(xí)、實(shí)踐探索，具有創(chuàng)新特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)。項(xiàng)目式教學(xué)一般包括七大過程，即設(shè)計(jì)項(xiàng)目、分組分工、制定計(jì)劃、探究協(xié)作、制作作品、匯報(bào)演示和總結(jié)評(píng)價(jià)[4]。

1.3" 項(xiàng)目式教學(xué)促進(jìn)計(jì)算思維發(fā)展的可能性

編程教學(xué)重在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，使學(xué)生具備將生活算法轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)算法，將現(xiàn)實(shí)問題轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)問題的能力。傳統(tǒng)的以教師講解為主的灌輸式教學(xué)方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前編程教學(xué)的需求，學(xué)生難以將知識(shí)遷移運(yùn)用。新課標(biāo)提倡使用項(xiàng)目式教學(xué)，以學(xué)生為主體，將知識(shí)學(xué)習(xí)、技能提升與思維發(fā)展融入具體的活動(dòng)中，在活動(dòng)探究中發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。目前，眾多研究者在探索計(jì)算思維培養(yǎng)的有效途徑中采用項(xiàng)目式教學(xué)。如丁世強(qiáng)等[5]通過研究發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目式教學(xué)模式能夠有效提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。可見，以學(xué)生為主體，注重實(shí)踐性的項(xiàng)目式教學(xué)，更有利于培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力，提升學(xué)生計(jì)算思維。

2" 面向計(jì)算思維培養(yǎng)的高中Python項(xiàng)目式

教學(xué)案例

本研究以“while循環(huán)的應(yīng)用實(shí)例——設(shè)計(jì)疫情下的‘自動(dòng)售貨機(jī)’”一課為例進(jìn)行了項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)，在此之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)while循環(huán)的基礎(chǔ)知識(shí)，本節(jié)課是讓學(xué)生在具體問題中，理解break和continue語(yǔ)句的功能，結(jié)合while循環(huán)結(jié)構(gòu)，編寫較為復(fù)雜的程序解決問題，進(jìn)一步掌握while循環(huán)的使用。本項(xiàng)目由四個(gè)子項(xiàng)目構(gòu)成，即任務(wù)一“分析自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程”、任務(wù)二“補(bǔ)充完成流程圖”、任務(wù)三“完善自動(dòng)售貨機(jī)代碼”、任務(wù)四“編寫計(jì)算BMI值的小程序”，四項(xiàng)任務(wù)之間層層遞進(jìn)，推動(dòng)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展，具體教學(xué)流程如圖1所示。

2.1" 創(chuàng)設(shè)情境，引出項(xiàng)目

傅騫[6]認(rèn)為項(xiàng)目式教學(xué)中，項(xiàng)目是具有情境的。創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，使學(xué)生專心地投入問題解決上。

【教師活動(dòng)】1）播放顧客在自動(dòng)售貨機(jī)購(gòu)買商品的視頻，同時(shí)讓學(xué)生思考，自動(dòng)售貨機(jī)給我們的生活提供了哪些便利？2）導(dǎo)入情境。疫情防控期間，如果讓你設(shè)計(jì)一款自動(dòng)售貨機(jī)，你想用它售賣什么物品？3）引出主題。今天讓我們一起來(lái)探究自動(dòng)售貨機(jī)的工作原理，設(shè)計(jì)一款自動(dòng)售貨機(jī)吧。

【學(xué)生活動(dòng)】1）觀看視頻并思考自動(dòng)售貨機(jī)對(duì)我們生活提供的幫助。2）扮演情境中的角色，思考在疫情下，我會(huì)設(shè)計(jì)一臺(tái)怎樣的售貨機(jī)。

【設(shè)計(jì)意圖】雖然自動(dòng)售貨機(jī)在生活中隨處可見，可是很少有學(xué)生會(huì)深入思考其背后的工作原理。教師以疫情環(huán)境為背景，讓學(xué)生以主人翁的角度去思考自己會(huì)設(shè)計(jì)一臺(tái)怎樣的售貨機(jī)服務(wù)于身邊人，調(diào)動(dòng)學(xué)生使用Python創(chuàng)作自動(dòng)售貨機(jī)程序的積極性，從而更好地參與到課堂中來(lái)。

