中圖分類(lèi)號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A論文編號(hào)：1674-2117（2025）12—0053-04

為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展以及人才培養(yǎng)的新趨勢(shì)，普通高中各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)相繼發(fā)布，其中《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》從社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型人才的強(qiáng)烈需求出發(fā)，將工程思維明確為五大學(xué)科核心素養(yǎng)之一。工程思維是一種實(shí)踐性思維，而實(shí)踐性同樣也是信息技術(shù)課程的重要特征，通過(guò)梳理不難發(fā)現(xiàn)工程思維的特征與高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求是可以嵌合的。《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”）明確提出信息技術(shù)課程教學(xué)要依據(jù)學(xué)科理論性、工具性和實(shí)踐性并重的特征，設(shè)計(jì)活動(dòng)情境，注重學(xué)生在項(xiàng)目中學(xué)習(xí)。同時(shí)，新課標(biāo)明確將數(shù)據(jù)、算法、信息社會(huì)與信息系統(tǒng)列為四大核心學(xué)科概念，其中算法作為程序設(shè)計(jì)教學(xué)的核心地位尤為突出。但是，當(dāng)前程序設(shè)計(jì)教學(xué)多聚焦于語(yǔ)法知識(shí)和零散技能的訓(xùn)練，而培養(yǎng)學(xué)生以工程師視角進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)的工程思維實(shí)踐則相對(duì)不足。為此，筆者基于工程思維理念，構(gòu)建了高中信息技術(shù)新型教學(xué)模式，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)培養(yǎng)其解決復(fù)雜問(wèn)題的能力和創(chuàng)新實(shí)踐素養(yǎng)。

統(tǒng)籌規(guī)劃：認(rèn)識(shí)工程思維 的內(nèi)涵

我國(guó)工程哲學(xué)的興起以李伯聰提出的“科學(xué)-技術(shù)-工程”三元論作為支持，李伯聰認(rèn)為“工程就是包含了設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行活動(dòng)在內(nèi)的生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)，工程活動(dòng)的靈魂是工程思維”?！镀胀ǜ咧型ㄓ眉夹g(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》將工程思維定義為“以系統(tǒng)分析和比較權(quán)衡為核心的一種籌劃性思維”?！禟-12教育中的工程》報(bào)告指出“工程‘思維習(xí)慣'是21世紀(jì)必備的技能之一”。4工程思維與科學(xué)思維、技術(shù)思維既相互區(qū)分又相互聯(lián)系、相互滲透。在育人方式全面變革以促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)提升與綜合能力培養(yǎng)的當(dāng)下，學(xué)科之間的相互融合、學(xué)科思維之間的相互滲透有著深遠(yuǎn)的意義，在信息技術(shù)教學(xué)中融人工程思維有利于學(xué)生運(yùn)用學(xué)科知識(shí)開(kāi)展更深層次的探究與實(shí)踐。

明晰現(xiàn)狀：剖析程序教學(xué)的困境

1.重教材：內(nèi)容單一化

當(dāng)前高中信息技術(shù)教學(xué)中存在較為普遍的教材依賴(lài)現(xiàn)象，部分教師僅圍繞教材提供的有限教學(xué)情境開(kāi)展教學(xué)，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容缺乏創(chuàng)新性和時(shí)效性。這種單一化的教學(xué)模式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也不利于培養(yǎng)學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)和解決問(wèn)題的能力。

2.輕思維：活動(dòng)形式化

程序設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)該指向計(jì)算思維的培養(yǎng)，然而教師往往因?yàn)檫^(guò)度關(guān)注結(jié)果或作品完成度而直接提供解決復(fù)雜問(wèn)題的具體算法，迫使活動(dòng)開(kāi)展趨于形式化，學(xué)生不能完整地經(jīng)歷問(wèn)題分解、抽象建模、形成算法的思維過(guò)程。

3.缺深度：學(xué)習(xí)淺表化

單一的教學(xué)內(nèi)容無(wú)法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的情感投入淺表化；形式化的教學(xué)活動(dòng)無(wú)法激活學(xué)生的知識(shí)體系，學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的認(rèn)知淺顯化，學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程停留在表層，未激發(fā)指向高階思維的深度學(xué)習(xí)。

價(jià)值導(dǎo)向：融入工程思維的意義

根據(jù)信息技術(shù)學(xué)科的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，筆者認(rèn)為高中信息技術(shù)教學(xué)中可培養(yǎng)的工程思維要素主要包括系統(tǒng)性思維、創(chuàng)造性思維和權(quán)衡性思維。在信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)教學(xué)中融人工程思維具有重要意義。

