計算思維素養(yǎng)的編程計算項目式教學(xué)實踐研究

計算思維是當(dāng)前信息技術(shù)教學(xué)過程中一項重要的培養(yǎng)目標(biāo)，近年來被高中信息技術(shù)教師廣泛關(guān)注。信息技術(shù)課程在培養(yǎng)學(xué)生計算思維方面有絕對的優(yōu)勢，當(dāng)前高中信息技術(shù)課堂主要以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力為核心，組織學(xué)生掌握各項計算機(jī)操作技能，但在計算思維培養(yǎng)方面存在不足。因此有必要以計算思維培養(yǎng)為前提，探索應(yīng)用項目式教學(xué)法進(jìn)行編程計算教的方式方法。自2017年最新版本的課程標(biāo)準(zhǔn)出臺后，對高中信息技術(shù)課程教學(xué)提出了新的指向與要求，從側(cè)重操作能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)向為側(cè)重學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的目標(biāo)。而計算思維素養(yǎng)尤為重要。因此，絕大多數(shù)高中信息技術(shù)教師在實踐教學(xué)過程中會應(yīng)用編程計算這部分知識內(nèi)容落實對學(xué)生計算思維素養(yǎng)培養(yǎng)的目的。通過對實際教學(xué)經(jīng)驗的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，讓學(xué)生應(yīng)用編程計算這部分知識來解決實際問題能夠達(dá)到理想的教學(xué)效果，有利于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。因此為學(xué)生做好編程計算項目式教學(xué)設(shè)計十分重要，同時在其中向?qū)W生滲透計算思維更是考驗了教師的能力與水平。一、計算思維與項目式教學(xué)的概述（一）計算思維計算思維這一概念一經(jīng)提出便受到了社會各界的廣泛重視與關(guān)注，有學(xué)者將計算思維定義為思維活動。還有學(xué)者將計算思維定義為一種解決問題的過程。新課程下將計算思維定義為應(yīng)用計算機(jī)領(lǐng)域的學(xué)科知識解決問題的一種學(xué)科思維。綜合上述定義，可以將計算思維理解為應(yīng)用計算機(jī)方法解決問題的一種思維。在培養(yǎng)計算機(jī)思維素養(yǎng)的同時，還要關(guān)注其他能力。第一，定義問題，要培養(yǎng)學(xué)生具備發(fā)現(xiàn)難題并對問題進(jìn)行分析的能力，能夠清晰的解讀定義問題。第二，抽象建模，要培養(yǎng)學(xué)生能夠根據(jù)問題中的具體信息內(nèi)容進(jìn)行抽象思維轉(zhuǎn)換完成模型的建立。第三，算法設(shè)計，要求學(xué)生在面對問題模型時，能夠設(shè)計出解決問題的算法，并且能夠通過編程計算落實算法。第四，遷移應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生具備由此及彼的能力，能夠靈活熟練的應(yīng)用所學(xué)計算機(jī)算法解決遇到的問題，實現(xiàn)對算法思維的深入理解與認(rèn)知。（二）項目式教學(xué)設(shè)計高中信息技術(shù)教師在培養(yǎng)學(xué)生計算思維時，需要通過引導(dǎo)學(xué)生對問題進(jìn)行分析與解決的途徑進(jìn)行，在此過程中教師要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，發(fā)揮出自身的引導(dǎo)作用，在學(xué)生遇到問題時適時予以引導(dǎo)與幫助，保證學(xué)生在課程中的整個思路清晰正確，在面對問題時能夠提出正確的解決思路，輔助學(xué)生更好的解決問題，在具體實踐過程中，應(yīng)用項目式教學(xué)法展開教學(xué)，便于對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)與提升。因此教師在課前要對學(xué)生的具體學(xué)情進(jìn)行充分的了解，然后對問題進(jìn)行分解，最后設(shè)計具有針對性的教學(xué)方案落實教學(xué)計劃。