2.2" 分析問題，探究新知

當(dāng)項(xiàng)目主題確定后，教師要擔(dān)任提問者的角色，幫助學(xué)生將復(fù)雜的項(xiàng)目問題進(jìn)行分解，設(shè)置具有啟發(fā)性的子問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，組織學(xué)生進(jìn)行小組合作，運(yùn)用已有經(jīng)驗(yàn)和新知識(shí)解決問題。

【教師活動(dòng)】1）設(shè)置啟發(fā)性問題。問題1：自動(dòng)售貨機(jī)正常工作一般包括幾個(gè)過程？問題2：在編程中，為了方便顧客選擇商品，我們應(yīng)該對(duì)商品進(jìn)行什么操作？問題3：顧客選擇商品后，如何根據(jù)顧客選擇的商品確定單價(jià)？可以使用程序中什么結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷？問題4：如果顧客要繼續(xù)購(gòu)買商品，怎么辦？應(yīng)該使用程序中哪種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)？如果顧客不繼續(xù)購(gòu)買商品，怎么辦？2）小結(jié)。從初始化、輸入、循環(huán)終止條件和輸出四個(gè)方面明確自動(dòng)售貨機(jī)程序的工作流程。

【學(xué)生活動(dòng)】1）依據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，思考教師提出的問題并回答。2）根據(jù)教師講解，厘清程序中自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程。

【教師活動(dòng)】1）布置任務(wù)一，提供資源，要求學(xué)生自主探究循環(huán)控制語(yǔ)句的使用。2）小組依據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)單，完成任務(wù)一中的兩個(gè)活動(dòng)，“活動(dòng)1確定自動(dòng)售貨機(jī)出售的貨物”見表1和“活動(dòng)2分析自動(dòng)售貨機(jī)工作流程”見表2，要求活動(dòng)2從兩種方案中任選其一，方案一“while+條件”、方案二“while True+break”，用自然語(yǔ)言梳理在自動(dòng)售貨機(jī)購(gòu)買商品的流程。3）請(qǐng)小組展示并點(diǎn)評(píng)，提煉知識(shí)點(diǎn)，指出兩種方案不同之處。

【學(xué)生活動(dòng)】1）根據(jù)學(xué)習(xí)資源，理解break和continue語(yǔ)句。2）依據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)單，小組討論確定五款售賣的商品及其單價(jià)，分析顧客通過自動(dòng)售貨機(jī)購(gòu)買商品的流程。3）小組展示任務(wù)完成情況。

設(shè)計(jì)意圖：通過分解問題，引導(dǎo)學(xué)生思考編程中自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程，明確自然語(yǔ)言與編程語(yǔ)言的對(duì)應(yīng)關(guān)系，學(xué)生初步判斷該程序的編寫需要對(duì)商品進(jìn)行編碼，還要使用while循環(huán)和多分支結(jié)構(gòu)。學(xué)生通過自主探究掌握break和continue語(yǔ)句的使用，然后以合作學(xué)習(xí)的方式完成任務(wù)一，確定了要售賣的商品并使用自然語(yǔ)言厘清自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程，培養(yǎng)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力和問題分解能力。

2.3" 設(shè)計(jì)算法，制定方案

經(jīng)過分析問題環(huán)節(jié)后，學(xué)生基本理解了自動(dòng)售貨機(jī)程序的編寫思路。接下來(lái)教師要擔(dān)任引導(dǎo)者的角色，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用流程圖概括問題解決流程，抽象出問題本質(zhì)，歸納出問題的解決方案。教師在該過程中起觀察和指導(dǎo)作用，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支持。

【教師活動(dòng)】1）布置任務(wù)二，讓學(xué)生依據(jù)選擇的方案，獨(dú)立將對(duì)應(yīng)的自動(dòng)售貨機(jī)流程圖補(bǔ)充完整，然后組內(nèi)交流。2）請(qǐng)學(xué)生展示流程圖，教師點(diǎn)評(píng)。

