聚焦計算思維的信息技術學科項目學習設計

吳紫燕

(福建省廈門市松柏中學 福建 廈門361000)

在教育部制定的《普通高中信息技術課程標準(2017 年版)》上，明確了信息技術學科的核心素養(yǎng)的課程育人目標，同時提倡"項目學習"，這些都給課堂教學帶來了新的挑戰(zhàn)。如何在項目學習中落實學科核心素養(yǎng)？如何在有限的課時內開展學科項目學習？在教學中進行了項目學習的設計與實踐后，總結出基于計算思維培養(yǎng)信息技術學科核心素養(yǎng)的項目學習設計方法。

1.信息技術學科核心素養(yǎng)與項目學習

1.1 計算思維是信息技術學科核心素養(yǎng)的本質。高中信息技術學科核心素養(yǎng)由信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任四個核心要素組成，四個要素相互支持、相互滲透，共同促進學生信息素養(yǎng)的提升[1]。信息社會責任強調信息社會中學生品行的培育，使學生在信息道德及責任擔當層面有所發(fā)展，是學生發(fā)展及其社會化的必然要求，是其他核心素養(yǎng)的歸宿；信息意識是信息活動在人腦中的反應，包含了信息搜集、甄別、處理和分享等內容，處在學生解決問題的初始層；計算思維是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，是信息技術學科的本質體現(xiàn)；數(shù)字化學習與創(chuàng)新是指運用信息技術開展自主學習，并與他人進行交流協(xié)作，從而逐步形成創(chuàng)新創(chuàng)造的能力，是其他三個要素在學習中的具體體現(xiàn)。綜上，信息技術學科核心素養(yǎng)是在面對真實、有挑戰(zhàn)性的情境中利用計算思維解決問題，正確處理技術、人與社會的關系中逐漸發(fā)展起來的，而計算思維是信息技術學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的著力點。

1.2 項目學習利于培養(yǎng)信息技術學科核心素養(yǎng)。項目學習是以學科的核心概念和能力為中心，在現(xiàn)實世界中借助多種資源開展探究活動，并在一定時間內調動所有知識、能力、品質等創(chuàng)造行地解決一系列相互關聯(lián)著的問題,形成成果的一種新型的探究性學習模式[2]。項目學習讓學生體驗真實的學習任務，實踐演練學科的知識、策略方法，進而培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)。信息技術學科項目學習以信息技術學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為目標，整合學科知識與技能的學習。在基于真實情景的項目學習中，發(fā)展學生對信息問題的敏感性，對知識學習的掌控力，對問題求解的思考力。促進學生利用信息技術學科思維和方法去全面認識復雜的信息化社會，負責任地應用信息技術，全面提升學生信息技術學科核心素養(yǎng)。

1.3 基于計算思維設計項目學習。項目學習設計的第一步是確定學生會通過項目學到什么？第二步確定學生需要展示什么以證明他們真的學到了什么？第三步對學習內容從未知到熟悉，學生該采取什么方法？這是一個循環(huán)迭代的過程，逐步確定項目學習呼應的學習目標、證據(jù)和活動最終制定一個結構嚴謹?shù)捻椖坑媱漑3]。項目學習指向學科的核心，而計算思維是信息技術學科核心素養(yǎng)系統(tǒng)的核心及關鍵要素，影響其他3個要素發(fā)展的質和量，一定程度上決定學科核心素養(yǎng)的優(yōu)劣[4]。項目學習需要學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，計算思維為尋找解決問題的新方法提供了機會，和新的表達形式。因此本文提出基于計算思維設計信息技術學科項目學習的設計要素和流程如圖1所示，探究信息技術學科核心素養(yǎng)在課堂教學中的落地策略。

2.信息技術學科項目學習的設計

2.1 聚焦計算思維設計項目學習目標與知識情境。項目學習的設計從尋找核心知識開始，構建從核心概念到關鍵概念、能力再到關鍵概念再到知識點的一整套知識體系[5]。從信息技術學科教材內容出發(fā)，明晰課程的知識結構，辨清邏輯關系，提煉計算思維的具體過程和表現(xiàn)，匯聚適合的知識點，尋找這些知識點中共同覆蓋的上位概念，將各個知識(技能)點聯(lián)系起來。同時通讀課標，確認各個上位概念與課標之間的聯(lián)系，確定合適的等級，確定作為項目學習結果，學生將掌握那些重要的知識和技能。然后站在學科的角度理解核心概念、關鍵概念、能力與真實世界中人的發(fā)展之間的關系，思考符合學生認知特征的活動情境，設計項目學習知識情境，建立本學科的知識與真實生活世界情境之間的聯(lián)系。

