面向真實(shí)場景的編程項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐與思考

呂紅專 吉林省四平市教育學(xué)院

編程教學(xué)容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但隨著學(xué)習(xí)的深入、難度的增加，學(xué)生容易產(chǎn)生知難而退的想法，而項(xiàng)目化學(xué)習(xí)有助于將興趣與學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)建立聯(lián)系，通過發(fā)現(xiàn)問題、分解問題等幫助學(xué)生克服畏難情緒。面向真實(shí)場景的編程項(xiàng)目式教學(xué)將學(xué)生置于問題解決的過程之中，能讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用信息科技的概念和原理解決問題，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。下面，筆者結(jié)合實(shí)踐談一談面向真實(shí)場景的編程項(xiàng)目式教學(xué)的價(jià)值和教學(xué)模式。

● 走向計(jì)算行動(dòng)：編程教學(xué)的現(xiàn)實(shí)需求

從20世紀(jì)80年代的程序設(shè)計(jì)熱開始，人們就將眼光聚焦在編程教學(xué)上。但以前的中小學(xué)編程教學(xué)過多地強(qiáng)調(diào)了代碼本身，強(qiáng)調(diào)要打好學(xué)生編程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，導(dǎo)致編程主要聚焦于讓學(xué)生理解編程的細(xì)節(jié)要素，如變量、循環(huán)、條件、并行、運(yùn)算符和數(shù)據(jù)處理等。這種“打好基礎(chǔ)后再應(yīng)用”的想法容易讓學(xué)生感覺編程學(xué)習(xí)枯燥乏味（感受不到編程學(xué)習(xí)的價(jià)值與意義，即不能運(yùn)用編程解決真實(shí)世界的問題）。美國邁克·蒂森鮑姆等人提出了“計(jì)算行動(dòng)(computational action)”思想。計(jì)算行動(dòng)是一個(gè)新的編程教育框架，提出在學(xué)生學(xué)習(xí)編程時(shí)，通過將編程教育置于與學(xué)生緊密相關(guān)的現(xiàn)實(shí)世界中，從而讓更多學(xué)生更加樂于參與到編程的學(xué)習(xí)中來。

“計(jì)算行動(dòng)”就是要學(xué)習(xí)者自我驅(qū)動(dòng)解決真實(shí)問題的編程教學(xué)樣態(tài)。但這種以學(xué)習(xí)者為中心的編程教育，需要重新審視如何為學(xué)習(xí)者提供支持。教師要在沒有預(yù)設(shè)解決方案的復(fù)雜教學(xué)環(huán)境中從容應(yīng)對(duì)各種生成性問題，要引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)解決方案，而不是直接給他們答案。通過自主解決真實(shí)問題，學(xué)生參與了有意義的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，而不是預(yù)先制訂好的編程練習(xí)。

● 編程教學(xué)面向真實(shí)場景的價(jià)值

編程教學(xué)中最為重要就是提供真實(shí)場景，那么，面向真實(shí)場景對(duì)于編程教學(xué)有何價(jià)值與意義呢？編程項(xiàng)目式教學(xué)使用真實(shí)生活場景有如下優(yōu)點(diǎn)：①保持學(xué)習(xí)者的中心地位。過去，信息是“推”給學(xué)生的，但現(xiàn)在轉(zhuǎn)變?yōu)樽寣W(xué)生根據(jù)需要“找”信息。真實(shí)生活場景是一個(gè)沉浸式的場景，學(xué)生需要在真實(shí)問題解決中學(xué)會(huì)自己尋找信息、提出解決方案和進(jìn)行評(píng)價(jià)。②知識(shí)保持能力增強(qiáng)。引入真實(shí)的生活場景能夠很好地實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)效果，學(xué)生更容易形成深度記憶，知識(shí)的保持能力增強(qiáng)。③立即應(yīng)用知識(shí)。真實(shí)的生活場景將學(xué)生置于真實(shí)問題解決的過程中，使學(xué)生能夠在日常生活中輕松、直接地應(yīng)用技能和知識(shí)。④學(xué)會(huì)問題解決。學(xué)生通過真實(shí)的生活場景提出問題，并聚焦驅(qū)動(dòng)性問題。驅(qū)動(dòng)性問題具有支架和導(dǎo)向的作用，通過驅(qū)動(dòng)性問題可以確認(rèn)核心任務(wù)，有助于學(xué)生結(jié)合已有的知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)驗(yàn)和習(xí)得的核心知識(shí)解決問題。