這就要求教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、知識基礎(chǔ)與興趣愛好，然后透徹分析教材內(nèi)容，為學(xué)生設(shè)計符合其學(xué)習(xí)與成長需求的學(xué)習(xí)項目，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中展開思考與分析，實現(xiàn)對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)。教師在為學(xué)生設(shè)計項目方案時要考慮以下內(nèi)容：其一，學(xué)生原有的知識經(jīng)驗；其二，教材中的教學(xué)內(nèi)容。并將這兩方面內(nèi)容有機(jī)融合，讓學(xué)生通過項目學(xué)習(xí)解決問題，促進(jìn)學(xué)生計算思維水平提升。二、基于計算思維素養(yǎng)應(yīng)用項目式教學(xué)進(jìn)行編程計算教學(xué)的有效對策（一）以單元為基礎(chǔ)設(shè)計項目式教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)高中信息技術(shù)教師在為學(xué)生編寫教案時，要基于學(xué)生的實際情況與具體的教學(xué)內(nèi)容。而有些教師在進(jìn)行教學(xué)的過程中，直接應(yīng)用項目式教學(xué)，沒有對教材中的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深入透徹的分析與設(shè)計，如此一來容易出現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)與方式效率低下，最終難以達(dá)到理想的教學(xué)效果。因此，高中信息技術(shù)教師在課堂教學(xué)前的準(zhǔn)備階段需深入研究即將教授的知識內(nèi)容，以及充分分析在教學(xué)后學(xué)生應(yīng)掌握的程度與水平，把握本單元教學(xué)內(nèi)容之間存在的內(nèi)在聯(lián)系，然后為學(xué)生設(shè)計優(yōu)質(zhì)的教學(xué)計劃，達(dá)到理想的教學(xué)效果，培養(yǎng)并提升學(xué)生計算思維素養(yǎng)。在對項目式教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析時，教師可以將整個單元內(nèi)容作為對象開展分析工作。在日常編程計算教學(xué)過程中，教師會根據(jù)教材中教學(xué)內(nèi)容的先后順序?qū)嵤┙虒W(xué)工作。通過對整個單元內(nèi)容的分析能夠從側(cè)面了解到教材編排方式的目的以及整個知識點安排的構(gòu)思，掌握整個教材安排的思路與邏輯。高中信息技術(shù)教材中編程計算項目式教學(xué)設(shè)計要展現(xiàn)出編程計算知識的整體性，要展現(xiàn)出編程計算知識的重點內(nèi)容與核心內(nèi)容，以及本單元中各部分知識內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，以此完成對編程計算教學(xué)設(shè)計。例如，在教科版高中信息技術(shù)教材中，強(qiáng)調(diào)了項目式教學(xué)，通過“計算機(jī)解決問題的過程”“做出判斷的分支”“周而復(fù)始的循環(huán)”“可以復(fù)用的代碼”這四個教學(xué)模塊貫穿整個單元。本單元全面系統(tǒng)地借助項目設(shè)計與實施讓學(xué)生經(jīng)歷從“認(rèn)知Python程序設(shè)計”到“掌握算法原理”，再到“使用Python編程解決問題”的全過程。高中生在面對Python編程知識內(nèi)容時會產(chǎn)生畏懼心理，對Python編程知識的價值缺乏了解與認(rèn)知。因此，教師要對本單元內(nèi)容進(jìn)行全面梳理后，確定教學(xué)目標(biāo)展開教學(xué)。首先，讓學(xué)生了解程序設(shè)計與程序設(shè)計語言，要求學(xué)生理解相關(guān)知識點的概念與特點，并且能夠掌握基礎(chǔ)的算法。其次，組織學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)對象與類型，目的是培養(yǎng)學(xué)生了解程序設(shè)計語言產(chǎn)生與發(fā)展的過程，以及不同種類程序設(shè)計語言的特點。然后，帶領(lǐng)學(xué)生對流程控制與算法方面的知識內(nèi)容進(jìn)行了解與探究，引導(dǎo)學(xué)生對計算機(jī)語言知識進(jìn)行學(xué)習(xí)，使其在面對簡單的問題時，能夠靈活熟練的應(yīng)用程序設(shè)計語言。