面向計(jì)算思維的 高中信息技術(shù)項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)踐研究

邵紅祥

摘要：計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是信息技術(shù)課堂培養(yǎng)學(xué)生的重要素養(yǎng)，而項(xiàng)目學(xué)習(xí)是培養(yǎng)計(jì)算思維的有效途徑。本文以“編程計(jì)算網(wǎng)購文具總價(jià)”項(xiàng)目的實(shí)踐為例，按照計(jì)算思維發(fā)展路徑，將知識(shí)建構(gòu)、思維培養(yǎng)與創(chuàng)新發(fā)展融合到項(xiàng)目實(shí)踐過程中，有效訓(xùn)練和發(fā)展計(jì)算思維。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;項(xiàng)目學(xué)習(xí);信息技術(shù)

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2022）10-0049-03

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》凝練了信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)學(xué)科核心素養(yǎng)，提出了“把握項(xiàng)目學(xué)習(xí)本質(zhì)，以項(xiàng)目整合課堂教學(xué)”的要求，鼓勵(lì)教師在教學(xué)中要緊緊圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)，把項(xiàng)目整合到課堂教學(xué)中，重構(gòu)教學(xué)組織方式。如何基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)，整合知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)來發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維，一直是筆者探索的問題。下面，筆者以具體項(xiàng)目為例探討如何圍繞計(jì)算思維培養(yǎng)的核心目標(biāo)，將知識(shí)建構(gòu)、思維培養(yǎng)與創(chuàng)新發(fā)展融合到項(xiàng)目實(shí)踐過程中。

● 利用項(xiàng)目學(xué)習(xí)有利于計(jì)算思維的培養(yǎng)

在項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)踐中，教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，讓學(xué)生經(jīng)歷分析問題、提出問題、形成學(xué)科問題的過程，避免了傳統(tǒng)教學(xué)中教師直接給出學(xué)科問題的弊端，提供了計(jì)算思維中抽象與形式化表達(dá)能力鍛煉的機(jī)會(huì);學(xué)科問題解決過程也是學(xué)生新知學(xué)習(xí)、實(shí)踐探索的過程，在此過程中，學(xué)生需要掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)特有的解決問題的方式，形成學(xué)科解決方案，通過問題驅(qū)動(dòng)的方式培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維中的構(gòu)造和自動(dòng)化能力;項(xiàng)目學(xué)習(xí)一般倡導(dǎo)學(xué)生能形成一定的成果，通過對(duì)成果的評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)解決該問題的過程進(jìn)行總結(jié)、歸納和提煉，思考解決該問題運(yùn)用了哪些知識(shí)技能、思想方法，該解決方案還能解決哪些同類問題等問題，從而內(nèi)化所學(xué)的知識(shí)技能、思想方法，并形成實(shí)際解決方案，而該方案在學(xué)科解決方案的基礎(chǔ)上已進(jìn)行了提升與拓展，更適用于現(xiàn)實(shí)世界中同類問題的解決，也能更好地培養(yǎng)學(xué)生的遷移應(yīng)用能力。這樣，“真實(shí)情境中的真實(shí)問題”“學(xué)科問題”“學(xué)科解決方案”“實(shí)際解決方案”就形成了一個(gè)循環(huán)，利用項(xiàng)目學(xué)習(xí)培養(yǎng)計(jì)算思維的過程如下圖所示。

● 項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)踐發(fā)展計(jì)算思維的路徑

通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)來發(fā)展計(jì)算思維，需要按照“創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境”“問題驅(qū)動(dòng)解決學(xué)科問題”“成果導(dǎo)向概括實(shí)際解決方案”“遷移應(yīng)用解決同類問題”等環(huán)節(jié)讓學(xué)生經(jīng)歷抽象—形式化表達(dá)—構(gòu)造—自動(dòng)化的方法路徑。下面，以“編程計(jì)算網(wǎng)購文具總價(jià)”項(xiàng)目的實(shí)踐為例，探討項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)踐發(fā)展計(jì)算思維的路徑。

