面向高中生計算思維培養的項目式混合學習設計研究

史新新

摘要：針對信息技術課程中計算思維培養面臨的信息技術課程不被重視、教學方法單一、課時分配較少、學生與教師在課堂之外互動較少等現實問題，以促進計算思維培養為目標，分析了項目式混合學習計算思維能力培養的可行性，提出了項目式混合學習教學設計框架，以普通高中教科書信息技術選擇性必修5“三維設計與創意”第二章“構建三維模型”為例設計教學，期望為促進學生計算思維能力發展提供思路。

關鍵詞：計算思維；項目式學習；混合學習

一、前言

計算思維從思維意識上來講是超越以計算機科學的基礎概念進行問題的求解，是在思維領域中以意識指導為存在的內容[1]。王榮良認為計算思維是一種人的本質，就像閱讀、寫字、做算法一樣是每個人生活中都應該具備的最普通、最基礎的和不可或缺的思維方式[2]。

自《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》頒布以來，計算思維作為信息技術課程核心素養，受到了學者們的關注，學者們圍繞計算思維培養開展了一系列的理論與實踐探究。項目式學習模式對發展學生的計算思維效果能力顯著，可以有效促進學生計算思維的提高[3]。任友群指出“中小學信息技術課程是信息技術教育的基本途徑，應當順應時代特征，發展學生的技術意識與思維方式[4]。”

然而，信息技術課程作為計算思維培養的主要學科，存在課程不被重視、教學方法單一、課時分配較少、學生與教師在課堂之外互動較少等問題，如何在信息技術課程中優化高中生計算思維培養方式？文章通過將項目式學習與混合學習相結合的方式進行研究，以期為計算思維培養提供參考。

二、計算思維能力培養困境

（一）項目式學習教學內容多，周期長

一個完整的信息技術課程教學項目包含知識點較多，不僅包括基礎性知識，還包含制作項目作品的操作性知識。在信息技術課程中進行項目式學習則需要將內容劃分為多個子項目。信息技術課程作為非主科課程，課時少，進行項目式學習需要的時間周期就較長，因此在信息技術課程中需要更加合理地利用時間。

（二）對教師要求高

教師在課前需要花費大量時間進行教學設計，預設教學過程中困難出現的情況，設計良好的驅動問題來推動學生學習，同時也要熟悉操作以幫助學生解決操作過程中可能遇到的困難，指導學生完成項目作品。

（三）教學方法單一

在實際的信息技術課程教學中，信息技術課程課時較少，而高中生還面臨著學業水平測試，課堂教學以教師講授為主。因為課時少，即使項目式教學作為培養學生計算思維的有效方式，也很少被采用。

三、項目式混合學習介紹及可行性分析

一般認為項目式學習來源于美國教育家杜威“從做中學”的教育理論，后經“設計教學法”的加工產生了項目式學習[5]。近年來，作為深化基礎教育課程教學改革的路徑之一，項目式學習開始上升到國家層面的政策文件中，并不斷引領實踐變革[6]。項目式學習作為一種被廣泛應用于各學科并行之有效的教學模式，在計算思維培養中得到了廣泛關注并被大量實踐探究。混合學習是指面對面學習與線上學習中學習方式和教學方法的混合，以及技術與教學的混合[7]。 經過相關學者研究證實項目式學習對于培養學生的計算思維起著不可替代的作用。信息技術課程是培養計算思維的重要課程載體，混合學習能夠彌補信息技術課程中教師與學生在課堂外互動少、課時分配不足等問題，所以采用項目式學習與混合學習相結合的方法來培養學生的計算思維。學生在課前學習階段能夠掌握基本基礎知識，從而使課堂上的時間能夠被更加高效地利用，實現教學效益最大化。學生在課前學習時遇到的問題可以通過雨課堂、學習通等線上學習的方式反饋給教師，教師則針對學生反饋的問題進行答疑，幫助學生掌握知識，解除疑惑。同時教師對于學生的知識、操作掌握情況也能有更深入的了解，可以在課堂面對面學習環節更有針對性地進行教學。學生通過動手操作制作作品以鞏固知識，通過評價進行反思并修改完善作品，從而進一步提升學生的計算思維能力，促進學生計算思維的發展。

