PBL 模式在高中信息技術程序設計課程中的應用
——以循環結構的程序實現為例

浙江省杭州市西湖高級中學 陳國柱

一、高中信息技術程序設計教學困惑

高中信息技術課程在學考和選考中，程序設計的內容考查占比都是比較高的，分別占20%和48%。雖然新課程改革后還不知道程序設計的占比是多少，但根據課程安排及必修二的設定，可以分析出以后的考試中，程序設計的占比不僅不會下降，甚至還會提高。但在現在的實際教學過程中，程序設計這個內容對于我們學校的學生來說，是一個難點，更是一個痛點。教師學生花了大量的精力時間，但是效果卻不盡如人意。

（一）學生層面

學習是一個持久而漫長的過程，是一個不斷積累深化的過程。在高中信息技術程序設計的學習過程中，編程學習的過程是從易到難，循序漸進的。但對于我們學校來說，有些學生初中信息課程學習中的壞毛病會延續到高中課堂，如思想上認為信息技術課程是副課，即使要學考，也不會影響什么。有些學生有畏難情緒，認為編程學習過于晦澀難懂，難以掌握。有些學生有想學的心，但缺乏學習的主動性和積極性。在現在高中信息技術的數學課堂中，學生的學習仍存在著很多問題，主要有以下幾個方面。

1.學生缺乏學習熱情

在程序設計課程中，一到循環結構開始，隨著學習難度的增加，一部分學生的學習積極性就大大降低，出現破罐子破摔的心態，與他人聊天、玩游戲，甚至無聊到在座位上發呆，教師提醒之后，過不了幾分鐘，又重蹈覆轍。

2.學生缺乏應用實踐

一部分學生在日常信息技術課堂上看似能學習知識內容，但當教師布置實踐任務后，這些學生認為已經掌握知識內容，就不積極思考，不主動參與任務解決，不想編寫代碼，等著借鑒他人的解決方案。

3.學生缺乏信息意識

大部分學生對信息的敏感度和信息價值的判斷力較低，在實際問題解決過程中，不能自覺、主動地尋求恰當的方法來解決問題，不能抓住問題實質，不愿解決問題。

（二）教師層面

信息教師帶的班級較多，學生的學習能力是參差不齊的，作為課堂中的引導者，深知課堂45 分鐘的學習效率是學生學習的關鍵，但在我們的日常教學中，仍然存在以下幾方面的問題。

1.教學內容缺少創新

因為程序設計內容較多，而課時較少，大部分教師在教學中就直接將課本內容轉嫁到課堂教學上，像循環結構教學，上來就是基本語句結構，覺得學生只要按照這種結構來設置相應的條件和循環語句就可以解決問題，但結果往往相反，缺少引入、缺少教材內容的二次開發只會讓學生不知所措。

2.師生交流互動不足

在傳統的信息技術課堂教學中，教師通常把課程內容和例題一講，就讓學生開始做相應的任務。但是，學生知識掌握能力不一致、學習的積極性不同，導致學習效果也不同。在課堂上教師并沒有充足的時間關注每一個學生的實際學習情況，導致無法全面了解學生的不足之處。

3.教學方法因循守舊

大部分教師基本是先做好課件，在課堂上按照預設方案進行教學，不能根據實際情況隨時調整教學方案，而且在作業的設置上也是一個模式到底，程序設計作業也只是根據學考選考的要求和考試模式，在一段程序代碼中挖空讓學生填，不去真正關注學生的知識掌握情況和應用實踐能力，缺乏對學生分析問題、解決問題的能力培養。

二、PBL 學習模式的理論內涵

PBL（project based learning）是一種基于建構主義理論的情境化學習方式，使學生通過應用知識、動手操作的方式來學習知識，進而加深學生對學習材料的理解，強調積極建構、合作學習。黎加厚教授認為：“基于項目的學習是以學習研究學科的概念和原理為中心，通過學生參與一個活動項目的調查和研究來解決問題，以建構起他們自己的知識體系，并能運用到現實社會中去。”它強調以真實情境中的問題作為驅動，將所要學習的知識點內容以一個或多個項目活動學習形式進行整合，使學生在完成項目的過程中學習新內容，獲得較全面的學科知識。同時，通過項目培養學生的自主、合作、探究能力，創新能力，動手實踐能力及問題解決能力。它包括了六大基本步驟，如圖1 所示。

