基于學(xué)科素養(yǎng)的高中信息技術(shù)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

◎ 海南省海南中學(xué) 王連誠

高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)由信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任四大要素組成，信息技術(shù)教師要領(lǐng)會學(xué)科素養(yǎng)的內(nèi)涵，將核心素養(yǎng)落實(shí)到課堂教學(xué)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)課程育人的根本任務(wù)。信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，需要學(xué)生經(jīng)歷解決問題的過程，課程標(biāo)準(zhǔn)提倡項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，在完成項(xiàng)目的過程中，綜合形成學(xué)科核心素養(yǎng)。把握項(xiàng)目學(xué)習(xí)本質(zhì),明晰項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施過程有利于組織課堂教學(xué)。筆者以高中信息技術(shù)課程必修模塊實(shí)施編程計(jì)算體重指數(shù)（BMI）診斷健康營養(yǎng)狀態(tài)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為例，展開了對項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)踐探索。

一、選擇恰當(dāng)?shù)捻?xiàng)目主題，挖掘項(xiàng)目學(xué)習(xí)價值

項(xiàng)目必須是一個切實(shí)的項(xiàng)目，它面對事件、深入問題、探索答案，并能產(chǎn)生影響的。選擇項(xiàng)目主題要符合以下三個策略：所選主題必須是可以解決與現(xiàn)實(shí)生活緊密關(guān)聯(lián)的實(shí)際問題；主題的選擇要明確指向信息技術(shù)課程學(xué)習(xí)的目的和價值；所選主題應(yīng)具有探究性，有一定挑戰(zhàn)的難度，有探索的意義和價值。

計(jì)算體重指數(shù)（BMI）診斷健康營養(yǎng)狀態(tài)項(xiàng)目（以下稱BMI項(xiàng)目）為教材所選用，它就符合這個三個策略。BMI即身體質(zhì)量指數(shù)，是國際上常用的衡量人體肥胖程度的重要標(biāo)準(zhǔn)。BMI是通過我們?nèi)梭w體重與身高這兩個數(shù)值來獲取的，它可以有效評判一個人的健康營養(yǎng)狀況。

學(xué)生由于學(xué)習(xí)緊張，身體健康成為他們切身需要。學(xué)生通過計(jì)算BMI項(xiàng)目了解自己健康營養(yǎng)狀況符合學(xué)生現(xiàn)在或者將來學(xué)習(xí)、生活的實(shí)際需求。

計(jì)算BMI，通過體重與身高這兩個數(shù)值，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，就可以顯示結(jié)果，在課程目標(biāo)上，這可以挖掘計(jì)算機(jī)編程基本方法，即IPO，在算法結(jié)構(gòu)上，程序是順序結(jié)構(gòu)，在基礎(chǔ)知識上，它涉及到變量和數(shù)據(jù)類型、輸入語句、處理方法（賦值語句和算術(shù)表達(dá)式）和輸出語句，在編程實(shí)踐上，它是極簡編程，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律。

通過BMI數(shù)值了解自己健康營養(yǎng)狀況，要進(jìn)行判斷分析，首先男生和女生要求不同，判斷條件也不同。它具有探索性，有持續(xù)研究價值。在課程目標(biāo)上，可以學(xué)習(xí)分支語句，在程序結(jié)構(gòu)上，它是條件結(jié)構(gòu)，在基礎(chǔ)知識上，它涉及到條件表達(dá)式和關(guān)系表達(dá)式以及分支語句，在編程實(shí)踐上，它具有一定難度，在編程規(guī)范方面可以得到體驗(yàn)和提升。在項(xiàng)目實(shí)踐上，男女學(xué)生可以依據(jù)自己角色選擇男生或者女生判斷標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，通過編程體驗(yàn)后，在學(xué)習(xí)分支結(jié)構(gòu)嵌套來完成，實(shí)現(xiàn)梯度上提升，深入探索，應(yīng)用分支嵌套知識來解決實(shí)際問題。

實(shí)現(xiàn)多個學(xué)生通過BMI數(shù)值了解自己健康營養(yǎng)狀況，要輸入多個學(xué)生數(shù)據(jù)，依據(jù)自己角色選擇男生或者女生判斷標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在編程難度上再上一個臺階，在算法的基本結(jié)構(gòu)上，它屬于循環(huán)結(jié)構(gòu)。在功能上，它需要退出，還可以繼續(xù)學(xué)習(xí)退出語句等，在課程目標(biāo)上，它涉及到算法的三種基本結(jié)構(gòu)，在基礎(chǔ)知識上，它涉及到條件表達(dá)式和邏輯表達(dá)式以及循環(huán)語句。這樣，通過BMI數(shù)值了解自己健康營養(yǎng)狀況項(xiàng)目幾乎涉及到程序設(shè)計(jì)的基本知識，體驗(yàn)了分析問題、建立數(shù)學(xué)模型、設(shè)計(jì)算法、編程實(shí)現(xiàn)算法等計(jì)算機(jī)解決問題的一般過程。