比如必修1數(shù)據(jù)與計算(粵教版)第3、4章提煉出計算思維的表現(xiàn)-算法與程序設計。算法處理的是數(shù)據(jù)，而算法需要通過程序設計來實現(xiàn)。第5章提煉出計算思維的過程-數(shù)據(jù)處理的一般過程。因此這三章的上位概念是"數(shù)據(jù)處理"，課標要求學生達到計算思維的核心素養(yǎng)水平1，能根據(jù)任務需求分析問題，抽象處理并用形式化的方式表述問題，使用編程語言或其他數(shù)字化工具進行數(shù)據(jù)處理(獲取、組織、分析數(shù)據(jù))。基于這樣的"數(shù)據(jù)處理"，聯(lián)系學生學習生活實際，設計項目學習知識情境：免疫力像鎧甲一樣，日夜幫助我們抵抗各種疾病的入侵，運動可以提高人體免疫力，讓人體保持健康狀態(tài)。那么，什么樣的體質數(shù)據(jù)表明身體是健康？如何利用體質數(shù)據(jù)提高運動效率，促進身體健康？以下簡稱"體質數(shù)據(jù)促健康"。

2.2 圍繞核心知識設計項目學習驅動任務和成果。學科項目學習成果需要真實性，且?guī)в休^強的學科性，反映學科本質問題、直接指向核心知識。在"體質數(shù)據(jù)促健康"項目中圍繞核心概念"數(shù)據(jù)處理"和關鍵概念"數(shù)據(jù)處理的一般過程"、"軟件開發(fā)的一般過程"設計具有挑戰(zhàn)性和可能性的真實世界任務，將數(shù)據(jù)處理的一般過程(數(shù)據(jù)的獲取-整理-分析-可視化)嵌套在軟件開發(fā)的一般過程(需求分析-算法設計-編寫代碼-調試運行)的需求分析中，作為項目學習任務鏈的內在設計線索。具體的成果和任務如下：

2.2.1 驅動任務和項目成果。作為一名高一學生同時又是編程高手，你想設計一款軟件幫助同學更好、更科學的鍛煉身體，提高身體素質。該軟件能依據(jù)不同性別、不同體質基礎，制定出有針對性、科學的鍛煉方法。

2.2.2.需要完成的任務鏈

任務1：檢索獲取高一學生《國家體質健康標準》的項目及每一個項目的指標；從現(xiàn)實生活中獲取每位學生的體質數(shù)據(jù)，在體育老師指導下制定循序漸進的鍛煉方案，小組分工，每人就一個國家體質健康標準的運動項目(以下簡稱運動項目)進行為期兩周左右的鍛煉，同時利用工具監(jiān)測記錄每位組員每天的鍛煉數(shù)據(jù)。

任務2：整合全年段的兩周內收集到的體質數(shù)據(jù)，分析身高、體重、肺活量和各個運動項目間的關系；分析各個運動項目，不同體質基礎的學生每天用時與天數(shù)的關系。并可視化分析結果。小組分工，分別依據(jù)數(shù)據(jù)分析結果，形成各個運動項目的鍛煉方案。

任務3：在任務2的基礎上，每人負責一個運動項目模塊、合作設計一款能根據(jù)輸入的性別、身高、體重、肺活量判斷其體質基礎，并自動制定鍛煉方案，進而改善體質的軟件-"完美體質"。

2.2.3 從上面的任務可以看出，表現(xiàn)性任務沒有唯一正確的答案或解決過程，以此對學生學習的評估需要依據(jù)指標進行判斷。清晰和恰當?shù)闹笜四苊鞔_提出我們在確定學習目標理解程度時應關注什么，并在判斷過程中提供一致性和公平性[6]。針對上述每一個任務和學生學習過程中的自主學習和協(xié)作的表現(xiàn)初步設計相應的評價量規(guī)，然后收集、分析學生的表現(xiàn)來不斷完善量規(guī)。

2.3 設計項目學習實踐。項目設計是一種包含知識、 行動和態(tài)度的"實習實踐"，主要有探究性實踐、社會性實踐、調控性實踐、技術性實踐和審美性實踐，這五種實踐不是截然區(qū)分的關系，而是有一定的交叉與融合[5]。以體質數(shù)據(jù)促健康為例，設計實現(xiàn)"完美體質"軟件。需經歷探究性實踐的過程：在真實世界中觀察，提出問題-該軟件需基于那些數(shù)據(jù)，然后利用工具收集分析數(shù)據(jù)；與以往所學的知識建立聯(lián)系，利用excel統(tǒng)計分析形成相應的模型，學習新知識探究利用編程語言實現(xiàn)模型，并進行驗證； 討論這款軟件的適切性，并進行完善。在這過程中，涉及社會性實踐，學生需通過聽、說、讀寫等方式交流與獲取信息，與他人建立共同解決問題的社會聯(lián)系，在討論、協(xié)作中理解、尊重他人，包容他人的差異與多樣性，積極回應他人和社會的需求。同時由于項目學習周期比認知要求高，自主性要求高需要團隊合作等特點，對學生的自我調控性要求高，學生在項目學習過程中將經歷投入學習、專注與堅持、 成長性思維、調控情緒，計劃與反思等調控性實踐。在信息技術學科中開展項目學習，技術性實踐是不可或缺的一環(huán)，對于數(shù)字原住民而言，使用技術進行學習已然是拉近學生與學習的距離了。而設計出的軟件要求盡可能將豐富的視覺、聽覺、觸覺融入其中，體現(xiàn)設計思維與審美，審美性實踐追求不僅是解決問題，而是富有美感地自決問題。