三、PBL 學習模式的實施策略

（一）項目設計策略

在PBL 模式中，教師創設有利于學生開展項目學習的數字化環境、資源和條件，根據學科知識要求及學生實際情況進行項目設計。在教學中要有效地梳理知識體系，把問題泛化于符合課程知識框架的真實情境中，鼓勵學生發現問題、分析問題和解決問題，提高學生對信息的敏感度和對信息價值的判斷力。“圍繞問題來組織學習過程，問題是學習過程的起點”，這是任何項目式的學習都要遵守的核心原則。弄清“問題—項目—學習”三者之間的關系，認清項目式學習六大步驟和八大要素間的融合關系（如圖2 所示），進一步提升項目式學習的項目設計。

（二）科學分組策略

根據班級實際情況和機房計算機擺放進行分組，一般6—8 人一組。在實際分組中，教師不能完全放權，完全讓學生只根據個人喜好來分組，而是要給出一定的指導和要求，根據平時表現和課前測試更好地掌握學生的實際情況，做到各個小組都有男生和女生、信息學習能力較強的和較弱的、邏輯能力強的和能力相對較弱的、活躍的與安靜的合理搭配（如圖3 所示），基本能保證每個小組都能正常開展學習探究并完成項目實踐。由小組成員選出領導能力和學習能力強的學生當組長，要發揮領導力，合理分配小組成員各項工作，督促小組成員學習項目完成需要的基本知識，積極展開小組討論，為項目解決提供全員智慧，使小組能正常順利地解決項目。

（三）自主探究策略

在PBL 模式中，學生自主探究是凸顯“學主教從”的基本實施方法，在教師的鼓勵和引導下，學生通過開展小組合作、頭腦風暴等方式積極主動地學習，獲取解決項目問題的知識，運用于分析問題、解決問題，并能夠遷移到日常相關生活中去。學生通過積極探究學習，將技術、人文素養和社會責任緊密結合在一起，并應用于生活實踐。

四、PBL 教學模式在高中信息技術課堂的應用價值

（一）凸顯學生主體地位，促進學生主動學習

在傳統的教學模式中教師是主角，學生是觀眾，追求的是面面俱到，只把學生當作填充的對象。而PBL 教學模式不強調教師全方位地教，而是把學習主動權還給學生，學生通過積極主動學習和合作探究從被動學習向主動學習轉變，更好地凸顯學生的主體地位，激發學生的學習興趣和學習積極性，提高課堂學習效率。

（二）強化學生探究能力，提升創新思維能力

在高中信息技術課堂上，通常采用以教師為主導的講練式教學方式，學生問題解決更多傾向于答案的標準性、唯一性，形成標準答案的思維定式，嚴重制約學生自主探究學習能力的提高，強化了長期形成的教師依賴性習慣，創新思維得不到培養。這樣會挫傷高中學生通過自主學習獲得成功的成就感，造成學生學習興趣和效率的下降。而在PBL 教學模式中，通過符合學生認知及課程標準要求的真實情境的導入，學生憑借已有的知識經驗和技能學會自己去探究真實情境中蘊含的知識，并設法去分析、建模和解決任務。可以探究現有項目任務解決方案的有效性、問題解決路徑的多樣性和項目任務的延展性，提高學生的探究能力、創新思維和自信心。

（三）培養學生團隊意識，提高團隊協作能力

在小學初中到高中，學生已經基本養成被動學習的習慣，而且在日常生活和交流中以個人為中心，因而許多學生不習慣、不愿意將自己的學習過程、方法、結果與同學分享和探討，容易形成思維狹管，影響學生的學習效果。PBL 模式下學生通過分組，頭腦風暴式的探討，分工合作推進項目解決，學會傾聽、辯論、接納、取舍，形成合作學習能力，培養了團隊意識，提高協作能力。

