基于計算思維的高中信息技術課程創新型學習項目設計與實施

邵芳芳

摘要：本文從計算思維、項目式學習等概念出發，闡述了本研究的設計背景與目的，詳細描述了基于計算思維的創新型學習項目設計與實施的過程，最后對創新型學習項目設計與實施的意義加以總結和反思。

關鍵詞：計算思維；創新型學習項目；項目式學習

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）10-0055-04

概念表述與理解

1.計算思維

周以真教授認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。就信息技術課堂教學而言，培養學生的計算思維就是教師要幫助學生搭建現實與用“計算機解決”之間的橋梁。

2.項目式學習

項目式學習是一種動態的學習方法，是將原本抽象的知識融入每一個項目任務活動中，以學習項目為抓手，引領學生在真實的項目（任務）情境中親身探索、實踐，主動探索和挑戰現實世界的問題，在有意義的學習實踐歷程中發現學習知識的價值與意義，自主實現知識意義的建構，形成技能，發展能力。

3.創新型學習項目

創新型學習項目以“創新”為著力點，以設計具有創新意義的科技作品為最終目的，科學設計完整的項目學習活動，讓學生在項目化學習的實踐體驗、內化吸收、探索創新中深度思考，在此過程中落實計算思維和創新能力的培養和提升，獲得知識技能和學科素養的縱深發展。

設計背景

筆者與學校信息技術教研組全體成員以及所在區部分信息技術教師一起，以課標為引領，以課題為主線，以學習項目為抓手，設計了一系列創新型學習項目，以期在項目的設計與實施過程中，逐步培養和提升學生的計算思維，感悟技術創新的重大意義。

基于計算思維的創新型學習項目設計與實施

下面，筆者以項目“列表的綜合應用——社區卡口車輛自動識別開關門模擬系統”為例，詳細闡述項目的設計與實施過程。

1.項目設計背景

筆者從學生真實的生活情境出發，設計了“社區卡口車輛自動識別開關門模擬系統”項目作為本課的主線和內容，引領學生對項目進行需求分析、算法設計與實現，并在此基礎上進行創意設計。

（1）學情分析

本項目的授課對象為高二年級的學生，他們的學習基礎和能力較好，喜歡動腦思考，喜歡挑戰和探究新事物。經過前一階段的學習，學生掌握了（順序、分支、循環）算法的三大控制結構，學習了列表的相關知識（創建、添加、刪除元素等）和一些簡單函數的使用方法，但還沒有對列表進行綜合應用的經驗。

（2）教學目標

①基于真實項目情境，從信息系統開發的角度設計問題鏈，引發深度思考，運用計算思維形成解決問題的方案，并應用Python模擬和實現方案。（計算思維、數字化學習與創新）

②在完成項目的過程中，在遇到技術問題時，能夠有意識地閱讀教師提供的學習資料尋求幫助，進而解決技術難題。（信息意識、數字化學習與創新）

③靈活運用列表知識結合算法的控制結構，完成項目的設計與實現，在此過程中體驗信息技術行業實踐者真實的工作模式和思考方式。（計算思維、數字化學習與創新）

（3）教學重難點

重點：“社區卡口車輛自動識別開關門模擬系統”項目的分析設計和算法描述；靈活運用列表知識，結合算法的控制結構，完成自創項目的設計與實現。

難點：根據項目主題，準確分析項目需求，靈活運用列表相關知識，結合算法的控制結構，高效完成項目的分析、設計與實現。

2.項目評價設計

筆者為學生設計并提供了“項目評價量規”（如表1），從思維、創新、交流表達三個維度為學生的學習與實踐提供指引。以“需求分析→算法描述→程序實現”貫穿項目的每個環節，并將學生每一環節的完成狀況與評價量規中的對應指標進行比對，以實時掌握學生設計與開發本項目的思考過程與落實情況，以及教學目標的達成和教學重難點的突破情況。

3.項目教學過程

（1）創設情境，引入新課

筆者帶領學生回顧上節課后布置的作業——“社區卡口車輛自動識別開關門模擬系統”項目的設計與實現，明確項目設計背景。提出問題：如何設計一個“社區卡口車輛自動識別開關門模擬系統”，對進出社區的車輛進行車牌號識別，為車主提供更便捷的出行服務？

設計意圖：基于真實問題情境設計項目導入課題，激發學生學習興趣，幫助學生感悟信息技術與信息社會的緊密關系。（信息意識）

（2）項目引領，熟悉流程

教師展示某位學生課后作業的完成過程，以及和教師交流作業過程的記錄（如下頁圖），引導學生關注在完成項目之前思維過程的重要性，以此引出本課設計“系統開發任務書”的意義所在。

教師從“系統分析”（為什么要設計該系統？系統的使用對象？）、“系統設計”（系統的功能？輸入數據？輸出數據？系統實現的算法？）、“系統實施”（Python編程實現）三方面，以問題鏈的形式引導學生深入思考，分析“社區卡口車輛自動識別開關門模擬系統”項目的“系統開發任務書”（如下頁表2）中的各項內容，在幫助學生掌握信息系統項目開發基本流程的同時，注重計算思維過程的培養。

設計意圖：從信息系統開發的角度，設計問題鏈，引發學生思考，提升學生的信息意識與計算思維，在此過程中，幫助學生熟悉信息系統開發的基本流程。

（3）自創項目，思維進階

拓展作業：以小組為單位交流探討“還能應用列表（List）結構，模擬或設計哪些其他項目？”，并將自己的想法填寫在“自創項目系統開發任務書”中的指定位置。

設計意圖：驗證學生對知識的遷移能力；檢測學生是否有足夠的創新意識和創新能力去設計和實現一個好的項目。

（4）作品展示，評價交流

學生展示并介紹自創項目系統的設計方案。

①項目主題。

②設計背景描述。

③系統分析。（a.為什么要設計該系統？b.系統的使用對象？）

④系統設計。（a.系統功能？b.輸入數據？c.輸出數據？d.系統實現的算法？）

教師根據學生的項目作品介紹和展示，對其項目系統的設計與實現中的優點與問題進行點評和小結。

設計意圖：幫助學生梳理自己的思維過程，強化計算思維與信息意識，提高交流表達能力。

創新型學習項目設計與實施的意義及反思

通過一系列創新型學習項目的設計與實施，與項目實施前相比，學生更加關注生活、關注社會，能夠熟練掌握用計算機可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結構模型、合理組織數據并設計算法形成解決問題的方法，能用自己熟悉的數字化編程工具創造性地解決問題。在項目作品的解析與設計開發過程中，學生熟悉了項目開發的全流程，了解了創意和思維對項目開發的重要性，體驗到一個好項目對社會生產生活的重要影響，學生的計算思維和數字化學習與創新能力都得到了顯著提升。

作為科技教育工作者，應從大處著眼、小處著手，于教育變革中深入實踐，勇于質疑、探索、反思、提升，做學生的引路人，使其在成長期擁有一定的科學思維和創新意識，并借助技術的物化作品來塑造自我，回饋社會。

參考文獻：

[1]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2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]陳永存.小學信息技術教學實施策略研究之計算思維的培養[J].中小學信息技術教育，2021（07）：83-85.