基于項目式學(xué)習(xí)的計算思維能力培養(yǎng)探索與實踐

【摘 要】基于項目式學(xué)習(xí)可以實現(xiàn)計算思維的模擬、仿真、驗證解決問題的過程。學(xué)生通過對文獻(xiàn)的研究以完成任務(wù)的分解；通過制定方案可以完成對任務(wù)的抽象表達(dá)和對算法的設(shè)計；通過合作探究可以完成對數(shù)據(jù)的建模；通過交流評估拓展學(xué)生的思維，及時發(fā)現(xiàn)程序中的漏洞與不足，優(yōu)化程序設(shè)計，讓學(xué)生在“做中學(xué)”“玩中學(xué)”，在思考和探索中創(chuàng)造新事物，在解決實際問題中進(jìn)一步發(fā)展計算思維。

【關(guān)鍵詞】項目式學(xué)習(xí)；計算思維；校本活動課程；教學(xué)策略

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

【論文編號】1671-7384（2024）07-064-02

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》強(qiáng)調(diào)以數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能為課程的邏輯主線，按照義務(wù)教育階段學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，統(tǒng)籌安排各學(xué)段學(xué)習(xí)內(nèi)容，著力培養(yǎng)學(xué)生的信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任四方面核心素養(yǎng)。基于項目式學(xué)習(xí)可以實現(xiàn)計算思維的模擬、仿真、驗證解決問題的過程，通過學(xué)生對文獻(xiàn)的研究以完成任務(wù)的分解；通過制定方案可以完成對任務(wù)的抽象表達(dá)和對算法的設(shè)計；通過合作探究可以完成對數(shù)據(jù)的建模；通過交流評估可以形成對程序的優(yōu)化迭代。

計算思維和項目式學(xué)習(xí)

1．計算思維

計算思維是指個體運用計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計等思維活動。具備計算思維的學(xué)生，能對問題進(jìn)行抽象、分解、建模，并通過設(shè)計算法形成解決方案；能嘗試模擬、仿真、驗證解決問題的過程，反思、優(yōu)化解決問題的方案，并將其遷移運用于解決其他問題。

2．項目式學(xué)習(xí)

美國巴克教育研究所指出，項目式學(xué)習(xí)是一種系統(tǒng)化的教學(xué)思想和方法，它是對一個復(fù)雜的、現(xiàn)實的問題進(jìn)行研究的過程，同時也是一個項目作品的設(shè)計、計劃和實施的過程。在此階段，學(xué)生能夠進(jìn)行知識的構(gòu)建與技能的培養(yǎng)。北京師范大學(xué)劉儒德教授指出，項目式學(xué)習(xí)是一種以問題為導(dǎo)向、以探究問題為中心的學(xué)習(xí)活動，在這一過程中，學(xué)生的思維能力及問題解決能力都能夠得到良好的發(fā)展。一般而言，項目式的教學(xué)過程包括六大環(huán)節(jié)：確定主題、制定分工、確定項目方案、合作探究實踐、交流成果、總結(jié)評估。

項目式學(xué)習(xí)讓學(xué)生解決自己身邊的真實問題，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生在“做中學(xué)”“玩中學(xué)”，在接近實際的學(xué)習(xí)環(huán)境中得到鍛煉。本文以北京市門頭溝區(qū)大峪第二小學(xué)四年級校本活動課程“評比讀書小狀元”為例，探討如何基于項目式學(xué)習(xí)發(fā)展小學(xué)生的計算思維，培養(yǎng)學(xué)生的信息科技素養(yǎng)。

基于項目式學(xué)習(xí)的教學(xué)策略

1．創(chuàng)設(shè)情境，明確任務(wù)

在基于項目式學(xué)習(xí)的教學(xué)中，教師要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精心設(shè)計，再創(chuàng)造真實的問題情境，提出問題并設(shè)定問題的切入點，使問題的導(dǎo)向更加清晰。這一階段的教學(xué)目標(biāo)主要是讓學(xué)生通過對情境的直觀認(rèn)識，明確問題的任務(wù)，使學(xué)生能夠在現(xiàn)實環(huán)境中對問題的本質(zhì)進(jìn)行抽象、分解，完成關(guān)鍵字、關(guān)鍵變量的定義。

本課設(shè)計的任務(wù)是學(xué)校進(jìn)行閱讀小狀元的評選，根據(jù)學(xué)生的閱讀量設(shè)計一個程序完成小狀元的評選 。主題確定了，任務(wù)即隨之明確：比較閱讀量。學(xué)生開始分組討論，分解任務(wù)尋找問題的切入點?！伴喿x量”是一個關(guān)鍵，是以“字”為單位，還是以“本”為單位；“小狀元”是一個人，還是一批人，一批人有多少；評選有沒有時間和范圍限制，是一個學(xué)期還是一個學(xué)年；是以年級為單位進(jìn)行評選，還是全校一起評選……學(xué)生將評選小狀元的任務(wù)分解成若干個小任務(wù)，在小任務(wù)分析中確定關(guān)鍵因素，理解問題的本質(zhì)。接下來開始設(shè)置關(guān)鍵字，并把關(guān)鍵字抽象成為計算機(jī)能夠識別的變量符號。這一階段的目標(biāo)就是發(fā)展學(xué)生合作學(xué)習(xí)、抽象問題本質(zhì)的能力。

