從項目中來，到項目中去

錢煥春

摘要： 新課標要求提升學生的計算思維，而我們現行的教學方式很大程度上是學生讀取已有程序，分析猜測出題人的算法思維，缺少了在計算思維中抽象特征、建立結構模型、通過判斷、分析與綜合各種信息資源、運用合理的算法形成解決問題方案的能力。本文通過項目學習的方法試圖提升學生的計算思維，提升學生程序設計的算法思維，提升學生的學生核心素養。

關鍵詞： 項目學習;算法思維;計算思維;程序設計

中圖分類號： G633.67 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ?文章編號： 1992-7711（2019）22-117-2

一、學科發展、存在困境

1.學科發展、未來趨勢

隨著新課標（2017）的出臺，高中信息技術課程旨在全面提升全體高中學生的信息素養，提出了核心素養概念，其中計算思維是核心素養中重要一環。學生要學會運用計算思維分析與識別問題，通過抽象、建立模型，最終設計解決方案。而算法思維是計算思維重要一部分體現，高中信息技術中如何培養學生的計算思維，提升學生的算法思維，促進學生程序設計能力，值得我們去研究，嘗試，突破。

2.學科教學、思維困境

在實際教學的過程中我們發現學生算法思維不易落實，現在的程序設計教學模式基本上是教師給出問題、算法思路和部分代碼段，讓學生去填寫相應的代碼。這種模式雖然提高了教學節奏，但是學生不知道為什么要這樣設計，為什么可以如此操作，算法設計的意義是什么？如何加深學生對算法思想的印象，提高學生的算法思維能力，提高學生算法思想的遷移能力，盡量拉平學生之間的差距，是我們信息技術教師面臨的一個迫在眉睫的問題。

3.上下求索、黎明之光

通過查閱文獻和實踐研究積累，我們發現項目學習是一個較為合適的提升算法思維的方法途徑。項目式學習（project based learning）是一種動態的學習方法，通過PBL讓學生自主、主動的探索、發現現實世界中存在的問題， 通過不斷探索，解決問題。學生在這個過程中領會到更深刻的知識和技能。

二、項目引領、真實情境

算法思維是一種思維方式，要通過實踐求證，在反復嘗試中逐步形成的可行方案。它于我們生活中的思維方式略有不同，學生要跳出固有思維方式，計算機原理出發，設計符合計算機本身運行特點的算法。通過項目學習，設計真實的情境，提供學生自由探索的環境，讓學生在不斷的嘗試中適應計算機思維，設計合適的算法程序。課堂教學中設計一個合理的項目，通過實例來貫穿整堂課，在不斷的探索中摸清原理、加深印象，提升算法的設計能力。

例如我們在課堂上教授互換語句時（t=a;a=b;b=t），要使用臨時變量t來過度，但是學生在設計的時候會直接想到的是a=b;b=a，顯然這樣是錯誤的。學生從實際生活的習慣中就覺得互換，只要兩樣東西換一下就行，沒有想到互換的中間過程，在這里我們可以設置一個簡單的項目，讓學生去思考，互換到底是怎么實現的。

設計項目：有兩個不同的容器，其中分別放蘋果和梨，要求學生設計算法程序，把碗中的蘋果和盤中的梨互換。提供實物兩個容器及相應的水果，提供相關資料平臺（變量及賦值語句的概念）。

學生在拿到項目，在實行的過程中基本上設計的方案步驟都是：1.把盤中的梨放到碗中;2.把碗中的蘋果放到盤中。讓學生上臺實物演示，在互換梨或蘋果的時候提示學生新的內容會覆蓋舊的內容，是否可以實現互換？通過實際操作來檢驗學生設計方案是否可行，對項目進行階段性評價。

再對學生的項目設計進行分析，以上錯誤產生的原因學生習慣性的使用平時的慣性思維考慮問題，忽略了算法程序有自己的規則，學生脫離了是程序中的規則，即互換的過程其實是一個賦值的過程，變量賦值會把原內容覆蓋。

