基于計算思維的項目式教學探究

柯明輝

在對于信息技術的教學中，基于真實情境的項目式教學可以有助于充分培養和激發學生的計算思維。課堂上要求我們應當把每個學生作為教學主體，從實際存在的問題角度出發，引導他們進行積極的思考，通過對問題進行抽象、形式化、建立和自動化的過程，努力實現“對于信息技術解決問題方法的準確把握、認識思維的開拓與發展及對人機交織互動的了解”培養目標。教師要精心設計項目，精心組織課堂活動，努力使項目的內容更好地貼合于學生的日常工作和學習，在真正的體驗和實踐中，發展了學生運用計算機進行科學地思考和分析解決實際問題的意識與能力，從而促進了學生計算邏輯思維的能力。

項目式教學的研究是一種基于本校現實教學情景的具有系統性的、以實際問題研究為導向指導而組織進行的一種全方位、有極具針對性的理論學習與實踐研究。項目式教學的明顯綜合教育模式特征為“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”，使得學生逐步逐漸走向了一種具有綜合性的學習，走向了一種探究式的綜合學習，走向了一種符合學生主體個性化的綜合學習。

聯系這兩者，通過實踐我們將會看到，在對于信息技術的教學中，基于真實情境的項目式教學可以有助于充分培養和激發學生的計算思維，可見，課堂上我們應當把每個學生作為教學主體，從實際存在的問題角度出發，引導他們進行積極的思考，通過對問題進行抽象、形式化、建立和自動化的過程，努力實現“對于信息技術解決問題方法的準確把握、認識思維的開拓與發展及對人機交織互動的了解”培養目標。教師要精心設計項目，精心組織課堂活動，努力使項目的內容更好地貼合于學生的日常工作和學習，在真正的體驗和實踐中，發展了學生運用計算機進行科學的思考和分析解決實際問題的意識與能力，從而促進了學生計算邏輯思維的能力。

學生計算思維的提升需要歷經一個個解決問題的過程，如何在項目式學習的過程中培養學生的計算思維呢？經過接近兩年對省級課題《基于計算思維的信息技術教學探究》的潛心鉆研和教學實驗研究，以下是我在課題研究中的幾點思考和總結。

在信息技術的實踐性教學實踐中，我不斷探索嘗試新的課程教學模式和一種現代化的教學方式與手段，主要是實施項目式教學，并充分借助導學案、教學輔助平臺等，采用小組協同合作、自主探究、問題式情境等多種教學方式和手段的完美結合，緊貼學生生活，融合多個學科，將益智小游戲與學科小工具引入到信息技術教學中，積極地融入了計算機科學思維的訓練，讓學生的計算思維在項目式學習過程中不斷得以提升。

對于這種項目式教學，我的教學準備大體流程如下：首先，吃透教材，理清重難點，并且摸清學情與校情，在已有的硬件和軟件上針對不同的活動主題進行不同的項目設計，讓整個項目貫穿這整個活動主題，并根據本次教學任務與課時的具體情況，將項目內容進行了合理的分解，確定到若干個不同的教學任務，合理安排教學的知識點與重難點;然后，在這個項目開始執行之前就需要我們教師依照學生的具體情況來進行合理分組。在這種項目式的教學和課程實施的過程中，教師們就需要通過自己動手制作一段相應的教學實例微視頻，針對疑難問題進行解答，把握項目式教學實施的過程中的一些重點與疑點難點，對于學生們在學習實踐中可能遇到的問題也要進行預設，教師要鼓勵他們掌握多學科的基礎知識，同樣要對每一個小組的項目實施過程進行嚴格的監督和指導，及時處理學生們反饋的各類問題，加強引導，鼓勵學生們相互合作并一起解決問題;最后，在項目評估階段先由組長對學習成果進行匯報和展示，接著小組之間進行互評，最后由老師對整個項目的學習過程進行歸納總結。

在信息技術項目式教學實踐研究中，主要圍繞著以下三方面來培養學生的計算思維：

其一、在編程設計項目中培養學生的計算思維。

編程教學課堂是培養中學生計算思維的一個重要途徑，開展編程教學能夠激發和幫助中小學生分析疑難問題、設計相關算法以及最終著手編寫程序，讓學生能夠在不斷的解析中，逐步突破各種疑難問題，以嚴謹的分析與精密的思考，來構建出解決問題的重要數學模型，并利用這一模型來解決更多的問題。在信息技術教學實踐中，我們根據不同年齡階段的學生的情況和特點，積極引入了各類游戲項目設計，學科工具設計，貼近學生的日常生活和興趣，激發學生的學習欲望和動手欲望，在提高計算思維的同時也大大提高學習效率。所以，在項目式教學模式下的中學信息技術教學中，教師應善于在編程教學中積極培養學生計算思維，充分發揮出編程設計項目的積極作用，引導每一名學生自主去分析問題和收集相關材料，努力尋找解決問題的有效方法，實現編程項目的良好有效處理。

例如，在七年級下冊《走進程序世界》這一單元的教學組織和實施中，我積極采用項目式教學模式，來培養和提高學生的計算思維。首先，創設情景，提出任務：甲乙兩個同學在玩猜數字游戲（1-100），甲先寫下一個數字，乙來猜，甲根據乙猜的數字給出提示“大了！”“小了！”“答對了！”請設計一款程序《猜數字游戲》，幫助甲快速提示，并顯示乙猜測的次數。然后，學生分組進行探究，討論分析任務和需要解決的問題，尋找解決問題的有效方法，最后設計出所需的軟件。教師在此過程中，針對學生出現的問題進行引導和幫助，引導他們借助教材和微課來學習所需要的程序設計的相關基礎知識。這樣，學生主動地學習算法及算法描述的方式，主動學習了C語言的基本語法及程序的基本結構，并積極利用C語言來設計一款屬于自己小組的的“猜數字游戲”，成功體驗了利用計算機編程解決了實際問題的喜悅，計算思維也得以鍛煉。完成該項任務的整個過程中，教師充分地扮演著一個引導者、幫助者，學生們積極主動地去發現問題、探索問題、找到解決實際問題的途徑和辦法，真正地落實了培養中小學生的計算思維能力的目標。