● 面向真實(shí)場景的編程項(xiàng)目式教學(xué)模式及案例

面向真實(shí)場景的編程項(xiàng)目式教學(xué)主要通過真實(shí)生活中的問題解決，幫助學(xué)生理解編程的概念與原理，學(xué)會(huì)利用編程解決問題。學(xué)生在完成編程項(xiàng)目的過程中，以真實(shí)問題為起點(diǎn)，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分解問題、提出方案、迭代優(yōu)化和思維拓展等具體的實(shí)踐過程。筆者根據(jù)日常教學(xué)研究，歸納了面向真實(shí)場景的編程項(xiàng)目式教學(xué)模式，如下圖所示。

下面，筆者以“智能植物監(jiān)測系統(tǒng)”項(xiàng)目為例詳細(xì)地講解面向真實(shí)場景的編程項(xiàng)目式教學(xué)過程。

1.根植真實(shí)場景，發(fā)現(xiàn)問題

無論是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的概念還是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的黃金法則，都強(qiáng)調(diào)了“真實(shí)性”這個(gè)要素。真實(shí)場景會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的相關(guān)性并學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)。因此，教師需要從學(xué)生的真實(shí)生活經(jīng)驗(yàn)入手，遴選真實(shí)問題，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。長期離家后植物無人養(yǎng)護(hù)是學(xué)生關(guān)心的問題，因此，筆者提出“智能植物監(jiān)測系統(tǒng)”項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生從這一真實(shí)生活情境出發(fā)，發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行調(diào)研和分析問題。

2.確定驅(qū)動(dòng)問題，分解問題

驅(qū)動(dòng)性問題是學(xué)生探究的興趣點(diǎn)，通過真實(shí)的問題設(shè)計(jì)可以讓學(xué)生看清問題的本質(zhì)（確認(rèn)核心任務(wù)）。在確定了驅(qū)動(dòng)問題之后，還要對(duì)問題進(jìn)行細(xì)化分解，形成結(jié)構(gòu)化的子問題任務(wù)。“智能植物監(jiān)測系統(tǒng)”項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)問題是“如何確保家里的植物健康成長”，由此聚焦核心任務(wù)，即設(shè)計(jì)一款智能植物監(jiān)測系統(tǒng)。然后對(duì)驅(qū)動(dòng)性問題進(jìn)行解構(gòu)剖析，即分解問題，形成問題鏈（需要鏈接問題與知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)，逐步完成目標(biāo)）。

3.編程算法設(shè)計(jì)，提出方案

該環(huán)節(jié)要通過小組協(xié)作的方式形成解決方案，根據(jù)子問題進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)與算法設(shè)計(jì)。學(xué)生需要思考參數(shù)如何確定、應(yīng)用哪些控件編寫程序、需要用到哪些硬件等問題。教師要引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)化地分析問題，持續(xù)探索，反復(fù)迭代，優(yōu)化程序，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)編程算法解決問題的能力。

4.驗(yàn)證算法程序，迭代優(yōu)化

學(xué)生在驗(yàn)證調(diào)試的過程中會(huì)不斷地進(jìn)行糾錯(cuò)和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)解決方案的升級(jí)。“智能植物監(jiān)測系統(tǒng)”項(xiàng)目中可能會(huì)發(fā)現(xiàn)新的問題，如不同植物的生存條件不一、不能根據(jù)植物的特性調(diào)整參數(shù)等。有的小組想到采用智能植物牌詳細(xì)記錄植物信息，將植物的生存信息掛置在花盆處，然后根據(jù)植物信息管理植物的方法。

