基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的高中Python創(chuàng)意編程課程任務(wù)設(shè)計(jì)研究

賈云

摘要：通過梳理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與高中Python創(chuàng)意編程融合的契合點(diǎn)，結(jié)合高中信息技術(shù)學(xué)科特點(diǎn)，總結(jié)出基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的高中Python創(chuàng)意編程課程案例設(shè)計(jì)流程，并根據(jù)此流程設(shè)計(jì)出“周而復(fù)始的循環(huán)：有趣的繪圖”一課的教學(xué)策略。從實(shí)施結(jié)果來看，基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的Python創(chuàng)意編程設(shè)計(jì)能培養(yǎng)學(xué)生的批判性、創(chuàng)造性等高階思維能力，有效促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高中信息技術(shù)；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；Python創(chuàng)意編程；高階思維能力

人工智能作為國際競爭的新焦點(diǎn)，是引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略性技術(shù)。“阿爾法圍棋”的橫空出世激發(fā)了全社會的研究熱情，而ChatGPT的爆火，則把人們對人工智能的研究推向熱潮。Python作為進(jìn)入人工智能領(lǐng)域的敲門磚，在推動人工智能發(fā)展中具有不可估量的作用[1]。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-Based.Learning），由上世紀(jì)的“設(shè)計(jì)教學(xué)法”演變發(fā)展而來。北師大學(xué)者楊明全副教授將其定義為：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種建構(gòu)性的教與學(xué)方式，教師將學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)項(xiàng)目化，指導(dǎo)學(xué)生基于真實(shí)情境提出問題，并利用相關(guān)知識與信息資料開展研究、設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作，最終解決問題并展示和分析項(xiàng)目成果[2]。簡言之，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)能夠引導(dǎo)學(xué)生在展示過程、分析結(jié)果中對知識進(jìn)行深度的認(rèn)識與加工，聯(lián)系已有知識，建構(gòu)新的知識，最終達(dá)成核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

一、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與高中Python創(chuàng)意編程融合的契合點(diǎn)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與Python創(chuàng)意編程的契合點(diǎn)主要表現(xiàn)在三方面：一是培養(yǎng)目標(biāo)的一致性。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)要求學(xué)生不僅要基于整個(gè)項(xiàng)目提出問題、分析問題、做出假設(shè)、解決問題，還要展示與評價(jià)；高中信息技術(shù)Python課程立足于對學(xué)生核心能力（包括創(chuàng)新性、創(chuàng)造力等）的培養(yǎng)，兩者都指向?qū)W生批判性、創(chuàng)造性思維等高階思維能力的提升。因此，從培養(yǎng)目標(biāo)的角度，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和Python創(chuàng)意編程具有一致性。二是學(xué)習(xí)方式的相關(guān)性。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、構(gòu)想、抉擇、歸納與評價(jià)；高中Python編程課程是學(xué)生信息意識和計(jì)算思維能力培養(yǎng)的重要途徑，采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，能讓學(xué)生通過充分的探究、分享、評價(jià)等提升信息意識和計(jì)算思維能力。因此，在學(xué)習(xí)方式上項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與高中Python創(chuàng)意編程課程是相關(guān)的。三是教學(xué)過程的契合性。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在教學(xué)過程中強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的迭代性以及項(xiàng)目的展示與分享；高中Python編程課程鼓勵(lì)學(xué)生在項(xiàng)目完成的過程中掌握相關(guān)的程序，對作品進(jìn)行多次的迭代設(shè)計(jì)并進(jìn)行作品展示與分享。因此項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與高中Python創(chuàng)意編程在教學(xué)過程上是契合的。

二、任務(wù)選取及設(shè)計(jì)

（一）任務(wù)選取

“周而復(fù)始的循環(huán)”一課屬于教科版高中信息技術(shù)必修一《數(shù)據(jù)與計(jì)算》第二章第3節(jié)的內(nèi)容，是算法學(xué)習(xí)中的重要部分，包括計(jì)數(shù)循環(huán)（for語句）和條件循環(huán)（while語句）。教材中圍繞“理財(cái)”項(xiàng)目進(jìn)行展開。在教學(xué)實(shí)踐中能發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對“理財(cái)”主題的項(xiàng)目興趣不高，并且對for語句的理解不夠，容易用數(shù)學(xué)的方法直接算出答案。基于此，教師可以使用Python中的趣味turtle繪圖，從順序畫圖到循環(huán)畫圖，有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓知識逐步過渡。

（二）設(shè)計(jì)思路

根據(jù)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的思想，并結(jié)合實(shí)際教學(xué)過程，高中Python創(chuàng)意編程課程可進(jìn)行如下設(shè)計(jì)（見圖1）。

三、任務(wù)實(shí)施及評價(jià)

（一）任務(wù)目標(biāo)制定

初步掌握用Python畫一些常見的規(guī)則圖形，并能在畫圖中融入自己的創(chuàng)意；在畫圖的過程中深刻理解其中的循環(huán)結(jié)構(gòu)，掌握實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)循環(huán)的方法。