2.4 基于數(shù)據(jù)的項目學習全過程評價。項目學習是個性化學習，每個學生或小組都以獨特的方式對待這種體驗。學生經歷一系列逐步發(fā)展起來的活動，涉及種種流程和五花八門的成果，因此評價的方法需要經過深思熟慮。教師從介紹項目的那一刻起，就在不停的評價，隨著項目的進行采用各種方法和工具，以了解學生的學習體驗，并及時做出調整。項目學習既要有概念性知識、高階認知策略的評價也要包含低價的基礎知識和基本技能的評價。評價目標有核心知識、學習實踐、學習過程中的成果和最終成果。不同的評價目標采用不同的評價方式，具體見下表1-評價目標與評價方法。在信息技術課堂教學過程中，教師通過ittools學習平臺發(fā)布項目學習資源、提供學習、測驗工具，創(chuàng)建分組討論、小組合作等活動。平臺數(shù)字化學生學習過程和和學習結果，記錄學生的學習活動情況。基于數(shù)據(jù)進行項目學習全過程的評價，讓評價更科學、更可靠、更高效。

表1 評價目標與評價方法

3.在持續(xù)的學習實踐中培養(yǎng)學生信息技術學科核心素養(yǎng)

項目學習不是簡單的讓學生完成活動，做出成果，而是讓學生經歷有意義的學習實踐歷程。在信息技術課堂中建設完善的數(shù)字化學習環(huán)境，創(chuàng)設適合學生認知特征的活動情景，學生扮演學科專家的角色，利用數(shù)字化學習工具和資源進行新知學習、合作交流、實踐探索、創(chuàng)新作品，進而提升信息素養(yǎng)。下面以"體質數(shù)據(jù)促健康"-入項目活動為例說明如何在項目學習實踐中培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)。

3.1 2020年新型冠狀病毒的爆發(fā)，讓我們過了一個不同的春節(jié)，讓我們有了史上最長的寒假。提高人體免疫力可以有效對抗病毒，那么如何借助數(shù)據(jù)提高運動效率來改善我們的體質，讓自己保持免疫力最佳狀態(tài)？有沒有相應的數(shù)字化工具來幫助我們解決問題?

3.2 組織學生通過學習平臺進行討論，對驅動問題進行分解，形成思考路徑和問題鏈：要借助數(shù)據(jù)，必須知道描述體質健康的相關數(shù)據(jù)、及如何獲得這些數(shù)據(jù)；各個運動項目的鍛煉數(shù)據(jù)如何獲得，數(shù)據(jù)可靠嗎，適合高中學生嗎；如何分析這些數(shù)據(jù)，得到我們想要的結果。然后基于數(shù)據(jù)分析結果來開發(fā)軟件。

3.3 檢索獲取高一學生《國家體質健康標準》的項目及每一個項目的指標；形成學生體質數(shù)據(jù)表，方便學生收集數(shù)據(jù)。

3.4 頭腦風暴：利用在線思維導圖呈現(xiàn)"完美體質"應具備什么功能，形成初步的成果要點及評價量規(guī)第一稿。

3.5 自由分組，組成若干個7人項目小組，小組分工，每人負責一個國家體質健康標準的運動項目。課后各小組按分工進行2周的運動鍛煉，同時利用在線編輯等數(shù)字化工具收集數(shù)據(jù)。

學科教育設計意圖：創(chuàng)設真實情境，提出問題，引導學生共同參與到項目學習活動中，激發(fā)學生探究"完美體質"軟件開發(fā)的熱情。在這過程中明確如何利用數(shù)據(jù)解決問題的思路，培養(yǎng)計算思維；明確須獲取的數(shù)據(jù)和獲取的策略，甄別數(shù)據(jù)獲取方法的優(yōu)略，選擇恰當?shù)臄?shù)字化工具，信息意識是前提，同時隨著另外三個學科核心素養(yǎng)要素的發(fā)展而發(fā)展，有低級向高級轉變，提升了信息意識；學會正確評估和選用數(shù)字化工具來交流、傾聽，積極回應他人，善于運用各種數(shù)字化工具來輔助自己的學習和解決問題，想創(chuàng)新設計數(shù)字化工具幫助他人，提升數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力及信息社會責任。

如何基于項目學習培養(yǎng)信息技術學科核心素養(yǎng)，這對許多信息技術教師來說仍是一個難題，本文提出基于計算思維培養(yǎng)信息技術學科核心素養(yǎng)的項目學習設計方法，希望能為廣大信息技術教師提供參考。