PBL在高中學生計算思維能力培養過程中的應用

2018-07-24 10:28:50敖培

新課程·下旬 2018年4期

敖培

摘要：以培養高中學生計算思維為目標，將基于問題的學習模式應用到算法與程序設計課程教學中，以期在提高教學效率的同時，切實提升學生的計算思維素養。在分析了課程設計流程的基礎上，以“For循環語句”教學為例，進行了詳細的教學設計。

關鍵詞：計算思維；PBL；算法與程序設計

隨著計算機技術在各個領域的廣泛使用，計算思維的培養受到越來越多學者的關注。正在修訂的《普通高中信息技術課程標準》中明晰了計算思維是四大信息技術學科核心素養之一。算法與程序設計是高中信息技術課程中的選修模塊，是一門實踐性較強的課程。它要求學生在理解相關理論知識的基礎上，能夠獨立編寫程序解決實際問題。在內化知識和實踐創作的過程中需要學生具有較為嚴密的邏輯思維能力——計算思維。在算法與程序設計課程教學過程中，采用何種教學模式才能有效地培養和提升計算思維是一個值得關注和研究的問題。

一、算法與程序設計課程教學引入PBL培養學生計算思維素養的優勢

周以真教授提出，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。文獻[3]參考ISTE和CSTA，界定計算思維包含數據收集、數據分析、數據表示、問題分解、抽象、算法與程序、自動化、仿真和并行化九個核心概念，以及自信、堅持、容忍、處理問題和交流五個態度。

基于問題的學習（Problem-Based Learning，PBL）是以學習者為中心，來自于真實世界的問題為核心的教學模式。在這種教學模式中，學習者通過對所獲得資料進行小組討論、歸納總結，從而得出問題的答案。

算法與程序設計是高中信息技術課程中的選修模塊，在算法與程序設計課堂教學中引入PBL教學模式對培養和提高學生計算思維具有以下優勢：

第一，PBL教學模式以教師情境導入問題，學生以搜集資料、分析問題、解決問題為主線進行課堂教學，而計算思維培養過程包括問題抽象、理論支撐、設計系統等主要過程，兩者活動過程相吻合。

第二，PBL教學模式中所選取的問題來源于生活實際，能夠激發學生學習興趣，活躍學生思維。

第三，PBL教學模式將教學內容從驗證類轉變成為實際應用類和拓展創作類，學生在自主探究抽象問題的過程中，其計算思維可以得到訓練和提升。

第四，通過計算邏輯嚴謹的解決問題過程，學生的計算思維可以得到有效的強化。

第五，學生通過分組討論，可以交流解決問題的不同方案，豐富自身的思維方式。

二、算法與程序設計課程教學引入PBL培養學生計算思維素養課堂教學設計流程

在算法與程序設計課堂教學中，以培養和提升學生計算思維為目標，以實際問題解決為紐帶，教師基于創設問題情境→提出問題→引導學生解決問題→總結評價的PBL教學過程，采用有助于學生計算思維培養和提升的方式和方法，對學生學習過程進行及時有效的監控和指導。學生在進入問題情境→明確問題→解決問題→總結評價的學習過程中，以自主探究和小組討論的方式，運用數據收集、數據分析、數據表示、問題分解、抽象、算法與程序、自動化、仿真和并行化等計算思維方法內化相關知識，培養自信、堅持、容忍、處理問題、交流等能力和素養。教學設計流程如圖1所示。在教學實踐中，對于一個知識點的教學，教師往往不能全面涉及9個核心內容和5個態度的計算思維訓練，而只需要根據具體的教學內容，有重點地培養和提升其中幾項計算思維即可。

三、教學設計案例

本次教學以算法與程序設計模塊中的“For循環語句”教學為例進行教學設計。在教學過程中，教師通過引入界面動態變化的“炫彩閃格”程序，激發學生學習的興趣。“炫彩閃格”程序設計和運行狀態下的界面如圖2所示。通過設置層次性問題，引導學生進行思考。通過分組討論的形式進行思維碰撞，深化對For循環語句和時鐘控件使用的相關知識的理解。通過上機實踐“炫彩閃格”程序，內化所學知識，并在此基礎上拓展思維，完成作品的再創作。

1.教學目標

（1）知識與技能

①掌握For循環語句的一般格式和使用方法，能根據實際要求正確寫出For循環語句。

②理解For循環語句的執行過程，能夠靈活運用For循環語句編程解決重復問題。

（2）過程與方法

通過動態程序實例，設置層次性問題，引導學生思考解決問題。

（3）情感態度與價值觀

以程序演示導入主題，激發學生學習興趣。在實踐編程過程中，體驗設計和創作的快樂。

2.教學活動

本文圍繞算法與程序設計教學，并以“For循環語句”教學為例，采用PBL教學模式，以學生為中心，以實際問題解決為紐帶設計教學活動，以期使學生在分析和解決問題的過程中體驗計算思維的內涵特征，豐富計算思維方式，提升計算思維素養。

參考文獻：

[1]王林超.高中信息技術課程教學中計算思維的培養[J].中小學電教月刊，2015（7）：93.