引導學生在實際設計時先收集相關資料，再是把問題抽象化、模型化。如把碗抽象為變量A，盤抽象為變量B，問題抽象為要實現A與B中的值互換。再是讓學生實際操作互換過程，就會想到有把A中的蘋果拿出來放到空變量C中，再把B中的梨放到A，C中的蘋果放到B中。

最后對整個項目設計過程進行交流評價：1.對學生的設計進行展示;2.分析設計過程中存在的問題;3.總結課堂中收獲及相應知識。

通過項目實施，在“嘗試——驗證——修正”的過程中，學生實際體驗，收集資料，設計方案，嘗試可行性，最終得到可行結果。這樣既培養了學生的算法思維，突出了以計算機的角度思考問題，鍛煉了學生的分析設計能力，通過實際設計加深了學生印象，提升學生興起，提高學生知識點記憶。達到高效學習。

三 、項目提升、開闊思路

解決問題的算法有多種多樣，而最終要找出能正確的、高效的、簡潔的解決問題方法。學生的思維是純潔的，沒有固定模式的，在設計算法時他們的思路是五花八門的，有的思路不行，有的思路可行，有的思路效率低下，有的思路高效，教師要引導學生從多種方面中找出最優算法。切忌直接拋出一個最優算法，讓學生學習，只有通過學生自身的不斷嘗試，通過項目的實施，一步步深入分析，得到的解決問題的方法才是自身的。

如在學習枚舉算法時有一個經典問題“水仙花數”，我們可以設計項目：我們生活中有很多有特點的數字，如153=1^3+5^3+3^3，這個數字每一位的三次和剛好等于它自己，老師對這些數很感興趣，在網上查到這些數字叫“水仙花數”，我們能不能設計一個算法，找一下所有的水仙花數。

設計前引導學生分析問題：1.三位數;2.每一位的三次之和;3.三次之和于這個三位數相等。學生深入分析：1.三位數范圍100-999;2.怎么得到三位數中每一位數值;3.比較找符合結果。

學生設計過程中主要問題是第2步，怎么得到三位數中的每一位值，用i表示三位數，有一下幾種情況：

1.a=i ＼100; b=i＼10 mod 10 ; c=i mod 10

2.a=i＼100 ;b=（i-a*100）＼10;c=i-a*100-b*10

這兩種方法都是通過數值取整、取余的方法來實現，實際操作可行，這是常規思路。但是在學生設計的過程中還有一種情況：

a=val（mid（cstr（i），1，1）） ;b= val（mid（cstr（i），2，1）） ;c= val（mid（cstr（i），3，1））

這種設計的思路是通過字符串來處理數據，也可以實現三位數每一位分解。這種思路不是常規思考思路，但是學生會想到，因為學生沒有固定思維，他們把學到的知識應用到解題中，作為教師要給予肯定及鼓勵。但是教師要引導學生培養一個意識，數字問題能用數值的方式解決盡量使用數值方式解決問題，我們要跳出具體的程序語言，設計合適算法。

還有的學生會從另一種角度考慮問題：1.先有百位、十位、個位上的數字;2.再通過這三位值來組成三位數;3判斷百位、十位、個位數的三次和與三位數是否相等。a^3+b^3+c^3=a*100+b*10+c

通過反相思考，我們也能解決尋找水仙花數的問題。通過項目學習方法的實施，培養學生通過不同的角度，不同的思路，設計算法，驗證算法思路，在不斷嘗試過程中解決問題，擴展學生的思路，提升學生知識點掌握能力，促進算法思維養成。

通過“水仙花數”的學習，擴展學生眼界，引出“自冪數”，讓學生嘗試4位數（玫瑰花數）、5位數等數的 “自冪數”驗證。通過同類型問題的解答，培養學生的知識遷移能力和知識應用能力。