1.有助于統(tǒng)籌規(guī)劃能力的 培養(yǎng)

借助計(jì)算機(jī)運(yùn)用數(shù)字化手段解決物理世界中真實(shí)存在的問(wèn)題，在此過(guò)程中有意識(shí)地融人工程思維，可以幫助學(xué)生運(yùn)用系統(tǒng)分析的方法綜合考慮用戶體驗(yàn)、程序功能、安全性等方面從而進(jìn)行整體規(guī)劃和綜合決策，并在平衡各種需求的過(guò)程中鍛煉統(tǒng)籌權(quán)衡性思維。

2.有助于計(jì)算思維的發(fā)展

融入工程思維的程序教學(xué)強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活中的真實(shí)復(fù)雜問(wèn)題抽象建模，將大問(wèn)題進(jìn)行分解，再結(jié)合計(jì)算思維分析抽象各個(gè)功能模塊，設(shè)計(jì)算法直至通過(guò)編程自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)各模塊功能。該過(guò)程能夠促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

3.有助于動(dòng)手實(shí)踐能力的 提升

工程思維最終指向造物，強(qiáng)調(diào)物化能力，學(xué)生需要將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題的解決過(guò)程中，并通過(guò)實(shí)際操作來(lái)驗(yàn)證方案的可行性和有效性。學(xué)生在算法的基礎(chǔ)上通過(guò)程序驗(yàn)證方案可行性的過(guò)程有利于提升動(dòng)手實(shí)踐能力。

項(xiàng)目引領(lǐng)：融入工程思維的模塊化程序設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐

1.項(xiàng)目設(shè)計(jì)理念

本項(xiàng)目圍繞教科版高中信息技術(shù)《必修1數(shù)據(jù)與計(jì)算》第二單元最后一節(jié)內(nèi)容“可以復(fù)用的代碼”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。本節(jié)的核心思想是：讓學(xué)生運(yùn)用系統(tǒng)化的方法對(duì)大問(wèn)題進(jìn)行分解從而實(shí)現(xiàn)分而治之。在擊破各個(gè)小問(wèn)題的過(guò)程中又需要對(duì)該單元前期所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行回顧與應(yīng)用，從而形成知識(shí)的遷移。模塊化程序設(shè)計(jì)是指將一個(gè)大程序按照功能劃分為若干小的程序模塊，每個(gè)小程序模塊完成一個(gè)確定的功能，通過(guò)小程序模塊的互相協(xié)作，完成整個(gè)大程序功能的程序設(shè)計(jì)方法。模塊化程序設(shè)計(jì)也體現(xiàn)了算法中的“分而治之”的思想，強(qiáng)調(diào)自頂向下的設(shè)計(jì)與自下而上地執(zhí)行，兩者相互契合。在此背景下，筆者圍繞“單詞聽(tīng)寫(xiě)和背誦過(guò)程中普遍存在的困難這一真實(shí)情境設(shè)計(jì)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，結(jié)合UMU平臺(tái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程管理、小組協(xié)作交流及評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)收集，在程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)與產(chǎn)品迭代，強(qiáng)化小組合作意識(shí)并培養(yǎng)問(wèn)題解決能力。該項(xiàng)目的實(shí)施流程如下頁(yè)圖1所示。

2.項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程

（1）創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引入項(xiàng)目主題

在項(xiàng)目啟動(dòng)階段，筆者基于學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)需求創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境：在英語(yǔ)學(xué)習(xí)中，當(dāng)需要在家進(jìn)行單詞聽(tīng)寫(xiě)練習(xí)時(shí)，常面臨獨(dú)自練習(xí)無(wú)人協(xié)助或家長(zhǎng)不懂英語(yǔ)無(wú)法幫忙的困境。針對(duì)這一問(wèn)題，請(qǐng)問(wèn)能否運(yùn)用信息技術(shù)知識(shí)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一款輕松背單詞程序來(lái)解決？