【學(xué)生活動(dòng)】1）完成流程圖并與組員相互交流。2）展示作品。

【設(shè)計(jì)意圖】通過獨(dú)立探究和小組合作，教師引導(dǎo)學(xué)生正確建立流程圖，初步形成問題解決方案，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維以及合作學(xué)習(xí)能力。教師點(diǎn)評(píng)小組方案，指出解決問題的算法并不唯一，讓學(xué)生敢于發(fā)散思維，鼓勵(lì)學(xué)生優(yōu)化算法解決問題。

2.4" 編程實(shí)踐，解決問題

在該環(huán)節(jié)，學(xué)生要驗(yàn)證小組設(shè)計(jì)的方案，借助python語(yǔ)言將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以理解的方式，并調(diào)試運(yùn)行直至問題解決。教師在該階段主要擔(dān)任觀察者的角色，發(fā)現(xiàn)個(gè)性問題，要啟發(fā)學(xué)生思考，鼓勵(lì)學(xué)生自主解決問題，發(fā)現(xiàn)共性問題，可進(jìn)行集中講解，鼓勵(lì)學(xué)生最終完成作品的創(chuàng)作。

【教師活動(dòng)】1）布置任務(wù)。讓學(xué)生根據(jù)流程圖將對(duì)應(yīng)代碼補(bǔ)充完整并調(diào)試運(yùn)行，制作自動(dòng)售貨機(jī)的Python程序。2）觀察、指導(dǎo)學(xué)生完成程序編寫。

【學(xué)生活動(dòng)】1）完善半成品代碼，如圖2、圖3，并調(diào)試運(yùn)行。2）尋求教師或者組員的幫助。

【設(shè)計(jì)意圖】為了降低學(xué)習(xí)難度，教師采用半成品策略，學(xué)生可以讀注釋語(yǔ)句將程序補(bǔ)充完整并調(diào)試運(yùn)行直至成功，學(xué)生也可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更優(yōu)化的創(chuàng)作。通過實(shí)踐操作，幫助學(xué)生內(nèi)化編程知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生算法思維能力和評(píng)估能力。

2.5" 展示交流，優(yōu)化算法

此階段教師要為學(xué)生提供分享交流的機(jī)會(huì)，讓小組之間互相學(xué)習(xí)，體會(huì)不同的問題解決思路，開拓思維。本研究參考楊帆[7]的學(xué)生課堂計(jì)算思維評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)了計(jì)算思維評(píng)價(jià)表，見表3。教師要擔(dān)任評(píng)估者的角色，點(diǎn)評(píng)小組作品，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行組間評(píng)價(jià)，注重學(xué)生的過程性成長(zhǎng)。

【教師活動(dòng)】1）請(qǐng)小組派代表展示作品，分享編寫自動(dòng)售貨機(jī)程序過程中遇到的困難以及如何解決該困難。2）教師點(diǎn)評(píng)小組作品，組織學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。3）教師針對(duì)共性問題進(jìn)行集中講解，總結(jié)該項(xiàng)目中的知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生嘗試換另外一種方案解決該問題。

【學(xué)生活動(dòng)】1）學(xué)生展示自動(dòng)售貨機(jī)編程作品，并分享制作過程中的困難點(diǎn)和體會(huì)。2）根據(jù)評(píng)價(jià)表對(duì)小組進(jìn)行評(píng)價(jià)。3）學(xué)習(xí)他人優(yōu)秀之處，對(duì)自己編程作品進(jìn)行優(yōu)化。

【設(shè)計(jì)意圖】展示與評(píng)價(jià)是一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過表述作品的設(shè)計(jì)思路，能夠提高學(xué)生的概括能力。通過評(píng)價(jià)，讓學(xué)生了解他人的思路，學(xué)習(xí)他人的優(yōu)點(diǎn)，反思自己，從而使自己的作品更加完善。在不斷優(yōu)化程序過程中，深化對(duì)while循環(huán)和循環(huán)控制語(yǔ)句的理解，培養(yǎng)學(xué)生評(píng)估思維能力。