五、PBL 模式下的高中信息技術循環結構實踐探索

教師在教學中緊緊圍繞學科核心素養，凸顯“學主教從、以學定教、先學后教”的專業路徑，把項目整合于課堂教學中，重構教學組織方式，創設有利于學生開展項目學習的數字化環境、資源和條件，引導學生在數字化學習的過程中，領悟數字化環境對個人發展的影響，養成終身學習的習慣。下面筆者以浙江教育出版社出版的高中信息技術數據與計算教材中3.2.4“循環結構的程序實現”設計項目活動為例進行具體實踐。

（一）教學分析規范有效

教師要熟悉教材內容，根據信息技術課程標準，抓住學科知識要點，重點，難點，做到教學設計符合本校學生的實際情況，如本課內容中要注重讓學生理解循環的含義，掌握循環的基本結構、語句，弄清循環for 語句和while 語句的區別和應用條件限制，學生依據項目任務進行自主、協作、探究技能知識，完成問題分析和解決，最后應用Python 編程軟件實現項目任務從而達成學習目標。

（二）目標分析切合實際

在本課教學中，根據教學內容和項目任務的分析，根據本校學生的實際能力，對照高中信息技術學科核心素養水平1—5，確定本項目任務的學科核心素養目標，信息意識（水平1：1—2—3—4—5）、計算思維（水平1：1—2—3—4）、數字化學習與創新（水平1：1—3）、信息社會責任（水平1：2—3）。

（三）情境導入展現真實

在剛結束的學生體育測試中，同學們取得了不錯的成績。以此為契機，在課堂上進行模擬跳格游戲大比拼。在學校操場的8 條跑道上，分別劃出1600 個格子，標上編號（如圖4 所示），按照一定的規則進行跳格比賽。規則如下：學生所站的格子編號如果為奇數，則跳到當前格子編號3 倍加1的格子編號處，如果所站的格子編號為偶數，則跳到當前格子編號一半的格子處，能先跳到1 號格子的學生獲勝。為了便于討論和活動興趣，在班里選了一個千米成績最好的男孩子小王和兩個女孩子小張和小楊進行比拼，讓女孩小張站在15 號格子上，男孩小王站在27 格子上，女孩小楊站在8192號格子上，讓同學們猜猜哪位學生先跳到1 號格子，并記錄猜測結果。

（四）項目實踐注重探究

1.模擬情境分析問題

學生在猜測后，用Excel 軟件來模擬操場8 條跑道，用行號1 到12800 來表示8 條跑道上的編號。根據要求分別計算15、27、8192 三個數字能否最終走到編號為1 的格子及每次走過的格子編號，并把開始的數跳到1 之間經過的數保存到Excel，并作折線圖（如圖5 所示）。完成后學生可以測試另外的一些數，探討小數與大數，奇數與偶數在跳動時有無規律、跳動時的數據擺動有無規律及測試數跳到1 的路徑規律。

2.科學分組互助協作

按照科學分組策略進行分組，在組長的帶領下，小組成員通過自主學習和教師輔助示范，在項目實踐中要完成以下目標。

（1）小組每位成員能夠弄清循環結構的概念和適用范圍，循環結構的分類、特點和基本循環語句。

（2）小組每位成員能夠根據教師提供的循環結構實例算法，得到該算法的正確結果。

（3）全面把握小組的學習和協作探究。學生通過教師提供的學習資料了解情境問題的由來，通過數學化學習工具進行學習，了解角谷猜想。

（4）組長在項目實踐中能帶領小組成員積極討論，弄清項目中包含的問題，能夠根據項目要求，通過分析、建模得出能正確解決項目的算法及流程圖。

（5）小組每位成員都要親自動手實踐用Python 語言編程實現解決該項目。

3.數學建模提煉算法

各組學生在Excel 中驗證以及了解角谷猜想后，積極討論分析，分析角谷猜想實施步驟和原理，通過數學建模來歸納總結角谷猜想的核心本質，得出單個整數驗證角谷猜想的數學模型，并根據數學模型，用最簡練的自然語言來說明驗證角谷猜想的算法（展示部分數學模型和算法，如圖6 所示），并畫出流程圖。

