項目式學習架起編程教學和計算思維的橋梁

梁玉芳

摘要：在中小學信息技術編程教學中，如何結合項目式學習培養學生的計算思維，是一個值得探索和實踐的課題。本文作者以《冰上舞蹈——Python之循環結構》為例，運用項目式學習模式，通過創設情境、分析問題、探究實踐、拓展交流、總結評價幾個步驟，從分解思維、算法思維、抽象思維、發散思維、概括思維幾方面提升學生的計算思維核心素養。

關鍵詞：計算思維;項目式學習;可視化編程教學

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）05-0016-02

計算思維是信息時代每個人都應具備的基本信息技術核心素養，是人類在未來社會求解問題的重要手段。編程可以有效提升學生的計算思維，但傳統的編程教學從語法知識入手，忽視了計算思維的算法思想，學生的計算思維得不到有效提高。項目式學習強調以學生為主體，教師創設相關情境，引導學生在探究問題的過程中理解基礎知識，形成計算思維。

項目式學習與編程教學結合，更有利于提升學生的計算思維能力。因此，在項目式學習理論指導下，筆者以Python循環結構教學為例，在小學六年級開展了教學實踐，以提升學生的計算思維。

● 創設情境，提出問題，訓練分解思維

在本課的導入環節，筆者用2022冬奧會花樣滑冰視頻片段來創設問題情境：如何利用Python編程語言畫出這些美麗的圖案呢？然后揭示課題，引導學生思考，復雜的圖案都是由簡單的圖案組合而成的，將復雜的圖案一一分解，可得出解決問題的辦法。

教學片段1：創設情境，提出問題。

教師播放冬奧會花樣滑冰視頻。在花樣滑冰中有一項比賽為冰上舞蹈，要求根據規定的音樂、圖案、步法和重復次數進行比賽。我們可不可以用Python編程來繪制這些美麗的圖案呢？

教學片段2：分解問題，揭示課題。

教師出示圖案，提出問題：這些圖案應該如何繪制（如下圖）？

師生共同分析，小組討論，發現這些圖案都有一個共同的特點：它們都是由基本圖形通過不斷的旋轉重復而成。分析后，教師揭示課題：冰上舞蹈——Python循環結構。

分解問題是解決問題的一個重要方法，也是計算思維的一種，在編程教學中通過對問題的分解，將一類圖案的繪制歸納分解成多邊形的繪制，通過對多邊形的不斷重復，旋轉形成美麗的圖案，引導學生在接下來的項目學習中做到有的放矢。

● 分析問題，啟發思考，培養算法思維

算法思維是計算思維的核心，那什么是算法呢？算法是解決問題的方法和步驟，有了算法，再將算法轉換為編程語言來實現程序。本課中，教師引導學生根據學案分析圖形繪制步驟，尋找規律，最后形成算法。

教學片段3：分析步驟，形成算法。

要畫復雜的圖形，需要先繪制基本圖形，根據這一明確任務，通過問題分析引導學生進入思維分析：①是由什么基本圖形構成？②如何繪制？③尋找規律：重復的步驟有哪些？重復了幾次？

通過記錄的方法將思維形象地表示出來，學生學會了初步使用工具解決簡單問題。以上頁圖中左邊那個圖形為例，其基本圖形為正方形，如何畫正方形呢？教師引導學生用之前學過的知識將畫正方形的步驟完整地寫出來，并尋找規律。

通過分析，將問題從自然語言的描述向代碼轉化，并要求學生在程序中將效果實現，讓學生從分析走向實踐，從具體向抽象逐步轉化。

● 探究實踐，問題深入，鍛煉抽象思維

抽象思維是計算思維的另一個重要維度，它是在分析問題時抽取最本質的特性形成概念。項目化學習最主要的環節就是學生的主動實踐探究，Python編程更是離不開學生的探究實踐。

教學片段4：深入問題，循環嵌套。

通過問題深入，進一步讓學生思考：圖中左邊那個圖形可以分解為幾個正方形？旋轉的角度及旋轉次數之間有什么聯系？分析循環體和循環次數，利用循環結構進行算法設計。

通過具體的實例將循環具象化，學生進一步理解了循環結構，并掌握了其初步應用。參照計算思維解決問題的方式，讓學生進行確定問題、分析問題、模式識別、算法設計等一系列思維訓練，能突破本課的難點，讓學生體驗將復雜問題變成簡單問題的思維過程。這樣的訓練讓學生不僅擁有了自主思考的機會，而且能夠迅速提高計算思維能力。

● 拓展交流，自主創作，提升發散思維

在項目式編程教學中，教師應引導學生發散思維，形成多種解決問題的方案。在本課的教學中，教師可以先展示部分復雜圖案，激發學生繼續挑戰的熱情，然后提出創作任務和展示要求，最后小組評價反饋，選出最佳創作作品。

在本課中，學生學會了分析問題和解決問題的過程，從學會畫多個正方形的編程到學會畫任意個多邊形的編程，在計算思維上，實現了由解決一個問題到解決一類問題的思維蛻變，思維也從“碎片化”變得更加“系統化”。

● 總結評價，深入思考，提高概括思維

課堂總結是一個不可或缺的環節，及時總結有助于學生進行知識的再次記憶，同時在總結的過程中提升概括思維。

在本課中，教師可引導學生利用思維導圖的方式進行編程知識的總結和反思，將原本抽象的知識進行可視化處理，理順不同知識之間的關聯性，使學生完成知識體系的建構，提升思維的靈活性和深刻性。

● 結語

總之，在項目式編程教學中，引導學生在教學過程中“訓練分解思維—培養算法思維—鍛煉抽象思維—提升發散思維—提高概括思維”，不僅可以讓學生學習到編程知識，還能有效培養計算思維，促進其核心素養發展。

參考文獻：

中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

本文系江蘇省管雪沨網絡名師工作室、江蘇省“十四五”教育規劃課題“小學人工智能教育的項目化學習體系建構和實施策略研究”（編號：D/2021/2/148）階段性成果。

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