基于項目學習的高中生計算思維培養

葉景輝

摘? 要：在新的高中信息技術課程標準中，計算思維是信息技術學科的核心素養之一。按照新課程標準倡導項目學習的教學建議，實施以項目學習為模式，著力通過引導學生在完成不同項目的情境中，讓學生親歷計算思維的全過程，來實現高中生計算思維的培養。該文在對計算思維以及項目學習的概念解釋后，設計了基于項目學習培養高中生計算思維的方法與過程，并結合教學案例來說明項目學習的應用。

關鍵詞：計算思維? 項目學習? 高中信息技術? 新課程標準

中圖分類號：G63 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（b）-0119-03

在教育部制定的《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》上，計算思維是信息技術學科的核心素養之一。同時新課程標準提倡從被動學習的“任務學習”轉向主動學習的“項目學習”的教學建議，因此，在教學中進行了基于項目學習的思考和嘗試后，總結出基于項目學習培養高中生計算思維的方法。

1? 計算思維與項目學習

1.1 計算思維

2006年，美國卡內基·梅隆大學周以真教授在美國計算機權威期刊《Communications of the ACM》上給出計算思維（Computational Thinking，CT）的定義。計算思維是運用計算機科學基礎概念求解問題，系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。

新課程標準指出，“計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動”。

從上述的關于計算思維的定義中可看出，計算思維是一種思維活動，而產生這個一系列思維活動的過程，正是學生構建知識，解決問題的一個過程。因此，筆者將此過程建立在項目學習中，基于項目學習讓學生在完成一個個完整項目的過程中，利用計算機處理的方式去解決實際問題，以促進學生計算思維的提高。

1.2 項目學習

項目學習（Project-based Learning，PBL）是以學科的概念和原理為中心，在現實世界中借助多種資源開展探究活動，并在一定時間內解決一系列相互關聯著的問題的一種新型的探究性學習模式 。

新課程標準指出，“基于項目學習是指學生在教師引導下發現問題，以解決問題為導向開展方案設計、新知學習、實踐探索，具有創新特質的學習活動”。

1.3 計算思維的培養過程

鑒于計算思維作為一種思維活動，需要在解決問題的過程中不斷經歷分析思考、實踐求證、反饋調適而逐步形成。因而，基于項目學習，把項目建立在課堂教學之中，重新組織教學形式，引導學生在完成不同項目的過程中反復體驗計算思考的過程，以實現學生計算思維的提高。

項目學習的實施過程描述，一般可分為6個要素，如圖1所示。

筆者基于項目學習六步模式，從不同維度進行計算思維的提升，最大限度地在基于項目學習的課堂中滲透計算思維的培養。

2? 基于項目學習培養計算思維的課堂設計

要在教學中貫穿計算思維的培養，教師要從“學會操作”的課堂價值取向轉向形成“學科核心素養的價值訴求”，通過項目學習活動，引導學生在完成項目的過程中感受利用計算機分析描述問題、分解問題、解決問題等方面，發展計算思維。

因而，教師在教材處理，設計教學任務當中，要以驅動學生在解決任務中利用計算思維處理問題為著眼點，通過選定項目調動學生對問題解決的興趣;通過規劃設計、探究活動理清問題，領悟解決問題的方法，理清思維;在實施項目的問題反饋調適中提升解決問題的能力，訓練思維;通過成果交流、活動評價強化解決問題的意識，塑造思維，最終達到培養計算思維的目的。為此，在基于項目學習培養學生計算思維的教學研究上，主要從以下方面進行嘗試（見表1）。

第一，選定項目。選定項目是項目學習的前提，項目設計的好壞直接影響著學生對項目的興趣，影響著計算思維的興趣度。教師引導學生站在計算機解決問題的角度分析思考，描述問題，遵循針對性和有實用價值的原則選定項目，盡快使學生形成思維興趣。

第二，規劃設計，探究活動。組織學生對項目進行規劃、探究是基于項目學習提升計算思維方法的關鍵。在這過程教師要建立讓學生積極參與的課堂，貫徹“自主學習，合作探究”的教學理念，通過探討求證項目開發是否有意義，技術上是否可行等問題，讓學生一步步地自我啟發，形成計算機解決問題的方案，凝練出計算思維方法。甚至可組織研討會，討論項目開發中可能出現的問題，共同解決，這樣通過師生共同探討的方法修正自己的思維策略，使思維的發展處于開放的環境中，循序漸進地幫助學生理清思維，提高學生的計算思維方法。

第三，項目實施。項目實施過程中必定會遇到各種狀況，師生必須經過反復調試進行化解，這些狀況的化解過程同樣是經歷計算思維的過程，是訓練計算思維的重要流程。在實施過程中，教師可以根據情況，通過難題分解、難題抽象、實踐探索等，具體化計算思維，幫助學生解決一般性問題。通過組建互助小組，引導學生在交流互助中共同提升思維和能力，達到提高學生計算思維能力的目標。