最后，讓學(xué)生認(rèn)識常規(guī)情況下如何進(jìn)行程序設(shè)計，具備程序設(shè)計與運行調(diào)試的基本能力。（二）從生活中為學(xué)生設(shè)計項目學(xué)習(xí)主題計算機(jī)思維培養(yǎng)狀況直接關(guān)系到學(xué)生問題解決能力的高低，使得學(xué)生能夠在面對問題時應(yīng)用計算機(jī)學(xué)科知識進(jìn)行思考與解決，這種能力的培養(yǎng)并非易事，也不是短時間內(nèi)能夠達(dá)成的，若信息技術(shù)教師在教學(xué)過程中單方面向?qū)W生講授計算機(jī)知識內(nèi)容，是難以實現(xiàn)這一培養(yǎng)目標(biāo)的。因此，在具體實踐過程中，高中信息技術(shù)教師在以培養(yǎng)學(xué)生計算思維素養(yǎng)為目的開展Python編程教學(xué)時，要認(rèn)識到此種思維的特點，如：進(jìn)階性、情境性等，以學(xué)生在日常學(xué)習(xí)與生活中的所見所聞為例，為學(xué)生設(shè)計相應(yīng)的問題情境，將計算機(jī)知識內(nèi)容融入到情境中、落實到具體任務(wù)中，在學(xué)生動手實踐的過程中，教師要對學(xué)生進(jìn)行觀察與指導(dǎo)。例如，學(xué)生每一年都會進(jìn)行體能測試，這一工作的具體實施必將伴隨大量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，若據(jù)此設(shè)計利用Python進(jìn)行體質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的項目式活動，能夠讓學(xué)生感受帶Python編程內(nèi)容的真實性與實用性。因此，教師可以為學(xué)生設(shè)計“統(tǒng)計體質(zhì)測試數(shù)據(jù)”項目。該項目共有2張數(shù)據(jù)表，其一為包含了全部學(xué)生的測試數(shù)據(jù)，“全部.xls”其中將近有6000條記錄，其二為部分學(xué)生的測試數(shù)據(jù)，“部分.xls”其中將近有600多條記錄。然后為學(xué)生布置學(xué)習(xí)任務(wù)：如何用第二張表中學(xué)生的數(shù)據(jù)覆蓋掉第一張表中部分學(xué)生的數(shù)據(jù)？教師先要對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，展開對問題的分析，若直接通過復(fù)制粘貼操作進(jìn)行，就會在第一張表中多出500多條相同的信息記錄。若是通過手工操作從第二張表中復(fù)制粘貼到第一張表中，將相同的信息覆蓋掉，則會花費大量的時間與精力，并且容易出現(xiàn)錯誤。那么，有沒有快速、精準(zhǔn)的操作方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理呢？此時教師可以順勢引出Python知識，讓學(xué)生嘗試應(yīng)用Python知識對表中的信息進(jìn)行操作，以此達(dá)到目標(biāo)效果。在具體操作過程中，學(xué)生先要掌握讀取表格中信息的方法，然后學(xué)習(xí)將數(shù)據(jù)寫到表格中的方法，最后引導(dǎo)學(xué)生掌握雙層循環(huán)替換法，并通過這樣的方式處理表格中的數(shù)據(jù)。該主體項目靈感來源于學(xué)生實際生活，學(xué)生在面對這種具有真實性的編程問題時，學(xué)習(xí)興趣更為濃厚。經(jīng)過這樣的項目式學(xué)習(xí)能夠讓學(xué)生認(rèn)識到在實際生活中算法與程序設(shè)計的實用性，并且能夠?qū)⑸钪械膯栴}與編程方面的知識結(jié)合在一起。（三）讓學(xué)生經(jīng)歷實踐過程強(qiáng)化解決問題的能力通過計算思維培養(yǎng)要讓學(xué)生能夠科學(xué)合理的應(yīng)用算法，設(shè)計出解決問題的方案，并且能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識內(nèi)容應(yīng)用到解決問題中。培養(yǎng)學(xué)生計算機(jī)思維的方法有待教師進(jìn)行深入探究，而項目式學(xué)習(xí)是實現(xiàn)這一教學(xué)目的的方法之一，也可以理解為一種教學(xué)載體，最終的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生能夠掌握應(yīng)用所學(xué)知識解決現(xiàn)實問題。