四、項目式混合學習教學設計

（一）教學框架設計

1．理論基礎

（1）建構主義

建構主義認為學習是獲取知識的過程，但知識不是通過教師傳授得到，而是在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得的[8]。學生應該在真實的情境中通過小組成員的溝通交流、共同分享學習資源，完成學習任務。項目式混合學習與建構主義一致強調真實情境與合作的重要性，從而激發學生學習的積極性。

（2）人本主義

人本主義重視學習者的感受，認為教育應該將學習變為學生內心的愿望和自身的需要，讓學生對學習的積極性最大化[9]。項目式混合學習強調學生的主體地位，學生可以自主決定什么時候學、通過什么方式學，學生擁有巨大的自主權。

2．框架

項目式學習包括內容、活動、情境和結果；計算思維包括算法思維、評估、分解、抽象、概括，文章采取線上與線下相結合的混合學習作為教學組織形式，基于三者提出了信息技術課程基于混合學習的項目式學習教學框架（見圖1）。

（二）設計步驟

1．教學內容選取

在教學內容的選擇方面，不能隨意選擇一節信息技術課程內容就套用項目式混合學習框架，要選擇適合進行項目式混合學習的教學內容，并進行有效的設計，充分發揮項目式學習在信息技術課程中培養計算思維方面的優勢。教學內容選定之后，項目內容也隨之確定，在組織項目內容時需要提出驅動性問題從而引導學生完成任務。

2．教學目標設計

通過項目式混合學習培養學生的計算思維，目的是使學生在算法思維、評估、分解、抽象、概括等方面有所發展，然而一節課程很難將這五個方面全部覆蓋，因此，教學目標可以只選取五個方面中的一個或多個。目標內容的組織也應該合理，目標設置不宜過大或過小，相反的設置不能對教學起到積極作用。良好的教學目標可以促進教師的教和學生的學，教師根據教學目標把握整體教學，學生根據教學目標提前了解應該達到的學習目標，使學生有目的學，提高學習效果。

3．混合式學習模式選擇

斯泰克和霍恩提出混合學習的四種模式：循環模式、靈活模式、自我導向混合模式、富虛擬模式。我國學者穆肅根據英國學者克拉克對于混合學習復雜程度的分類提出了四種不同復雜程度的混合學習即組合式混合學習、結合式混合學習、整合式混合學習、融合式混合學習，以及混合學習的二維框架，并針對四種復雜程度的混合學習進行了初步設計與實施，最后指出不同課程應該根據課程本身選擇不同復雜程度的混合學習方法。混合學習的分類方式不是唯一的，在信息技術課程實際教學中混合學習模式也應該依據課程性質靈活選擇，可以將多種混合學習模式應用于一節課中。

4．教學實施過程

文章采取在教學實施之前需要根據選擇的混合學習模式確定線上學習與線下學習的關系，確定教學環境（如機房轉換則需要進入機房進行線上學習）。在確定好混合學習模式、準備好教學設計后就可以進行教學實施。教學實施過程對教師要求較高，教師不僅需要引導學生進行項目式學習，逐步深入，給學生答疑，幫助學生順利完成學習任務，還要收集學生學習數據。學生在線上學習中遇到的問題或者是難理解的知識，可以通過線下學習時小組成員討論、合作解決，也可以向老師尋求幫助。解決學習過程中遇到的問題后，學生就可以進入動手實踐階段，作品制作完成后，學生展示作品，教師針對學生作品進行評價，學生組間、組內互評。

5．教學效果評價

教學效果評價可以采用將形成性評價與終結性評價相結合的方式進行，不僅重視結果，同樣重視學習過程中學生的表現。教師針對教學實施過程中學生的表現采集數據進行形成性評價。對于項目作品的評價可以采用教師評價、組內互評、組間互評多種方式相結合的方法進行評價。計算思維教學效果目前并沒有統一的評價體系，劉嬌指出計算思維的評估方法包括量表評估、作品分析評估、訪談式評估以及測試題評估[10]。我國學者在進行計算思維測量時多根據國外學者提出的框架進行問卷量表設計從而測量學生的計算思維發展變化。對于教師而言，獨立進行計算思維量表設計是一項艱巨的任務，量表的信度、效度也難以保證。那么如何有效測量學生計算思維的提升便是當下亟須完成的任務。在實際教學中，教師可以參考我國學者編寫的問卷量表或者國外學者編制的量表、試題等進行測量。與此同時，教師也應該提升自身知識水平，以期更好勝任教學，更有效測量學生的計算思維提升水平。