可見，從選擇主題的角度看，通過BMI數(shù)值了解自己健康營養(yǎng)狀況項(xiàng)目符合選擇主題的三個策略。

二、重整課程內(nèi)容，豐富項(xiàng)目學(xué)習(xí)內(nèi)涵

立足學(xué)情，依據(jù)項(xiàng)目解決邏輯組織學(xué)習(xí)內(nèi)容，挖掘豐富資源，拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容。

在程序基本知識教學(xué)中，以往一般以學(xué)科體系知識構(gòu)建為目標(biāo)，首先從數(shù)據(jù)類型開始，講授變量、常量定義以及命名、運(yùn)算符與表達(dá)式，然后介紹語句和程序結(jié)構(gòu)，先學(xué)習(xí)基本知識，然后使用基本知識解決問題。這里存在一個問題是學(xué)生往往學(xué)了很多知識，但是涉及到解決問題時機(jī)慢了一個節(jié)拍，脫節(jié)。比如學(xué)習(xí)了各種數(shù)據(jù)類型，但是就是很少涉及到具體應(yīng)用，脫離知識產(chǎn)生場景，學(xué)習(xí)枯燥無味。

在項(xiàng)目學(xué)習(xí)教學(xué)中，我們要重構(gòu)學(xué)習(xí)內(nèi)容，依據(jù)解決項(xiàng)目問題過程中，學(xué)習(xí)基本知識，解決項(xiàng)目問題，理解知識來龍去脈，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)指向性強(qiáng)。

按照BMI項(xiàng)目實(shí)施過程，把項(xiàng)目分解幾個大任務(wù)，每個任務(wù)安排一個或幾個小活動，以此重組展開課程內(nèi)容。

任務(wù)1：計(jì)算BMI。安排活動：用組織結(jié)構(gòu)圖表示解決問題的一般過程。輸入身高和體重，處理計(jì)算BMI，輸出BMI，用流程圖表示，編程實(shí)現(xiàn)。

任務(wù)2：判斷對某個男生或者女生體重指數(shù)等級的完整評定。

活動1：判斷BMI是否在“正常”等級范圍內(nèi)。用流程圖表示算法，編程實(shí)現(xiàn)。

活動2：顯示BMI對應(yīng)的等級：“正常”“低體重”“超重”或“肥胖”。用流程圖表示算法，編程實(shí)現(xiàn)。

活動3：根據(jù)任意高一學(xué)生，選擇男女生進(jìn)行等級判斷。

任務(wù)3：輸入若干個高一學(xué)生或者重復(fù)輸入并可以退出,顯示體重指數(shù)等級的完整評定。用流程圖表示算法，編程實(shí)現(xiàn)。

活動1：輸入5個學(xué)生，選擇男生或女生，輸入數(shù)據(jù)，顯示體重指數(shù)等級的完整評定。

活動2：重復(fù)輸入不退出、設(shè)置退出，選擇男生或女生，輸入數(shù)據(jù)，顯示體重指數(shù)等級的完整評定。

活動3：擴(kuò)展任務(wù)，使用自定義函數(shù)簡化BMI項(xiàng)目。

依據(jù)項(xiàng)目重整課程內(nèi)容，我們可以引導(dǎo)設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案。倒推項(xiàng)目背景，參考課本內(nèi)容，我們把項(xiàng)目設(shè)計(jì)如下：

依據(jù)《國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》體重指數(shù)等級、單項(xiàng)評分表以及指數(shù)范圍，編程計(jì)算BMI程序（bmi.py），分別輸出男女生體重指數(shù)以及等級。

1.編寫程序，輸入的某個高一學(xué)生身高和體重值，輸出這個學(xué)生的體重指數(shù)。

2.完善程序（bmi.py）功能，如果高一年級男生體重指數(shù)值在 [16.5,23.2]范圍內(nèi)，則屬于“正常”等級，否則屬于“不正常”等級。

3.結(jié)合高一學(xué)生體重指數(shù)評分表，實(shí)現(xiàn)對某個男生體重指數(shù)等級的完整評定，即根據(jù)輸入的身高和體重值，顯示對應(yīng)的等級：“正常”“低體重”“超重”或“肥胖”。