其二、在常用軟件教學中培養學生的計算思維。

在中小學階段，軟件學習仍是信息技術課程的內容主體，使用軟件來處理和解決日常生活、學習中的問題仍是中小學生主要的信息技術應用實踐。雖然大部分學生已經掌握了一定的運用電腦軟件經驗，也具備了運用電腦軟件的基本能力，但是究其本質上的角度來說，學生自身掌握和運用電腦軟件的基礎知識和儲備以及專業技能等各個方面均不夠成熟。所以，在這種項目式模式下的中小學信息技術課程教學中，老師們就應該更加注重培養和發展學生的計算思維，從而逐步提升和訓練學生對知識的儲備和運用的技巧等。具體來說，在數字化課堂教學中，教師們應善于引導中小學生了解與分析功能背后的主要特征及工作原理等，培養學生獨立思考以及解決問題的思想與能力，讓學生能夠更為高效地解決問題，從而科學地運用計算機技術。在學生運用計算機軟件知識及技能較為扎實之后，再引導學生高效處理任務，確保任務完成的質量。

在課題研究中我們發現，軟件的學習和使用迫切需要計算思維的參與，只有我們正確理解了軟件所解決的問題本質是什么、問題存在環境是什么、有無其他軟件可以替代解決問題等，方可更好地超越軟件本身，然后將軟件內化為我們思維的一部分。可見，信息技術軟件教學需要結合學生與知識特點，適度、適當地引導和講述知識原理，為軟件課程教學注入新的動力。

例如：七年級上冊第二單元《分析處理表格數據》中，數據排序這一重要知識點，大家普遍關注的是實際操作過程，但是有關數據排序原理很多，常用的多達有8種算法。其中“選擇排序”和“冒泡排序”算法相對直觀。例如，在對23、45、31、10四個數據的升序排序中，我們首先可以通過以動畫形式展示冒泡排序過程，然后讓學生思考：①計算機完成對23、45、31、10四個數字的排序需要幾趟？②首趟排序時，計算機對哪些數據進行比較？比較了幾次？比較的結果不同處理又有何不同？③如果改變數列順序，每趟的排序過程和結果有何不同？通過交流分析討論，相信學生基本都能理解排序是怎樣實現的。這樣教學就不再僅停留在操作層面上，而是進一步拓寬了學生的計算思維，激起他們無限的好奇心，體驗算法的科學、嚴謹。

通過課題研究我們發現，在中小學信息技術課堂軟件教學中，根據課程教學目標、軟件教學內容和學生年齡特點三方面的因素，我們應當將“問題求解”作為研究重點，將分解、抽象、建模和轉化四方面的能力作為我們培養的重心。分解能力是面對復雜問題的第一步，即化繁為簡。而分解能力又依賴于抽象能力，抽象能力是我們與生俱來的本領，也就是從具體事物中抽取出共同的、本質的特征，舍棄非本質的特征。根據抽象的結果，分析問題的內在規律，提出簡化假設，用學科符號建立起反映現實問題的模型，這就需要建模能力，建模有助于理清問題的結構得出解決問題的流程。但即使有了模型指引，解決問題的過程必然會遇到未知的子問題，這就需要具有從未知到已知的轉化能力。

其三、在課堂學習活動中培養學生的計算思維。

開展項目式教學，老師也就更加注重在課堂教學活動中培養學生的計算思維，通過各類課堂教學活動的形式來訓練學生的自動化思維。這種課堂自動化主要是指機器設備，即該系統根據人數不足的情況、根據人的主體需求特點來進行自動檢測以及對信息處理等。對于中學信息技術學科而言，其中的許多內容都包含了大量的自動化思維。所以，在項目式教學模式下，教師們就應該積極地引導學生主動地發揮這一思維手段，及時地解決他們在課堂上學習中遇到的困難和問題，并且去學習與理解掌握有關信息技術的相關知識。

總之，計算思維的培育與發展養成，需要我們在研究和解決各類問題的同時，不斷地通過分析探索、實踐求證、反饋與調試而逐漸形成。項目式教學從很大程度上還原了課堂學習的內容和本質，基于真實情境的課堂學習可以促進中小學生對于信息問題的敏感度、對所學知識點掌握的能力、對問題求解的思維能力的發展。通過項目式的教學可以有效地培養中學生的計算思維，促進學科核心素養的發展。

中學信息技術課程的開展較為艱巨，其在開展過程中不但面臨著機遇，與此同時也面臨著挑戰。在此情況下，就如何提升中學生生計算思維能力應成為每一名中學信息教師所主要思考的話題。對此，教師們應積極推行項目式教學，充分發揮每個學生在課堂上的主體作用和地位，讓學生能夠自主去完成項目，并在完成項目的過程中，提升學生的計算思維能力，并且鍛煉學生的創造力、團隊協作、動手能力等諸多能力。

*本文系教育部福建師范大學基礎教育課程研究2021年度開放課題“基于計算思維的信息技術教學探究”（課題批準號：KCZ2021134）的研究成果之一。