因此，教師讓學(xué)生在課堂中發(fā)揮出自身的主體地位，讓學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，并在小組合作學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行通過實踐完成學(xué)習(xí)，在小組成員的共同努力下反復(fù)推敲方案，最終得出大家一致認(rèn)可的方案計劃，讓學(xué)生意識到面對問題時要進(jìn)行親自動手實踐。通常情況下真實的編程問題，都十分復(fù)雜且問題具有綜合性，面對這樣的情況勢必要進(jìn)行分解，教師要培養(yǎng)學(xué)生具備利用所學(xué)知識和經(jīng)驗，找到解決問題方法的能力，達(dá)到項目教學(xué)的目的，通過項目式教學(xué)能夠?qū)崿F(xiàn)對學(xué)生計算機(jī)思維培養(yǎng)的目標(biāo)。（四）評價項目傳授經(jīng)驗技巧在高中信息課堂引入項目式教學(xué)法，并非能夠立竿見影的取得計算機(jī)思維培養(yǎng)的成效，要意識到此過程需要一定的時間，并且要在整個高中信息技術(shù)教學(xué)過程中踐行這一教學(xué)目標(biāo)。由于項目教學(xué)中能夠為學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)體驗，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而使得學(xué)生能夠勇于面對復(fù)雜難懂的具有一定難度的知識點，并嘗試通過自己的努力攻破難關(guān)，在此過程中有利于提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，當(dāng)前教師重視學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)感受為了讓學(xué)生獲得良好的學(xué)習(xí)體驗，教師要在學(xué)生參與課堂學(xué)習(xí)時，對學(xué)生的全程參與情況進(jìn)行觀察與指導(dǎo)，提醒學(xué)生在結(jié)解決問題的同時要注意時間，要具備時間概念，以此促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效率提升，了解學(xué)生在項目式學(xué)習(xí)過程中是否順利，并且在第一時間予以學(xué)生指導(dǎo)，在教學(xué)過程中教師可以將學(xué)生在學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問題及學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的疑問集中在一起，專門利用一節(jié)課時，解決這些問題，確保整個項目教學(xué)模式的順利可進(jìn)行。另外，教師要重視學(xué)生參與項目式教學(xué)的情況做出評論，并根據(jù)學(xué)生的具體表現(xiàn)對學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的鼓勵與肯定，讓學(xué)生感受到完成項目的成就感、榮譽(yù)感，激發(fā)學(xué)生對高中信息技術(shù)課程的喜愛之情。而且項目不同完成方式與過程也會存在差異。項目式教學(xué)模式下，教師要為學(xué)生進(jìn)行歸類總結(jié)，讓學(xué)生在面對不同的問題時，能夠及時作出正確的選擇，熟練應(yīng)用相關(guān)技巧。值得注意的是，在高中信息教育階段教師就應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生形成編寫程序代碼的意識與習(xí)慣，且要重視編寫過程是否規(guī)范且具有可讀性。最后，教師在教學(xué)過程中要讓學(xué)生具備能夠從他人身上看到閃光點的習(xí)慣，彼此間要分享交流學(xué)習(xí)過程中獲得的經(jīng)驗，還能從中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，并將他人的成果經(jīng)驗借鑒到自己的問題中，掌握正確的處理方式，從而提升學(xué)生的實踐能力與計算思維素養(yǎng)培養(yǎng)的目標(biāo)。教師若發(fā)現(xiàn)學(xué)生在項目進(jìn)行過程中