4.如果繼續(xù)完善程序，使之能對任意高一學(xué)生（男生或女生）進(jìn)行體重指數(shù)等級的判定。

依據(jù)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，在課程內(nèi)容構(gòu)建上，首先讓學(xué)生體驗(yàn)計(jì)算編程解決問題的一般過程，用計(jì)算機(jī)編程計(jì)算BMI指數(shù)，問題明確，分析方法簡單，容易理解建立模型，能夠理解算法的特征，容易理解編寫程序的基本方法。在基本知識教學(xué)中，把變量概念及其定義、數(shù)據(jù)類型、輸入輸出語句、轉(zhuǎn)換函數(shù)、賦值語句、算術(shù)表達(dá)式貫穿在體驗(yàn)過程中，通過體驗(yàn)理解編程程序IPO的基本方法，知道程序必須有若干個輸入和輸出的特征。

這樣，通過計(jì)算BMI，把編程知識教學(xué)貫穿其中，改變過去脫離實(shí)際的做法，花費(fèi)很多時間學(xué)習(xí)基本知識，比如講授了各種數(shù)據(jù)類型，從講解到練習(xí)，都沒有涉及到解決具體問題，無法理解知識形成的過程。在計(jì)算BMI編程項(xiàng)目的過程中，涉及到數(shù)據(jù)類型有數(shù)值、浮點(diǎn)數(shù)、字符串，主要是數(shù)值、浮點(diǎn)數(shù)，這里不再突出字符串?dāng)?shù)據(jù)類型，更不講列表等數(shù)據(jù)類型，通過程序編碼，理解用變量描述事物的屬性的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)變量命名問題，比如“見名知意”，大小寫問題，從編程實(shí)際活動中，理解基本知識，構(gòu)建編程基本知識，加深對基本知識的理解。

挖掘豐富資源，拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容。在BMI項(xiàng)目中，依據(jù)自己角色選擇男生或者女生判斷標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，選擇分支語句實(shí)現(xiàn)多分支選擇結(jié)構(gòu)。如果深入開展項(xiàng)目，還可以選擇男女，這樣可以擴(kuò)展為分支語句的嵌套，在實(shí)際應(yīng)用中體會嵌套的作用，同時可以利用選擇男女生分支條件設(shè)置，理解一分支選擇結(jié)構(gòu)、二分支選擇結(jié)構(gòu)。通過BMI項(xiàng)目，涉及到選擇結(jié)構(gòu)的各種分支情況，從而理解用選擇結(jié)構(gòu)理解分支語句。

實(shí)現(xiàn)BMI項(xiàng)目多次或不限次數(shù)的重復(fù)輸入和退出機(jī)制，學(xué)習(xí)循環(huán)結(jié)構(gòu)和循環(huán)語句和中斷語句，這樣就基本完成了算法的三個基本結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)三種結(jié)構(gòu)的語句學(xué)習(xí)。

擴(kuò)展內(nèi)容會考察學(xué)生實(shí)際需求，比如，通過打印函數(shù)實(shí)現(xiàn)界面設(shè)計(jì)，深入學(xué)習(xí)字符串與變量連接的顯示方式等。

三、細(xì)化教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)，規(guī)劃項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程

項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)施，從課程內(nèi)容構(gòu)建上看，已經(jīng)對教學(xué)目標(biāo)做了一個安排，突出了學(xué)科基本知識，從項(xiàng)目任務(wù)中也可以看到要落實(shí)的學(xué)科思維，在項(xiàng)目活動中，對問題的解決提出了要求。依據(jù)設(shè)計(jì)好的任務(wù)分活動，細(xì)化學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，提升學(xué)生學(xué)科思維。

在三個大任務(wù)上，設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)解決問題的一般過程、算法描述和算法的三個基本結(jié)構(gòu)教學(xué)目標(biāo)，用組織結(jié)構(gòu)圖、流程圖等可視化表達(dá)方式表達(dá)信息，思考算法的基本結(jié)構(gòu)在算法設(shè)計(jì)的重要意義，歸納算法的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。這是項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)目標(biāo)。

在教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)上，我們可以按照基礎(chǔ)知識、問題解決過程和學(xué)科思維三個層面劃分，明晰教學(xué)目標(biāo)，有利于規(guī)劃項(xiàng)目組織過程。

比如，在任務(wù)1中，計(jì)算BMI,涉及了問題解決的一般過程，設(shè)計(jì)算法概念、算法描述等基礎(chǔ)知識，安排用組織結(jié)構(gòu)表示一般過程，用流程圖表達(dá)算法的順序結(jié)構(gòu)的活動，在學(xué)科思維上總結(jié)順序結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。在活動中，輸入身高和體重，計(jì)算BMI的值，涉及到變量、數(shù)據(jù)類型、輸入輸出函數(shù)、算術(shù)運(yùn)算符號和表達(dá)式、賦值語句等基本知識，通過活動學(xué)會用變量、常量、數(shù)據(jù)類型、算術(shù)表達(dá)式以及賦值語句等從而實(shí)現(xiàn)問題求解，在學(xué)科思維目標(biāo)上，體現(xiàn)了理解編程的基本方法IPO、輸入語句從鍵盤上輸入數(shù)據(jù)，輸出語句把數(shù)據(jù)顯示在屏幕上的特點(diǎn)，理解賦值語句的含義。

