計算思維素養下程序設計項目式教學探索與實踐

武蓬蓬

【摘 要】本文通過分析計算思維的本質，利用項目式教學方法，對以問題解決方案為中心的信息編程進行設計，把項目分解后放在子方案內解決，讓學習可持續、可操作，從而優化學習，提升學生計算機思維能力。本文以科學出版社八年級下冊信息技術第二章“程序設計初體驗”為例做具體闡述。

【關鍵詞】計算思維;項目教學;程序設計

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2021）02、03-098-04

教育部頒布的高中信息技術課標明確將“信息意識”“計算思維”“數字化學習與創新”“信息社會責任”確定為信息技術學科的核心素養，其中，計算思維的提出更是將信息技術課程從工具學科轉變為培養學生信息素養學科。如何將“計算思維”落實到具體的程序設計教學中，項目式教學不失為一種很好的方法。

項目式教學旨在以真實情境為背景，以學生為中心去解決真實問題。但在教學實踐中，項目式學習的有些弊端也逐漸顯現。課堂時間和學習內容的不協調，導致所謂項目分析、設計、交流容易流于形式，反而弱化了知識學習、思維訓練和創新能力的培養[1]。而本篇將程序設計為實例，把項目分解成多個子方案進行解決，讓學習可持續、可操作，從而達到優化學習，更好提升學生計算機思維能力。

筆者結合多年的教學經驗，總結了一套完整的計算思維項目式提升訓練流程：“思考分析→設計啟發→實踐論證”。在這流程中，項目方案是關鍵。以方案設計為解決突破點，通過分解設計子問題方案，培養學生解決問題的能力，最終達成計算思維的初步養成。

項目式教學設計的基本思想

計算思維培養的過程是分析和解決問題的過程，當學生面臨問題時，引導學生分析思考，并提供一系列具有針對性的方案、流程，幫助其解決問題，整個過程的實施融入到項目教學中形成系統，則更有利于計算思維能力的提升。根據以上分析，可以從學前分析入手，到具體問題的分解，最后到針對性的方案設計來逐步實施。

1.學前分析

學前分析主要從兩個方面進行：一是學生分析，對學生的知識水平、心理特征、興趣愛好、學習情況等初步了解;二是教材分析，根據教材特點與學生興趣設計學習項目，進行思考分析，設計項目方案，最后實施拓展項目方案達到學生計算思維的提升。

2.方案分解

項目方案的設定“基于項目的學習是學生在教師引導下發現問題，以解決問題為導向開展方案設計、心智學習、實踐探索，具有創新特質的學習活動”[2]。項目方案設定要從兩方面考慮：一是學習者原有知識經驗，二是教學內容。方案的選擇從學習者經驗自身出發，將教學內容與原有知識經驗建構整合。將大項目分解成若干個小項目，將復雜方案分解為層層遞進的小方案，最后想辦法逐一解決，最終完成整個項目。這個過程也是學生計算思維能力不斷提升的過程。

項目式教學方案及流程

以“出租車計費程序”為例

通過學情、學習內容、學習目標的分析，進行了具有問題情境的項目方案設計，再將問題分解成一個個子問題。最后，對所有子問題進行整合形成系統。

案例：基于計算思維能力提升的程序設計項目式教學法的是一個較為復雜的工程，本文以“出租車計費程序”為例進行具體闡述。

1.學前分析

基于項目的學習強調要讓學生去解決真實的問題，本項目以一個真實的情境“出租車計費”引入主題，比較貼近學生生活，同時與項目式學習融合。

2.方案分解

利用程序解決問題一般先進行算法設計，算法是進行解決問題的方法步驟及策略，也是程序設計的核心。很多學生初次了解算法的概念，會有些迷茫，因此，首要解決這個問題，此問題描述見圖1。設計算法時要用自然語言和流程圖兩種形式描述。

3.設計流程

將出租車計費問題用數軸分段表示，如圖2所示;用自然語言描述，見圖3;用算法流程圖表示，見圖4。平時的教學中，通過前面兩種形式的算法分析，學生很容易就明白如何解決出租車計費問題了，然后再進行按鈕代碼的編寫、調試，并運行查看結果。在本活動中，學生初次接觸程序設計，通過對出租車計費程序兩種形式的算法分析后，學生會了解了算法的概念及其特性，初步體驗了用算法分析問題、解決問題的思路及方法。為了培養計算思維，同時教師應及時找機會傳授各種經典的算法思想，如窮舉法、遞歸法、分治法、貪心法等，并引導學生嘗試把算法思想應用到平時的學習和生活實踐中。