（2）進(jìn)行實(shí)際分析，確定項(xiàng)目需求

項(xiàng)目成功實(shí)施的前提是學(xué)生對(duì)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和具體需求進(jìn)行系統(tǒng)性的分析。教師可以將全班學(xué)生分成若干小組，明確組內(nèi)各個(gè)成員的角色與分工，組織學(xué)生根據(jù)各人需求以及實(shí)際情況就該項(xiàng)目所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)展開(kāi)需求討論。項(xiàng)目的核心需求應(yīng)該圍繞“單詞聽(tīng)寫(xiě)與正誤判斷”展開(kāi)，個(gè)性化需求則由組內(nèi)成員共同探討實(shí)時(shí)生成。小組記錄員應(yīng)及時(shí)記錄組內(nèi)討論結(jié)果形成項(xiàng)目需求書(shū)面報(bào)告，并實(shí)時(shí)上傳至UMU數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)，同時(shí)，教師需要針對(duì)學(xué)生的需求分析進(jìn)行合理的引導(dǎo)與規(guī)范。

（3）自頂向下設(shè)計(jì)，明確功能模塊

結(jié)合程序的模塊化設(shè)計(jì)理念以及工程思維中的統(tǒng)籌規(guī)劃思想筆者以積木搭建為靈感，引出模塊化程序設(shè)計(jì)理念，將程序分解成小的模塊，以便更容易地設(shè)計(jì)、構(gòu)建和維護(hù)；各小組依據(jù)項(xiàng)目需求進(jìn)行自上而下的模塊化設(shè)計(jì)。由于工程方案本就不具有唯一性，開(kāi)放度極高，只要合理都可以成為后期程序迭代與完善的依據(jù)，但核心功能“實(shí)現(xiàn)單詞的聽(tīng)寫(xiě)”是項(xiàng)目的根基。因此，在各組明確程序中所包含的各個(gè)功能模塊后，筆者鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用思維導(dǎo)圖的形式繪制并完善“輕松聽(tīng)寫(xiě)單詞”程序結(jié)構(gòu)圖。

（4）提供程序支架，引導(dǎo)模塊實(shí)現(xiàn)

如何引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)規(guī)劃好的頂層設(shè)計(jì)？筆者以核心功能為抓手，通過(guò)核心功能的重復(fù)使用引出函數(shù)，函數(shù)是功能復(fù)用和模塊化程序設(shè)計(jì)的重要方法與手段，要實(shí)現(xiàn)輕松背單詞項(xiàng)目可以利用自定義函數(shù)將各個(gè)功能模塊一一擊破。經(jīng)過(guò)本章前幾節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)算法這個(gè)學(xué)科大概念已經(jīng)有了初步的理解，并能運(yùn)用算法的三種基本結(jié)構(gòu)解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題，但他們對(duì)函數(shù)這個(gè)抽象的概念缺乏認(rèn)知，因此，如何讓學(xué)生從對(duì)函數(shù)一無(wú)所知到能夠利用自定義函數(shù)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)并解決規(guī)模較大的問(wèn)題就需要教師設(shè)計(jì)完整有序的“螺旋上升”式的學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓學(xué)生在完成活動(dòng)的過(guò)程中既能學(xué)習(xí)函數(shù)的相關(guān)知識(shí)，又能在抽象建模的過(guò)程中培養(yǎng)計(jì)算思維，最終通過(guò)高階學(xué)習(xí)創(chuàng)造性地完成項(xiàng)目，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

筆者在模塊實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)主要設(shè)置了如下活動(dòng)線：“自主學(xué)習(xí)、初識(shí)函數(shù)”“探究實(shí)踐、運(yùn)用函數(shù)”“模塊組裝、運(yùn)行調(diào)試”，活動(dòng)的設(shè)置遵循“認(rèn)知-嘗試-驗(yàn)證”基本流程。第一個(gè)活動(dòng)旨在讓學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)知道函數(shù)的定義與分類(lèi)，并能復(fù)述自定義函數(shù)的基本語(yǔ)法。在第二個(gè)活動(dòng)中，筆者依據(jù)核心功能設(shè)置了三個(gè)“階梯上升”且相互關(guān)聯(lián)的任務(wù)：“讀取章節(jié)文本文件”“單詞聽(tīng)寫(xiě)”“個(gè)性化輸出聽(tīng)寫(xiě)結(jié)果”。任務(wù)一讓學(xué)生首次體驗(yàn)運(yùn)用函數(shù)解決順序結(jié)構(gòu)問(wèn)題，讀取存放中文及對(duì)應(yīng)英文單詞的文本文件內(nèi)容并存儲(chǔ)至列表中，通過(guò)實(shí)踐進(jìn)一步理解函數(shù)是如何封裝代碼的，從而使程序結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔并增強(qiáng)程序的可讀性。任務(wù)二、任務(wù)三則需要教師引導(dǎo)學(xué)生思考如下問(wèn)題：① 如何模擬聽(tīng)寫(xiě)過(guò)程？以系統(tǒng)呈現(xiàn)中文，使用者輸入中文對(duì)應(yīng)的英文為例，系統(tǒng)如何對(duì)輸入結(jié)果進(jìn)行正誤判斷？ ② 如何根據(jù)聽(tīng)寫(xiě)結(jié)果進(jìn)行個(gè)性化的判斷結(jié)果輸出？該過(guò)程需要學(xué)生回顧前面所學(xué)的列表這個(gè)有序序列，結(jié)合循環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)模塊本質(zhì)進(jìn)行抽象建模，設(shè)計(jì)算法，完善項(xiàng)目核心單詞聽(tīng)寫(xiě)部分的流程圖（如圖2），并最終通過(guò)自定義函數(shù)進(jìn)行模塊實(shí)現(xiàn)。