把用流程圖表示算法的三個基本結(jié)構(gòu)的教學(xué)目標(biāo)，分別安排在三個大任務(wù)上，在問題解決的場景中，理解算法表示，從順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，層層推進(jìn)，逐步落實(shí)教學(xué)目標(biāo)，分解難度，循序漸進(jìn)，在目標(biāo)設(shè)計(jì)上符合學(xué)生認(rèn)知水平。

四、有效實(shí)施過程，落實(shí)核心素養(yǎng)培養(yǎng)

以項(xiàng)目完成為主線，在項(xiàng)目實(shí)施中完成學(xué)習(xí)，是項(xiàng)目學(xué)習(xí)特點(diǎn)。在實(shí)施項(xiàng)目時，要幫助學(xué)生理解項(xiàng)目組織過程，引導(dǎo)設(shè)計(jì)項(xiàng)目活動方案，按照大任務(wù)小活動有效地指導(dǎo)實(shí)施項(xiàng)目活動，達(dá)成細(xì)化教學(xué)目標(biāo)，先引導(dǎo)學(xué)生思路，先學(xué)后教，在保證項(xiàng)目完成的基礎(chǔ)上，加深對基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

針對本項(xiàng)目特點(diǎn)，落實(shí)核心素養(yǎng)培養(yǎng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：

1.借助數(shù)字化工具進(jìn)行學(xué)習(xí)，提升數(shù)字化學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，通過編制流程圖，培養(yǎng)用數(shù)字化學(xué)習(xí)工具進(jìn)行學(xué)習(xí)能力。通過順序結(jié)構(gòu)流程圖，理解編寫程序IPO基本方法；通過分支選擇結(jié)構(gòu)流程圖，理解多分支條件表達(dá)式的優(yōu)化，進(jìn)一步理解分支語句的邏輯結(jié)構(gòu)與語法規(guī)則，理解選擇結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過循環(huán)結(jié)構(gòu)流程圖設(shè)計(jì)，體會解決生活中重復(fù)操作問題的經(jīng)驗(yàn)，概括循環(huán)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，理解按條件終止循環(huán)。

2.通過探究學(xué)習(xí)，組織交流分享，加深學(xué)習(xí)深度，培養(yǎng)學(xué)科思維。難于理解知識，學(xué)科思維構(gòu)建，都需要探究學(xué)習(xí)活動。分支語句、循環(huán)語句實(shí)現(xiàn)選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)，是教學(xué)難點(diǎn)。通過探究學(xué)習(xí)，可以突破難點(diǎn)。

比如實(shí)現(xiàn)分支選擇結(jié)構(gòu)嵌套，可以分別假設(shè)為一分支結(jié)構(gòu)、二分支結(jié)構(gòu)或者多分支結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生提出猜想，設(shè)計(jì)算法，編寫程序驗(yàn)證，通過幾種情況的探究活動，深入理解分支結(jié)構(gòu)的嵌套，理解在不同場景下使用不同的分支結(jié)構(gòu)以及嵌套的特點(diǎn)。

假設(shè)循環(huán)次數(shù)，通過探究活動，理解循環(huán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。比如，循環(huán)5次的條件，循環(huán)變量定義和循環(huán)體構(gòu)成，重復(fù)輸入并實(shí)現(xiàn)退出，循環(huán)條件、循環(huán)變量、循環(huán)體以及退出機(jī)制，進(jìn)而全面理解循環(huán)結(jié)構(gòu)。

3.在項(xiàng)目解決問題的過程中，感受計(jì)算思維的魅力。BMI數(shù)據(jù)采集和存儲，涉及到計(jì)算思維。要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識事物現(xiàn)象，抽象人的屬性，如身高和體重，理解數(shù)據(jù)的類型與現(xiàn)實(shí)生活息息相關(guān)，定義變變量，通過編寫程序，調(diào)試運(yùn)行程序，驗(yàn)證是否通過編譯，理解數(shù)據(jù)類型。

通過分支語句、循環(huán)語句運(yùn)行調(diào)試，體驗(yàn)編程規(guī)范化，理解Python編程規(guī)范化，體會編程語句構(gòu)建程序代碼的思想和方法，理解遞進(jìn)與包含關(guān)系。

總之，通過項(xiàng)目促進(jìn)知識學(xué)習(xí)，經(jīng)歷解決項(xiàng)目復(fù)雜問題的過程，學(xué)生可以獲得解決問題的知識、方法，從而形成學(xué)科素養(yǎng)。