指向计算思维培养的高中信息技术项目式学习策略

摘要：在《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》中，计算思维被列为信息技术学科核心素养之一，而项目式学习是新课标中提出的能有效落实核心素养的教学方式。因此，本文以二维数组的综合应用为例，通过项目的确立、分析、实施和总结等过程，解析指向计算思维培养的高中信息技术项目式学习策略。关键词：计算思维；核心素养；高中；项目式学习计算思维一词最早是由周以真教授提出的，她认为，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。[1]计算思维是信息技术学科四大核心素养的中枢，因而，如何有效培养学生的计算思维成为教师设计教学内容和学习活动的重要考虑因素。项目式学习法是一种以学生为主体，在项目的引导和驱动下促使学生积极参与课堂活动，在项目研究和问题解决中学习课程知识，并灵活运用课堂知识的新型教学模式。[2]项目式学习为计算思维培养提供了实践载体，学生在解决真实问题的过程中，需经历“界定问题—抽象特征—算法设计—优化验证”的完整流程，这与计算思维的核心路径高度契合。下面，笔者以“二维数组的综合应用”为例，从项目和教学两个层面出发，探索指向计算思维培养的高中信息技术项目式学习策略。教学策略框架计算机科学教师协会（CSTA）提出，计算思维在本质上是一种问题求解的过程，主要包含五大操作要素，即“正确描述问题——逻辑分析问题——抽象组织数据，寻找自动化方案——用数字化工具实施自动化方案——总结推广，迁移问题求解方案”。[3]教师基于这五大操作要素，再以实际项目为主线，创设真实情境，并运用问题驱动等教学策略，让学生在完成项目的过程中学会抽象建模、组织数据、运用合理的算法形成解决问题的方案，使其计算思维得到真正发展，具体的实施策略如图1所示。项目确立，激发计算思维在确定项目时，教师要创设贴合学生实际的真实问题情境，让学生在自己感兴趣的情境中感知项目需求，确定项目主题，探索情境与信息技术应用的切合点，从而激发计算思维意识。课前，教师引导学生与同桌使用五子棋小程序进行游戏对战，同时提出问题——五子棋小程序应该包含哪些功能？让学生带着问题进行游戏体验。接着，以“掌握二维数组的创建、访问及简单处理”为知识目标，确立简易版“五子棋”游戏算法实现为项目需求。规则是：创建10*10的二维数组棋盘，用0表示无子状态，1表示白子，2表示黑子，交替落子，当出现5个连续白子或黑子时获胜，游戏结束。游戏程序实现界面如上页图2所示。项目分析，应用计算思维高中阶段的学生具备基本的逻辑思维能力，能够对实际问题进行简单的归纳和总结，但抽象建模的能力比较欠缺，而抽象建模又是计算思维中较为重要的一部分。因此，教师可以从学生感兴趣的项目入手，通过问题引导，由学生描述完成项目所需的步骤，并将大任务划分成若干个子任务，再将各子任务转化为学习活动，形成“项目—问题—任务—活动”的主题链。[4]学生在完成学习活动的过程中推演流程算法，完成模型构建，以此将计算思维应用到教学任务中。本案例的主题为：用计算机编程实现简易版“五子棋”游戏算法，落实回顾二维数组的相关知识。界定并描述的问题为：在Python程序环境下如何实现五子棋盘的创建、交替落子和胜负判定？根据上述问题的描述，结合计算思维求解问题的操作要素，教师设计分解了三个子任务，并对每个子任务设计了对应的驱动性问题，通过对问题的思考来提升学生的计算思维能力。具体过程如第55页图3所示。项目实施，内化计算思维根据上述三个子任务，引导学生分析用计算机进行自动化棋盘创建、交替落子和胜负判定的所需数据（抽象），总结用计算机解决问题的自动化方案（建模），具体如上页表所示。在执行自动化方案时，以Python为数字化编程工具，教师以半成品代码为“脚手架”，以驱动性问题为“桥梁”，帮助学生进行抽象建模、算法设计和程序编写，通过三个实践活动的体验提升学生的计算思维能力。1.迁移应用在本案例中，五子棋胜负判定共有四种形式，分别是水平方向、垂直方向、正对角线方向和斜对角线方向。针对胜负判定的四种情况，判定的方式大体一致，所以，教师主要通过问题驱动的形式带领学生进行水平方向的胜负判定，让学生理解棋子统计的过程。剩下的三种形式与水平方向类似，可以让学生以自主探究和小组合作的形式，对知识进行迁移应用，结合教师提供的半成品代码完成整个项目。除此之外，可以给学生布置课后思考作业——围棋、华容道、数独等类似的游戏程序，能否使用数组结构来实现呢？让学生通过解决类似情境的问题进行知识迁移。2.总结评价针对本案例的实施过程，可以进行过程性评价和总结性评价。①过程性评价。教师在教学过程中对学生提出的问题、操作过程、解决问题的方法和成果加以帮助和评价。②总结性评价。教师对学生的项目结果进行评价总结，学生也可根据评价标准进行自评和他评。结束语实践证明，通过项目式学习可以较好地培养学生的计算思维，但要注意以下三个方面：①项目情境的导入要贴合学生实际；②项目的选择要能启发学生的思维，让学生能通过适当引导或自主