同樣的問題有多種設計思路，多種算法思維，如“百錢百雞”問題、“斐波那契數列”問題等等都可通過多種方法解決問題，教師通過適當的引導，充分調動學生的思維能力，開闊學生的思路，讓學生進行各種嘗試，驗證正確性，提升學生的知識應用能力和知識的理解能力。

四、項目遞進、逐層深入

知識的落實有其連貫性，算法思維的培養也是如此，通過知識點的授予，逐步提升，逐漸深入。項目學習的特點可以把一個大項目分解為多個小項目，把難題簡化，通過小項目的實現最終完成一個大項目。

例如：在計算機系統中，數值一律用補碼來表示和存儲。怎么樣知道某個數在電腦存儲中的編碼呢？

資料收集：補碼的定義。1.符號位，正數最高為位0，負數最高為1;2.正整數的補碼是其二進制表示，與原碼相同;3. 負整數的補碼，將其二進制數除符號位外的所有位取反得到反碼;4.對反碼加1得到補碼。

通過補碼的定義，我們可以拆分為三個小項目：1.進制轉換，十進制轉換為二進制;2.反碼求解;3.進制加法進位運算。三個小項目可以設計三個課時的連貫系列課程。

在各個項目實施的過程中落實項目的知識點，通過小項目的實現，逐步推導大項目，最終解決問題。

1.在進制轉換項目中要求實現十進制轉換為二進制，原理是除二取余法，實施的過程中落實循環語句反復執行除二取余，以及除二取整，出口是整數部分為0為止;

2.第二課，重點強調學生的解析思維能力，取反的結果是1變為0，0變為1，結合前一課中得到余數，對其取反，可以通過“1-余數”實現;

3.第三課重點是進位算法，逢二進一的進位方法，注意進位和當前位的值的變化。

通過教材的整理，把相關聯的知識點串聯起來，設計一個階段性項目發布給學生，再是把大項目拆分成幾個小項目，大問題分解成小問題，“大事化小”，逐個落實，逐個擊破，最終實現整體突破，在使用的過程中鞏固已學知識點，培養學生分步實現能力及合作能力。

五、項目實施、得失之處

項目學習通過生活中真實事例設計問題，實例引導，更貼切生活，使得學生學習目標明確，而不會出現學習知識和實際應用脫離，學生迷?，F象。項目學習能更好的吸引學生的學習興趣，明確學生的學習目標，提升學生的學習效率。

算法思維要求學生最終能自行收集分析材料，提煉規律，形成算法模型，最終通過計算語言實際解決問題。在設計算法的過程中要進行不斷的“試錯”，不斷的“排錯”，通過嘗試——驗證——嘗試的過程逐步完成最終算法。項目學習的方法剛好可以滿足算法思維的思考過程，通過一個項目，學生自主收集資源，自行設計方案，測試方案，不斷嘗試，得到最終的解決方案，這和算法思維完全符合。

在實施的過程中也發現了項目學習的一些不足之處：1.項目學習是學生自主探索學習，通過試錯，不斷更正方向，一步步現在最終目標，在實行的過程中所花費的時間是傳統授課方式的幾倍，甚至十幾倍;2.對于一些大型問題，因學生能力有限，要讓學生自行設計算法，有點強人所難。

總體來說，項目學習在算法思維培養上是適用的，通過項目的引導，使得學生養成良好的算法設計習慣，能自行設計簡單算法，解決實際問題。項目學習方式能提升學生的自主學習和探索能力，培養學生成為一位數字化時代合格信息公民。

[參考文獻]

[1] 普通高中信息技術課程標準（2017年版）[M].人民教育出版社，2018.

[2]羅廷洪.項目教學法在電子技術基礎教學中的應用[J].現代職業教育，2019（06）：108-109.

[3]冷偉.在綜合實踐活動中開展項目式學習的探索[J].課程教育研究，2019（11）：215-216.

（作者單位：浙江省杭州市富陽區新登中學，浙江 杭州 311400）