2．查找文獻(xiàn)，確定方案

項目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)文獻(xiàn)研究。學(xué)生可以通過調(diào)查研究、走訪學(xué)校需求，在對相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行整理和親身實踐的基礎(chǔ)上，提出問題解決方案，再經(jīng)過團(tuán)隊研討、探究實踐等一系列學(xué)習(xí)活動確定方案，完成算法的設(shè)計，實現(xiàn)算法從思維導(dǎo)圖過渡到流程圖。

筆者讓學(xué)生以小組討論的方式來定義問題，通過走訪學(xué)校主管教師了解“閱讀量”的含義；通過下發(fā)調(diào)查問卷收集學(xué)生對“小狀元”的認(rèn)知；通過查找資料明確小狀元評選的“周期”。再經(jīng)過小組的討論制定“評選小狀元”的方案：以閱讀字?jǐn)?shù)5000字為合格線，8人為上線，以學(xué)期和年級為單位進(jìn)行評選。首先分年級統(tǒng)計學(xué)生在本學(xué)期的閱讀量，不足5000字的不能入選，然后根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)篩選出前3名學(xué)生，并輸出3人的姓名、年級、閱讀量和名次。這一階段教師要準(zhǔn)備相應(yīng)的框架（思維導(dǎo)圖），幫助學(xué)生分析問題，引導(dǎo)學(xué)生思考。這一步是讓學(xué)生以小組討論的方式進(jìn)行思考，并對問題進(jìn)行整體分析，以提高學(xué)生的判斷性思維、計算思維和問題分解能力。

3．合作探究，解決問題

合作探究是通過個人在小組中互相合作學(xué)習(xí)解決項目中遇到的問題，以學(xué)生為中心，以學(xué)習(xí)者基于原有心理結(jié)構(gòu)和知識基礎(chǔ)進(jìn)行知識建構(gòu)，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主動性、社會性和情境性。本階段的合作探究不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更重要的是能幫助學(xué)生把知識轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實世界，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，完成任務(wù)的建模。

實踐是檢驗真理的標(biāo)準(zhǔn)。在課堂上，教師讓學(xué)生根據(jù)流程圖拼擺程序積木塊，驗證自己的設(shè)計方案。在上機(jī)實踐時學(xué)生會碰到各種問題，通過合作會讓學(xué)生很快走出思維定式，發(fā)現(xiàn)自己的問題。學(xué)生在合作探究中發(fā)現(xiàn)，如果讀取的數(shù)據(jù)大于5000同時多于“第一名”的字?jǐn)?shù)，要把它存入A1變量中，然后與A1比較，大于A1，就把A2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到A3中，A1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到A2中，然后A1接收新的數(shù)據(jù)；小于5000的數(shù)據(jù)則直接舍去。這樣形成一個簡單的公式：如果A>5000且A>A1，則A3=A2，A2=A1，A1=A。通過合作探究，學(xué)生逐步把流程圖轉(zhuǎn)化成機(jī)器代碼，完成程序建模，解決實際問題。本階段教師要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、總結(jié)程序中的變量之間的關(guān)系，幫助學(xué)生梳理思路、建立模型，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

4．交流評估，優(yōu)化迭代

心理學(xué)研究表明，一個人只要通過自己努力體驗一次成功，便會由此激起無休止地追求成功的力量和意念。實踐也證明，將作品交流融入教學(xué)環(huán)節(jié)中，確實對學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性有很大的激發(fā)作用，同時還能拓寬學(xué)生的思維，達(dá)到取長補短的效果。

學(xué)生在介紹自己方案的時候，也在對自己的方案進(jìn)行邏輯梳理；在回答同學(xué)的質(zhì)疑中，不斷地拓寬自己的思維；在同學(xué)的建議中，不斷優(yōu)化、完善自己的方案；在同學(xué)的掌聲與羨慕的眼神中，不斷增加著自己的自信。如在評估學(xué)生的作品時，對于優(yōu)秀的作品既要肯定程序設(shè)計的思路和完成的效果，也要提出“變量還可以減少嗎、程序還能優(yōu)化嗎、出現(xiàn)4人以上并列第一的情況如何解決”等問題。對于未完成的作品，教師首先要肯定學(xué)生的積極努力，尋找程序中的亮點加以肯定和表揚；其次要幫助學(xué)生梳理思路，提出解決的方法和努力的方向。“把這條語句改一改，再給你5分鐘就能完成”，讓學(xué)生看到成功的希望。本階段教師要對學(xué)生的優(yōu)點提出表揚，對學(xué)生存在的問題加以指導(dǎo)，幫助學(xué)生優(yōu)化自己的程序。同時也要注意分層評價、因材施教，鼓勵不同小組或?qū)W生進(jìn)行拓展任務(wù)的嘗試，從跟著做、試著做、我會做等不同層次去完成任務(wù)。

結(jié) 語

總之，在當(dāng)前的教育實踐中，教師應(yīng)合理運用項目式學(xué)習(xí)，創(chuàng)設(shè)真實的情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行積極的思考；開展調(diào)查研究，幫助學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)任務(wù)中的問題、分解任務(wù)、確定方案；通過合作探究，在不斷嘗試過程中完善算法設(shè)計和程序建模；組織交流評估，既要展示優(yōu)秀的作品，拓展學(xué)生的思維，也要及時發(fā)現(xiàn)程序中的漏洞與不足，優(yōu)化程序設(shè)計。要讓學(xué)生在“做中學(xué)”“玩中學(xué)”，在思考和探索中創(chuàng)造新事物，在解決實際問題中進(jìn)一步發(fā)展計算思維。