4.編程實踐檢驗方案

學生根據角谷猜想的數學模型和算法流程圖，結合自己小組的項目方案實施項目，能夠合理運用Python 變量，語句，系統函數及分支、循環結構語句編寫代碼，調試直到程序正確。在編程過程中，學生能自主解決一些基本問題，如格式、變量數據類型轉換、編程中的基本錯誤提示等。經過小組成員間的通力合作，都能用Python 編程語言寫出基本符合驗證單個數字的角谷猜想的程序。根據項目任務實施情況，教師在程序的便利性、擴展性等方面提出要求，以便讓學有余力的學生再次探究，發揮集體智慧，對項目做出創造性改進。

（五）成果交流展示風采

在項目任務結束后，每個小組組長上臺展示本小組的解決方案和Python 程序成果，并指出本小組在項目實踐中的成功之處和存在的問題。運用恰當的數字化學習工具進行交流展示，學生能夠了解每個小組的優勢及不足之處，加深小組間的交流合作。

（六）作品評價促進創新

在成果交流結束后，教師公平公正地對每個小組在開展項目中的自主學習能力、參與積極性、合作創新能力、探究轉化能力、項目成果報告規范性等方面做出綜合性評價。各小組根據項目成果展示，結合本項目活動評價量表（如表1 所示）開展項目活動評價，并用計算公式（小組自評成績×30%+小組互評成績×30%+教師評定成績×40%）計算總分，評出項目活動的優勝小組和開展相對欠缺的小組。教師對評出的優勝小組給予表揚，在算法明確、代碼簡潔、維護性、功能擴展上做出相應評價，對相對欠缺的小組進行鼓勵，展示優秀小組的作品（如圖7 所示），提高學生學習興趣和成就感。并引導探究驗證角谷猜想的過程用函數來實現，實現下個知識點的鏈接，探究如何利用Python 的畫圖包Matplotlib 來制作拆線圖等，提高學生的探究動力，促進創新能力提高。

表1 評價量表：角谷猜想

六、高中信息技術PBL 模式應用實踐思考

（一）堅定學生主體地位不動搖

在信息技術項目學習實施過程中，產生了各種各樣的問題，如學生小組討論流于形式以及學生自主學習效率不高、項目實踐的積極性不夠、不愿探究等。但我們必須堅持學生的主體地位，學生是項目的實施者和項目成果的推介者，我們要培養學生提高發現問題、分析問題、解決問題的能力，培養學生的信息意識和計算思維，并引導學生從項目實施過程中形成數字化學習和創新能力，并把項目成果應用于與之相關的其他問題，提升信息社會責任。

（二）PBL 如何有效開展是關鍵

在實際運用PBL 模式學習中，作為輔助引導者的教師能否設計好基于學科基本知識框架、難度適中又適合探究及超學科學習的項目是第一個關鍵；如何科學合理分配學生學習小組，提高小組的集體協作能力是第二個關鍵；如何調動學生開展項目的積極性，讓學生想問、敢問、會問，肯靜心探究和開展項目是第三個關鍵；而如何在每個小組項目作品中公平公正地評價是最后一個關鍵。

（三）教師課堂引領掌控不放松

在PBL 學習中，雖然要以學生小組合作學習、自主探究為主，但教師作為項目設計和實施過程中的引領者，要隨時關注學生的課堂表現、基礎知識掌握情況和項目的開展情況，當學生出現偏差的時候，教師應及時給予引導，使其走到正確的軌道上來。

總之，在高中信息技術教學中，PBL 是一種新型的以學生為主、教師為輔的學習模式。在PBL 開展中，具有基于真實情境問題的開放性，學生小組合作學習的全員性和探究性，在學生個性培養和發展、集體協作能力的培養以及學生知識整合等方面有著很大的優勢。在新課程改革過程中，教師要不斷更新知識儲備，積極擁抱新技術，用好PBL 的優勢，提升項目設計能力，為新課程、新課堂增添一絲絢麗的云彩。