4.實踐論證

本活動學習算法思想后，可以將項目方案設定為讓學生以小組為單位（每組5～10人），以“學習‘出租車計費程序活動帶來的思考”為主題，進行項目式情景拓展訓練。（教師可以拋磚引玉：你打算如何解決出租車計費問題？關于界面設計你滿意嗎，有沒有更好的設計？學習生活中遇到需要選擇的情況，你是如何選擇的？除了VB，你還知道什么編程語言可以解決？除了出租車計費問題，用學到的知識還可以解決學習生活中的哪些問題？你能嘗試進行編程解決嗎？你學會利用算法思想去分析問題、解決問題了嗎？你還想到了什么……）這種依據項目式情景訓練要經常進行，可以每單元、每個月甚至每節課，經常開展這樣思維訓練，相信學生用計算思維思考問題、解決問題的能力會有一定的改變。

項目式教學拓展延伸之一

計算思維的培養可分為識別問題與需求、研究問題與需求、開發可能的解決方案、選擇最可能的解決方案、構建原型、測試和評估解決方案、溝通解決方案、重新設計等八個環節[3]。這為我們開展計算思維培養項目式學習的拓展延伸提供了參考。

以“色彩變換萬花筒”為例具體分析如何將八個環節有機融入到在這一活動中，利用VB循環語句，在窗體上繪制彩色同心圓，模擬出萬花筒效果，具體環節設計見表1。

表1中提到的“波紋”按鈕算法流程圖和其他波紋效果見圖5。

上述方案流程會讓學生感覺很新奇，教師給出的方案只是起到一個拋磚引玉的作用。其實，除了上文表格中列舉的各種不同波紋效果外，還可以讓學有余力的學生大膽嘗試設計矩形、三角形等不同的效果。鼓勵學生通過多種渠道獲取相關的知識，這樣無形中提升了學生獲取信息、加工信息、處理信息的能力。不同枝葉源于共同的根系，學會舉一反三，也是學生核心素養的一種體現。

項目式教學拓展延伸之二

計算思維素養的培養是希望學生像專家那樣去思考利用信息技術解決問題的方法與過程。因而計算思維下的項目設計培養不能局限于程序設計本身，還應體現在各種內容的學習中，引導學生理解與掌握利用信息技術解決問題的學科方法，從而提高解決問題的能力，發展學科核心素養。

思維導圖是表達發散性思維的有效圖形思維工具，它簡單卻又很有效，是一種革命性的思維工具，非常有利于訓練學生的計算思維。筆者借助思維導圖對“程序設計初體驗”這一節的知識進行了梳理，效果見圖6。

經過思維導圖的梳理，本章的知識一目了然，這對于學生進行知識的構建大有裨益。眾所周知，思維導圖不僅可以用在信息技術學科，更可以用在其他各個學科，并且非常靈活方便。如一個知識點、一節課、一單元、一冊書、一個學科等的知識梳理，一天的學習安排，一周、一學期的學習復習計劃等。

項目教學存在的問題

前面論述的方案很好地支持了計算思維素養下的項目式教學目標的實現。誠然，可能還有更好的教學模式，如包括基于可視化編程的項目式、主題式、范例式教學等。盡管這些教學方式設計意圖很好，教師運用時也各有差異，但在很多情況下受制于教學內容的約束或教學目標的完成，效果也有待進一步提升。一方面是教師對計算思維的認知不夠，對項目式教學理解不清;另一方面，教師本身也缺少計算思維扎根于課堂教學的理論與方法指導。

項目教學總結與展望

項目式教學以其獨特的優勢，將教學的設計緊緊圍繞著學生自身情況并根據學生自身的問題開展教學，根據學情和問題分析設計解答，使教學更有效地激發與培養學生計算思維能力。當然，單一運用項目式教學引領的方式去解決問題，設計的程序方案并不能全面完整，這需要同行們以后的教學中還在不斷進行摸索，在原有基礎上補充，不斷創新項目設計方案，提高程序設計的教學效果。

參考文獻

寧可為，楊曉霞：基于AppInventor的初中計算思維培養實證研究[J].課程·教材·教法，2018（2）： 110-111.

方其桂：基于項目學習的中小學APP編程教育[J]. 課程教學研究雜志，2020（4）： 46.

中華人民共和國教育部. 普通高中信息技術課程標準[M]. 北京：人民教育出版社，2017： 45.

作者單位：安徽阜陽市第十五中學