2.6" 遷移運(yùn)用，項(xiàng)目總結(jié)

在項(xiàng)目遷移環(huán)節(jié)，教師設(shè)計(jì)新任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生將解決問題的方法遷移到新的情境中。有效的總結(jié)能夠起到事半功倍的效果，最后教師歸納本項(xiàng)目中的知識(shí)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目學(xué)習(xí)反思。

【教師活動(dòng)】1）在疫情防控期間，大家居家學(xué)習(xí)的同時(shí)也不要忘了關(guān)注自己和家人的身體健康。請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)體重指數(shù)計(jì)算程序，要求該程序能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多人進(jìn)行體重指數(shù)的等級(jí)判斷。2）發(fā)布在線問卷，讓學(xué)生進(jìn)行自評(píng)，自評(píng)表參考表3。3）梳理知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行項(xiàng)目總結(jié)。

【學(xué)生活動(dòng)】1）參考學(xué)習(xí)資料理解體重指數(shù)的概念，將代碼補(bǔ)充完整并成功運(yùn)行。2）根據(jù)自己實(shí)際情況，對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)。3）認(rèn)真聽講，反思學(xué)習(xí)過程，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)。

【設(shè)計(jì)意圖】教師設(shè)計(jì)新任務(wù)，學(xué)生需要對(duì)之前問題解決的過程進(jìn)行回憶并反思，在此基礎(chǔ)上通過編寫體重指數(shù)程序，進(jìn)一步深化對(duì)while循環(huán)的理解，進(jìn)而快速編寫出程序，提升概括思維，培養(yǎng)學(xué)生遷移能力。

3" 結(jié)束語(yǔ)

本研究將項(xiàng)目式教學(xué)引入編程教學(xué)中，以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維為目標(biāo)，構(gòu)建了基于計(jì)算思維培養(yǎng)的項(xiàng)目式教學(xué)流程。將編程知識(shí)點(diǎn)融入項(xiàng)目的各個(gè)活動(dòng)當(dāng)中，打破了以往教師傳授為主的教學(xué)思路，學(xué)生依托學(xué)習(xí)任務(wù)單和問題引導(dǎo)，通過自主探究和小組合作能夠更深刻理解while循環(huán)、break等語(yǔ)句的內(nèi)涵，體會(huì)用計(jì)算機(jī)解決問題的過程。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，采用項(xiàng)目式教學(xué)更能夠調(diào)動(dòng)起學(xué)生對(duì)編程語(yǔ)言的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在編程中表現(xiàn)出豐富的創(chuàng)造力，有助于提升學(xué)生的計(jì)算思維。計(jì)算思維的培養(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，作為一線教師，應(yīng)當(dāng)在實(shí)踐中多積累項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提升項(xiàng)目式教學(xué)能力，真正讓課堂教學(xué)走向?qū)W習(xí)的本質(zhì)。

4" 參考文獻(xiàn)

[1] 尹以晴，李寧宇，柳晨晨，等.人工智能時(shí)代計(jì)算思維培養(yǎng)的七種教學(xué)策略[J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2021（4）：23-27.

[2] 李廉.計(jì)算思維：概念與挑戰(zhàn)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2012（1）：7-12.

[3] 陳興冶，馬穎瑩.本土化計(jì)算思維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建與探索：基于1410名高中生的樣本分析與驗(yàn)證[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2020，38（5）：70-80.

[4] 嚴(yán)寒冰.信息化教學(xué)評(píng)價(jià)：量規(guī)實(shí)用工具[M].北京：教育科學(xué)出版社，2003：39.

[5] 丁世強(qiáng)，王平升，趙可云，等.面向計(jì)算思維能力發(fā)展的項(xiàng)目式教學(xué)研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2020，30（9）：49-55.

[6] 傅騫，王鈺茹.面向計(jì)算思維培養(yǎng)的編程教學(xué)研究：以高中生Python編程教學(xué)為例[J].創(chuàng)新人才教育，2019（3）：47-54.

[7] 楊帆.計(jì)算思維視角下的初中信息技術(shù)Python編程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究[D].山東：曲阜師范大學(xué)，2021.