1.項(xiàng)目背景

編寫計(jì)算機(jī)程序來解決問題是信息技術(shù)學(xué)科發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維的重要途徑和方式。對(duì)學(xué)生而言，需要掌握某一種編程語言的基本知識(shí)，目前高中教材多使用Python語言，雖然學(xué)生之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了算法與問題解決、編程解決問題的一般過程等相關(guān)內(nèi)容，但在運(yùn)用Python語言編程解決問題時(shí)，還需要學(xué)習(xí)Python語言的環(huán)境、數(shù)據(jù)類型、變量、運(yùn)算符、表達(dá)式等基本知識(shí)，傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)教學(xué)常錯(cuò)誤地把語言的學(xué)習(xí)作為教學(xué)目標(biāo)，而實(shí)際上語言僅僅是載體，計(jì)算思維的培養(yǎng)才是核心目標(biāo)。[1]因此，程序設(shè)計(jì)教學(xué)需要通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)來發(fā)展計(jì)算思維。

2.創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境

教師根據(jù)項(xiàng)目所涉及的教學(xué)內(nèi)容和設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)如下真實(shí)情境：

網(wǎng)購文具有著較大的市場需求，買家只需要支付一筆不高的快遞費(fèi)，就可以在家收到自己喜歡的文具。例如，某文具店的部分文具的價(jià)格如表1所示，現(xiàn)在想設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的結(jié)賬程序，能根據(jù)買家購買的文具品種和數(shù)量，計(jì)算總金額。

基于該真實(shí)情境，學(xué)生在界定“編程計(jì)算總金額”的問題后，需要運(yùn)用之前所學(xué)的相關(guān)知識(shí)，即“編程解決問題的一般過程：抽象建模、設(shè)計(jì)算法、編寫程序、運(yùn)行調(diào)試”來解決問題。針對(duì)“抽象建模”，學(xué)生需要抽象出該問題的“總價(jià)、單價(jià)、數(shù)量、快遞費(fèi)”等關(guān)鍵特征，然后通過假設(shè)來梳理這些特征之間的關(guān)系，即假設(shè)某買家購買了m支鋼筆和n本筆記本這兩種文具，快遞費(fèi)為10元，總價(jià)設(shè)為pay元，則這兩種文具對(duì)應(yīng)單價(jià)分別為28.5和18，構(gòu)建的模型為：pay=28.5×m+18×n+10。根據(jù)抽象出的關(guān)鍵特征和模型，運(yùn)用“數(shù)據(jù)、運(yùn)算、控制轉(zhuǎn)移”算法三要素的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)如下算法：

①輸入購買的鋼筆數(shù)量m和筆記本數(shù)量n。

②計(jì)算總金額pay，其中pay=28.5×m+18×n+10。

③輸出需支付的總金額pay。

3.問題驅(qū)動(dòng)解決學(xué)科問題

用Python語言編寫程序來實(shí)現(xiàn)上述算法是該項(xiàng)目的關(guān)鍵。對(duì)于沒有Python語言基礎(chǔ)的學(xué)生來講，該任務(wù)具有很大的挑戰(zhàn)性。教師要引導(dǎo)學(xué)生討論和思考“在實(shí)現(xiàn)過程中遇到了哪些問題”，經(jīng)過整理和歸納，大致會(huì)有如下問題：①m和n在程序中如何表示？②怎么輸入和輸出？③計(jì)算公式怎么編寫？然后，圍繞這些問題展開新知學(xué)習(xí)和實(shí)踐探索。

解決“m和n在程序中如何表示”這個(gè)問題，學(xué)生需要學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)類型”和“變量”等相關(guān)知識(shí)，掌握計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)一般需要區(qū)分不同的類型（常見的數(shù)據(jù)類型有整型、實(shí)型、字符型、布爾型），了解不同數(shù)據(jù)類型的表示方式和適用場景（數(shù)據(jù)在計(jì)算中可用變量、常量等來表示，變量命名要符合一定的規(guī)則等）。在掌握這些相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，教師提供表2讓學(xué)生實(shí)踐。

解決“怎么輸入和輸出”這個(gè)問題，學(xué)生需要學(xué)習(xí)“內(nèi)建函數(shù)”和“賦值語句”等相關(guān)知識(shí)，掌握Python語言對(duì)數(shù)據(jù)的輸入和輸出提供的“input（）”和“print（）”內(nèi)建函數(shù)，其中，input（）函數(shù)會(huì)將用戶輸入的數(shù)據(jù)以字符型接收到程序中，若需要接收整型或?qū)嵭蛿?shù)據(jù)，則需要應(yīng)用int（）和float（）函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后通過“=”賦值語句將結(jié)果賦值給相應(yīng)變量。學(xué)生基于前面“數(shù)據(jù)類型”和“變量”的相關(guān)知識(shí)來理解這些函數(shù)和賦值語句的功能與用法就相對(duì)容易了。在掌握這些相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，教師可讓學(xué)生分別用相應(yīng)語句表示算法中的步驟①和③。