五、應用案例設計

將面向學生計算思維能力培養的項目式混合教學設計框架應用于普通高中教科書信息技術選擇性必修5“三維設計與創意”第二章“構建三維模型”課程的設計中，要求學生通過學習能夠掌握構建三維模型的方法，體驗設計模型、制作零件模型、裝配零件并發布的過程，掌握三維建模的基礎知識和基本操作，學會構建簡單的三維模型[11]。

（一）學習者分析

學生通過學習已經掌握了三維設計基礎，了解了三維設計相關技術的發展以及三維技術在社會中的應用，對于本節課即將要學習的內容表現出極大的熱情和興趣。

（二）教學過程設計

1．項目內容確定

項目內容選擇人教版高中信息技術課程選擇性必修5第二章的內容，項目主題為三維飛機設計。

2．項目活動設計

在上課之前，教師將所要學習的三維建模基礎、三維建模方法、三維模型設計等知識發送給學生，學生根據自身情況進行自主學習，不理解的知識點可以重復觀看，學生自行決定學習進度。學生完成課前學習任務后即可投入到線下學習。線下學習活動流程如圖2所示。

（1）學生根據線上學習了解不同三維設計軟件的特點之后，根據需要進行三維設計軟件安裝，熟悉軟件操作流程。

（2）學生與組內成員一起制定模型設計方案，分工合作進行零件設計。

（3）學生在完成分配任務后，根據線上學習過的知識進行作品制作，并將小組成員制作的零件進行裝配，得到完整的作品。

（4）學生制作完成后，以小組為單位展示項目作品，教師以及學生對各小組作品進行評價。

3．項目情境創設

教師要為學生創設貼近生活的真實情境，引起學生的學習興趣，激發學生的求知欲，提高學習效率。

4．組織成果展示

學生在小組分工合作分別完成三維作品的零件制作以后將零件組合為作品，檢查作品，發布作品，最終得到完整的項目作品。教師組織小組展示作品，并指出優缺點，小組之間互相評價選出最優作品，分享制作經驗。各組學生根據評價意見修改完善作品。

（三）教學評價

在信息技術課程教學評價過程中，教師應通過多樣的評價方式激勵和引導學生。

1．學生自我評價

學生根據自己的實際掌握情況填寫表格，教師可以根據學生自我評價的結果進一步了解學生的學習效果。學生不僅要評價知識掌握程度，還要評價計算思維發展。學生應能掌握三維設計中關于建模的基本知識與技能，加深模塊化信息處理能力，并逐步延伸到系統化的信息處理能力。

學生計算思維能力的評價可以使用計算思維評價量表。制作評價量表參考《普通高中信息技術課程標準》中的計算思維水平劃分細則。學生根據評價量表進行自我評價（見表1）。

2．教師評價

（1）形成性評價

在形成性評價中，老師需要確定任務、收集資料與學生共同討論，在討論中滲透教師的指導作用，與學生共同評價。

（2）終結性評價

在項目結束后，可以針對學生的學習情況進行評價以檢驗學生的學習效果。學生根據教師的評價進一步修改、完善作品。教師根據教學效果、學生課堂表現以及學生作品完成度進行反思，進一步修改、優化教學設計，總結教學經驗，為下一次更完善地教學奠定基礎。

教師的評價對學生的學習具有導向作用，在評價過程中，教師應盡可能地做出不同的評價，不能機械地生硬夸獎，也不能一味地批評學生，要有針對性地對學生作品提出建設性修改意見，幫助學生完善作品。一門具有教育意義的課程需要教師和學生共同努力才能完成。

六、結語

信息技術課程是培養學生計算思維的基本途徑，發揮學科優勢對計算思維的培養起到不可替代的作用。文章構建了面向計算思維培養的項目式混合學習設計框架，將項目式學習與混合學習相結合是實現計算思維培養目標的一條路徑，是凸顯“學主教從、以學定教、先學后教”的專業路徑。需要注意的是，項目式混合學習的實施對于教師的要求較高，教師要熟悉項目式混合學習的流程，并不斷提高自身能力，發揮項目式混合學習的作用，構建高效課堂以培養學生計算思維。學生也需要在課前學習基本知識與基礎操作，為課堂實際操作打好基礎，提升自身能力，促進個體計算思維發展。

參考文獻

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作者單位：喀什大學教育科學學院

責任編輯：周航