第四，成果交流，活動評價。學生在完成項目后，演示各自的成果，并反饋開發過程碰到哪些難題、這些問題如何解決，通過這種思維交流的過程，幫助學生得到較全面的知識，這對強化學生計算思維大有裨益。同時，老師的評述要注重引導，點評學生思路的不足和閃光點，客觀地檢驗學生的獨立思考和分析能力，繼而幫助學生提升計算思維意識的能力。

3? 基于項目學習培養計算思維教學案例

為了清晰地介紹基于項目學習培養計算思維的過程，該文引用筆者的一堂APP INVENTOR應用課《“我運動，我做主”制作簡易計步器主題項目活動》來進行說明。

課題：《“我運動，我做主”制作簡易計步器主題項目活動》

學科核心素養：（1）根據解決問題的需要，自覺地尋求恰當的方式獲取與處理信息（信息意識）。（2）能夠采用計算機科學領域的思想方法形成解決問題的方案（計算思維）。（3）運用相應的數字化學習資源與工具，提高學習質量（數字化學習與創新）。

教學內容：利用APP Inventor制作簡易計步器的主題項目活動。

教學目標：（1）知道分析分解問題、抽象問題、設計算法和程序實現的方法和過程;（2）體驗項目開發的過程，提高實踐與思維能力。

教學過程：

（1）情境引入。

引言：“你今天運動了嗎？每日練走步，不用進藥鋪”，我們都希望有個強健的體魄，現在很多穿戴設備都有計步等功能，可以測出步數以及相關的健康數據。而一般手機都會帶有振動傳感器和電子計數器，因此我們也能利用現成的設備設計屬于自己的計步器。

學生體驗安裝在手機上的計步器小程序，體驗“開始計步”“結束計步”“語音播報”等功能，初步了解該項目活動要完成的內容。

設計意圖：通過將學生引入具體的生活事件中，開展“項目”教學活動，引導學生共同參與計步器的體驗和設計，激發學生探究計步器制作的熱情。

（2）“計步器制作”主題項目任務說明

該主題采用基于項目學習的方式，過程分為：項目論證與實施方向、項目設計與方案制訂、探究活動與項目實施、成果交流與活動評價4個階段。

環節一：項目論證與實施方向。

教師活動：需要解決的問題：①計步器的作用及原理;②計步器項目研究意義。

學生活動：學生確定項目主題，搜集資料，了解計步器工作原理，論證可行性。

設計意圖：確定學生研究興趣，為完成計步器制作提供理論基礎和整體思想。

環節二：制訂方案，完成思維導圖。

教師活動：結合生活場景，指導學生完成計步器方案和思維導圖的完成。

學生活動：按要求完成方案的制訂，掌握APP設計的基本思想和方法。

設計意圖：通過思維導圖的建立，促進關鍵因素或環節的問題解決。

環節三：探究活動，實施項目。

教師活動：利用APP Inventor平臺開發計步器程序，提供相關微課作為參考，個別指導學生，時刻關注課堂生成。

關鍵問題1：關于文本截取：①截取Screen傳來的文本（學號）;②把截取的文本賦值給學號變量。

關鍵問題2：關于傳感器與多媒體：①關于計步器傳感器;②關于語音識別器。

學生活動：根據項目主題，理清每項組件的邏輯思路，完成從開發到調試到程序的生成。

設計意圖：提高利用計算機解決問題的能力，在項目的開發過程中必定會遇到各種狀況，學生必須經過反復調試進行化解，這些狀況的化解過程同樣是經歷計算思維的過程。

環節四：成果交流，活動評價。

教師活動：展示學生成果，點評學生的完成情況。并結合學生在項目開發過程中的表現，客觀地對學生進行評價。

學生活動：每組的代表演示各自的項目成果，陳述項目開發過程遇到的難題，這些問題如何解決，并回答師生提出的疑問。

設計意圖：通過師生的展示與評價，揭示項目與教材知識點之間的內在聯系，理順其變化發展規律，鞏固學生利用計算機方式解決問題的思維能力，提升計算思維意識。

（3）總結引導。

教師總結所學，鼓勵同學用所學知識解決現實生活問題，同時能否繼續改進計步器，為生活增添樂趣。

學生用心聆聽，體會程序開發對生活、學習的作用。

設計意圖：培養學生信息意識、合理使用信息技術。

該案例對計步器的制作實施了基于項目學習的教學方式，分別進行了情境引入、項目論證（形成思維）、制訂方案與完成思維導圖（理清思維）、探究活動與實施項目（訓練思維）、成果交流與評價（提升思維）一系列過程，并利用APP INVENTOR編程工具實現程序開發，使得學生經歷以計算機的思維角度去解決實際問題，從而實現計算思維的培養目標。

4? 結語

如何基于項目學習培養計算思維，這對許多信息技術教師來說仍是一個難題，筆者在對相關文獻學習和思考的基礎上，結合教學實際，總結出基于項目學習培養高中生計算思維的方法，希望能為廣大信息技術教師實施新課標教學提供參考。

參考文獻

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