解決“計(jì)算公式怎么編寫”這個(gè)問題，學(xué)生需要學(xué)習(xí)“算術(shù)運(yùn)算符”的相關(guān)知識(shí)，掌握計(jì)算機(jī)中的常見運(yùn)算及表示。掌握了這些知識(shí)以后，就可以用相應(yīng)的語句表示算法中的步驟②。在解決了上述三個(gè)問題以后，對(duì)應(yīng)算法的程序已經(jīng)編寫完成，學(xué)生可通過調(diào)試運(yùn)行來檢驗(yàn)程序的正確性?；诮鉀Q“編程計(jì)算網(wǎng)購文具總價(jià)”真實(shí)問題的情境，將知識(shí)與能力融入到學(xué)生“問題生成新知”的過程之中，逐步提升構(gòu)造和自動(dòng)化的能力。

4.成果導(dǎo)向概括實(shí)際解決方案

該項(xiàng)目的成果是學(xué)生編寫出的“網(wǎng)購文具支付總價(jià)”程序，從計(jì)算思維培養(yǎng)的角度看，學(xué)生不僅要能編寫出該程序，還要內(nèi)化編寫該程序的過程中運(yùn)用到的知識(shí)技能與思想方法等，要能將“學(xué)科解決方案”提升到“實(shí)際解決方案”的高度，運(yùn)用類似的過程與方法解決更多的同類問題。因此，教師要基于該項(xiàng)目的成果，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步討論與思考：編程解決問題的過程是怎樣的？你的程序不能編寫完成的原因在哪里？你的程序不能成功運(yùn)行的原因是什么？你覺得學(xué)習(xí)或生活中的哪些問題也可以采用這種過程與方法來解決……學(xué)生通過總結(jié)、歸納和提煉，進(jìn)一步理解“計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與表示、數(shù)據(jù)的運(yùn)算”等相關(guān)的原理，融通知識(shí)間的聯(lián)系，掌握遵循Python語言的語法規(guī)則編寫程序的基本技能，內(nèi)化編程解決問題的思想與方法，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的有效發(fā)生，避免學(xué)科知識(shí)的淺層化和思維的表層化。

5.遷移應(yīng)用解決同類問題

項(xiàng)目學(xué)習(xí)能有效促進(jìn)知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，將零散的知識(shí)整合處理，使其圍繞“主題意義”形成結(jié)構(gòu)化知識(shí)，進(jìn)而內(nèi)化知識(shí)，遷移運(yùn)用知識(shí)。而遷移應(yīng)用解決同類問題恰好是計(jì)算思維的內(nèi)在要求。因此，教師要在原有項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行適當(dāng)拓展與延伸，如增加“策劃一次促銷活動(dòng)，文具購買金額每超過100元可以減免20元”“文具購買金額超過100元可以減免快遞費(fèi)”等要求，若學(xué)生已具備了一定的計(jì)算思維能力，會(huì)按照“抽象建?！O(shè)計(jì)算法—編寫程序—調(diào)試運(yùn)行”的過程，基于遇到的新問題，通過實(shí)踐探索建構(gòu)新的知識(shí)，促進(jìn)新技能的掌握，從而進(jìn)一步發(fā)展計(jì)算思維。

● 結(jié)束語

計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是信息技術(shù)課堂需要培養(yǎng)的學(xué)生的重要素養(yǎng)，而項(xiàng)目學(xué)習(xí)為計(jì)算思維的培養(yǎng)提供了具體的依托和支撐。面向計(jì)算思維的項(xiàng)目學(xué)習(xí)是一種滲透式教學(xué)，它將計(jì)算思維這一學(xué)科核心素養(yǎng)滲透、融入到項(xiàng)目實(shí)施的每個(gè)環(huán)節(jié)，在計(jì)算思維路徑的引導(dǎo)下推進(jìn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)有效實(shí)施。思維培養(yǎng)和課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合，項(xiàng)目隨著思維的擴(kuò)散而推進(jìn)，思維隨著項(xiàng)目的完善而進(jìn)階，最終使能力在思維的訓(xùn)練下得以提升。

參考文獻(xiàn)：

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