5.分享交流評(píng)價(jià)，思維拓展

最后，教師要及時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。教師可以通過項(xiàng)目成果展示和答辯等形式進(jìn)行分享評(píng)價(jià)，以促進(jìn)學(xué)生反思能力的發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)深度思考。

● 教學(xué)效果與反思

1.學(xué)生能夠進(jìn)行“有效的學(xué)習(xí)”

學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中需要根據(jù)以往的知識(shí)和客觀規(guī)律去思考方案，需要經(jīng)過“試錯(cuò)—改錯(cuò)—總結(jié)”才能學(xué)會(huì)使用工具，需要通過查找書本內(nèi)容、上網(wǎng)查找解決方案或閱讀“操作指南”才能找到解決方法，而不是傳統(tǒng)灌輸式地接收知識(shí)，學(xué)生無時(shí)無刻不在進(jìn)行著“有效的學(xué)習(xí)”。

2.形成問題解決的邏輯思維

編程過程與在生活中解決問題的思路相似。當(dāng)遇到問題時(shí)，首先分析所要達(dá)到的目標(biāo)，其次思考為達(dá)成這樣的目標(biāo)需要解決什么問題，最后開始實(shí)施。通過這一過程可以幫助學(xué)生形成問題解決的邏輯思維，有助于其他生活問題的有序解決。

3.培養(yǎng)學(xué)生的工程思維

工程師最大的特征是具有模塊化的系統(tǒng)思維方式，他們擅長將復(fù)雜問題進(jìn)行分解，也擅長將其綜合解析。將復(fù)雜問題分解成子問題與子結(jié)構(gòu)被稱為“解構(gòu)”；經(jīng)過對(duì)子問題與子系統(tǒng)分而治之，找到各部分解法后加以綜合，這種方式被稱為“建構(gòu)”。在接收到教師布置的項(xiàng)目時(shí)，組長把任務(wù)分解成多個(gè)子任務(wù)，通過分工團(tuán)隊(duì)中各個(gè)成員需完成“解構(gòu)”后的子任務(wù)。之后，小組交流合作把子任務(wù)的各種解決辦法進(jìn)行綜合，形成具有科學(xué)性和邏輯性的解決方案。不同小組形成的解決方案可能不唯一，因?yàn)楣こ趟季S具有容錯(cuò)性，可能存在一個(gè)子任務(wù)的解決方案是錯(cuò)誤的，這時(shí)需要小組中其他成員發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并反復(fù)修改。

4.實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用

學(xué)生在完成編程的同時(shí)，也學(xué)習(xí)了其他學(xué)科的知識(shí)，即以程序目標(biāo)為索引，對(duì)跨學(xué)科知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用。

● 結(jié)束語

在編程教學(xué)的過程中，教師需要結(jié)合課堂實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和學(xué)生的實(shí)際水平不斷改進(jìn)教學(xué)方法，以平衡學(xué)生畏難的心理與深入學(xué)習(xí)之間的矛盾。面向真實(shí)場景在編程教學(xué)中應(yīng)用項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，以問題為主線，以技術(shù)操作為暗線，實(shí)現(xiàn)了從關(guān)注技能操作層到關(guān)注思維層面發(fā)展的轉(zhuǎn)變。它從真實(shí)的生活問題出發(fā)，激發(fā)了學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力，通過問題鏈啟發(fā)思維，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生高階認(rèn)知的建構(gòu)，并通過主動(dòng)分析問題、合作探究分解任務(wù)、用計(jì)算思維的方式解決問題，培養(yǎng)了學(xué)生的信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)。信息科技課程的不斷發(fā)展也對(duì)教師提出了更高的要求，教師只有時(shí)刻保持學(xué)習(xí)的態(tài)度，樂于接受新鮮事物，學(xué)習(xí)新工具，才能將教育做成一門藝術(shù)。