（二）創(chuàng)設(shè)情境、引導(dǎo)學(xué)生選擇項(xiàng)目

學(xué)校即將舉辦藝術(shù)節(jié)活動，計(jì)劃在藝術(shù)展廳展示學(xué)校建筑元素（多邊形圖形及螺旋圖形），請你根據(jù)相關(guān)課程，選擇你喜歡的圖形，繪制出建筑元素，并在此基礎(chǔ)上融入你的創(chuàng)意，向外界展示學(xué)校的校園文化。

（三）活動探究

1.基礎(chǔ)知識準(zhǔn)備

學(xué)生在之前的課程學(xué)習(xí)中，已經(jīng)初步掌握了順序結(jié)構(gòu)以及Python模塊的導(dǎo)入方法，對turtle常用函數(shù)有了初步理解，但對涉及重復(fù)執(zhí)行的語句，即循環(huán)結(jié)構(gòu)還不太了解。因此，教師要讓學(xué)生從已有知識出發(fā)，在探究的過程中解決問題，建構(gòu)新知。

①模塊的導(dǎo)入方法：import1turtle1as1t1或者from1 turtle1import1*

②turtle常用函數(shù)（見表1）：

2.提供教學(xué)資源

設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)習(xí)導(dǎo)學(xué)案，幫助學(xué)生厘清學(xué)習(xí)任務(wù)，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；提供for循環(huán)的語法及其格式注解、列表及其使用方法。

3.項(xiàng)目完成與交流

【活動1】用已學(xué)知識繪制一個(gè)邊長為100像素的正方形。

繪制正方形對學(xué)生來說不難，教師可要求學(xué)生用之前的順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行繪制（見圖2）。

探索發(fā)現(xiàn)：繪制時(shí)有兩行重復(fù)的代碼：“t.fd（100）t.left（90）”，即前行100像素和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度共重復(fù)4次。

教師引導(dǎo)：在程序中常常有重復(fù)執(zhí)行的動作，如果用順序語句一條一條重復(fù)來寫工作量大，代碼不夠清晰，而for循環(huán)語句可實(shí)現(xiàn)重復(fù)一定次數(shù)的循環(huán)。

語法格式：for循環(huán)變量in）range（）：

知識支架：range（）函數(shù)

師生探究：用for循環(huán)語句繪制一個(gè)邊長為100像素的正方形（見圖3）。

圖3%"用for循環(huán)語句繪制一個(gè)邊長為100像素的正方形

【活動2】分組繪制多邊形并涂色，可以在此基礎(chǔ)上融入你的創(chuàng)意。

有了活動1的基礎(chǔ)，學(xué)生初步掌握繪制多邊圖形只需要確定重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)和動作。在涂色時(shí)，學(xué)生的創(chuàng)意更多了，有的是一種顏色，有的是不同邊不同顏色，有的是對稱邊是同一顏色（見圖4）。

【活動3】繪制彩色螺旋圖形。

在拓展深入階段，讓學(xué)生繪制彩色螺旋圖形，探索在顏色變化、前進(jìn)、旋轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，還可以把基礎(chǔ)畫作對象作為一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)變化，變成更多樣的圖形，并在此基礎(chǔ)上融入你的創(chuàng)意（見圖5）。

（四）項(xiàng)目評價(jià)

學(xué)生對turtle繪圖的3個(gè)活動進(jìn)行匯報(bào)，主要匯報(bào)其中遇到的困難及克服困難的方法，以及學(xué)生自評、生生評價(jià)、師生評價(jià)等，通過師生間的思維碰撞，一方面深刻理解Python中的計(jì)數(shù)循環(huán)方法，另一方面對Python中turtle趣味繪圖也有一定的掌握。課后，教師可以布置難度升級的任務(wù)，如繪雪花等，進(jìn)一步提高學(xué)生的操作能力。

通過turtle趣味繪圖的方法，學(xué)生能在趣味中體會其中的循環(huán)思想，初步掌握for循環(huán)語句，繪制出規(guī)則的多邊形及螺旋圖形。從課堂觀察來看，學(xué)生對繪圖有較強(qiáng)的興趣，在探索的過程中，能討論分析每個(gè)圖形的重復(fù)次數(shù)及重復(fù)動作，總結(jié)繪圖規(guī)律。也能夠通過自主探究和教師提供的教學(xué)資源逐步解決問題，并融入自己的創(chuàng)意。該項(xiàng)目完成后，教師可以進(jìn)一步提出較高難度的項(xiàng)目，進(jìn)一步進(jìn)行知識鞏固，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，將Python知識創(chuàng)意化、趣味化，不斷增強(qiáng)學(xué)生的合作意識，深化學(xué)生對知識的理解和計(jì)算思維的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭曉麗.基于設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)的高中Python創(chuàng)意編程課程案例設(shè)計(jì)研究[D].佛山：佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院，2020.

[2]段劉琳.智慧課堂環(huán)境下項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究[D]昆明：云南師范大學(xué)，2022.

見習(xí)編輯/張婷婷