（5）測(cè)試組裝模塊，持續(xù)迭代改進(jìn)

運(yùn)行調(diào)試是程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，學(xué)生在模塊功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程中會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，調(diào)試是為了尋找問(wèn)題出現(xiàn)的原因并進(jìn)一步完善，如是否只定義了函數(shù)而沒(méi)有調(diào)用、函數(shù)調(diào)用過(guò)程中參數(shù)是否正確，當(dāng)各個(gè)功能模塊都能正常運(yùn)行的時(shí)候再將各模塊進(jìn)行有序的組裝，讓程序自下而上地執(zhí)行。該過(guò)程中組長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)前面繪制的程序結(jié)構(gòu)圖對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，以便頂層設(shè)計(jì)得到有效實(shí)現(xiàn)。在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，各小組成員應(yīng)在試用過(guò)程中根據(jù)實(shí)際體驗(yàn)，結(jié)合前期需求，提出完善建議，教師則及時(shí)為學(xué)生的建議提供腳手架。同時(shí)，各小組應(yīng)當(dāng)依據(jù)項(xiàng)目的頂層設(shè)計(jì)，對(duì)程序功能進(jìn)行測(cè)評(píng)和更新迭代，直至呈現(xiàn)出滿足設(shè)計(jì)需求的作品。

（6）小組項(xiàng)目展示，組織交流評(píng)價(jià)

項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)是教學(xué)的階段性成果，教師需要為學(xué)生的成果展示搭建平臺(tái)，鼓勵(lì)各組成員在項(xiàng)目展示過(guò)程中積極分享設(shè)計(jì)與實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，分析歸納如何運(yùn)用工程思維引領(lǐng)程序的頂層設(shè)計(jì)，回顧利用函數(shù)實(shí)現(xiàn)模塊功能的優(yōu)勢(shì)，助力各組成員在項(xiàng)目交流過(guò)程中相互學(xué)習(xí)、共同成長(zhǎng)。此外，教師應(yīng)同步在UMU數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)中發(fā)布項(xiàng)目活動(dòng)評(píng)價(jià)量表，讓學(xué)生進(jìn)行自評(píng)與互評(píng)，通過(guò)多元的評(píng)價(jià)方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

總結(jié)與展望

思維培養(yǎng)與素養(yǎng)提升需要循序漸進(jìn)，課程教學(xué)應(yīng)依托真實(shí)情境，強(qiáng)化項(xiàng)目引領(lǐng)與實(shí)踐支撐。在項(xiàng)目規(guī)劃過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生從頂層設(shè)計(jì)的角度思考問(wèn)題，培養(yǎng)他們的系統(tǒng)觀、工程思維；在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與計(jì)算思維；在項(xiàng)目迭代過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與遷移能力。當(dāng)然，信息技術(shù)課程建設(shè)還應(yīng)打破學(xué)科限制，不斷加強(qiáng)與通用技術(shù)、數(shù)學(xué)、物理、思政等其他學(xué)科的融合，通過(guò)跨學(xué)科的合作項(xiàng)目，架構(gòu)更加全面的知識(shí)體系，強(qiáng)化課程協(xié)同育人功能，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展與核心素養(yǎng)的全面提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[J].北京：人民教育出版社，2020.

[2]李伯聰.工程與工程思維[J].科學(xué)，2014，66（06）.13-16.

[3]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[J]北京：人民教育出版社，2020.

[4]Council T A.Engineering in K-12 education： Understanding the status and improving the prospects[M].New York.Nsyional Academics Press，2009.