項(xiàng)目式學(xué)習(xí)架起編程教學(xué)和計(jì)算思維的橋梁

梁玉芳

摘要：在中小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)中，如何結(jié)合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，是一個(gè)值得探索和實(shí)踐的課題。本文作者以《冰上舞蹈——Python之循環(huán)結(jié)構(gòu)》為例，運(yùn)用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境、分析問(wèn)題、探究實(shí)踐、拓展交流、總結(jié)評(píng)價(jià)幾個(gè)步驟，從分解思維、算法思維、抽象思維、發(fā)散思維、概括思維幾方面提升學(xué)生的計(jì)算思維核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;項(xiàng)目式學(xué)習(xí);可視化編程教學(xué)

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2022）05-0016-02

計(jì)算思維是信息時(shí)代每個(gè)人都應(yīng)具備的基本信息技術(shù)核心素養(yǎng)，是人類在未來(lái)社會(huì)求解問(wèn)題的重要手段。編程可以有效提升學(xué)生的計(jì)算思維，但傳統(tǒng)的編程教學(xué)從語(yǔ)法知識(shí)入手，忽視了計(jì)算思維的算法思想，學(xué)生的計(jì)算思維得不到有效提高。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，教師創(chuàng)設(shè)相關(guān)情境，引導(dǎo)學(xué)生在探究問(wèn)題的過(guò)程中理解基礎(chǔ)知識(shí)，形成計(jì)算思維。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與編程教學(xué)結(jié)合，更有利于提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。因此，在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下，筆者以Python循環(huán)結(jié)構(gòu)教學(xué)為例，在小學(xué)六年級(jí)開(kāi)展了教學(xué)實(shí)踐，以提升學(xué)生的計(jì)算思維。

● 創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題，訓(xùn)練分解思維

在本課的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，筆者用2022冬奧會(huì)花樣滑冰視頻片段來(lái)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境：如何利用Python編程語(yǔ)言畫(huà)出這些美麗的圖案呢？然后揭示課題，引導(dǎo)學(xué)生思考，復(fù)雜的圖案都是由簡(jiǎn)單的圖案組合而成的，將復(fù)雜的圖案一一分解，可得出解決問(wèn)題的辦法。

教學(xué)片段1：創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題。

教師播放冬奧會(huì)花樣滑冰視頻。在花樣滑冰中有一項(xiàng)比賽為冰上舞蹈，要求根據(jù)規(guī)定的音樂(lè)、圖案、步法和重復(fù)次數(shù)進(jìn)行比賽。我們可不可以用Python編程來(lái)繪制這些美麗的圖案呢？

教學(xué)片段2：分解問(wèn)題，揭示課題。

教師出示圖案，提出問(wèn)題：這些圖案應(yīng)該如何繪制（如下圖）？

師生共同分析，小組討論，發(fā)現(xiàn)這些圖案都有一個(gè)共同的特點(diǎn)：它們都是由基本圖形通過(guò)不斷的旋轉(zhuǎn)重復(fù)而成。分析后，教師揭示課題：冰上舞蹈——Python循環(huán)結(jié)構(gòu)。

分解問(wèn)題是解決問(wèn)題的一個(gè)重要方法，也是計(jì)算思維的一種，在編程教學(xué)中通過(guò)對(duì)問(wèn)題的分解，將一類圖案的繪制歸納分解成多邊形的繪制，通過(guò)對(duì)多邊形的不斷重復(fù)，旋轉(zhuǎn)形成美麗的圖案，引導(dǎo)學(xué)生在接下來(lái)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)中做到有的放矢。

● 分析問(wèn)題，啟發(fā)思考，培養(yǎng)算法思維

算法思維是計(jì)算思維的核心，那什么是算法呢？算法是解決問(wèn)題的方法和步驟，有了算法，再將算法轉(zhuǎn)換為編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)程序。本課中，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)學(xué)案分析圖形繪制步驟，尋找規(guī)律，最后形成算法。

教學(xué)片段3：分析步驟，形成算法。

要畫(huà)復(fù)雜的圖形，需要先繪制基本圖形，根據(jù)這一明確任務(wù)，通過(guò)問(wèn)題分析引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入思維分析：①是由什么基本圖形構(gòu)成？②如何繪制？③尋找規(guī)律：重復(fù)的步驟有哪些？重復(fù)了幾次？

通過(guò)記錄的方法將思維形象地表示出來(lái)，學(xué)生學(xué)會(huì)了初步使用工具解決簡(jiǎn)單問(wèn)題。以上頁(yè)圖中左邊那個(gè)圖形為例，其基本圖形為正方形，如何畫(huà)正方形呢？教師引導(dǎo)學(xué)生用之前學(xué)過(guò)的知識(shí)將畫(huà)正方形的步驟完整地寫(xiě)出來(lái)，并尋找規(guī)律。

通過(guò)分析，將問(wèn)題從自然語(yǔ)言的描述向代碼轉(zhuǎn)化，并要求學(xué)生在程序中將效果實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生從分析走向?qū)嵺`，從具體向抽象逐步轉(zhuǎn)化。

● 探究實(shí)踐，問(wèn)題深入，鍛煉抽象思維

抽象思維是計(jì)算思維的另一個(gè)重要維度，它是在分析問(wèn)題時(shí)抽取最本質(zhì)的特性形成概念。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)最主要的環(huán)節(jié)就是學(xué)生的主動(dòng)實(shí)踐探究，Python編程更是離不開(kāi)學(xué)生的探究實(shí)踐。

教學(xué)片段4：深入問(wèn)題，循環(huán)嵌套。

通過(guò)問(wèn)題深入，進(jìn)一步讓學(xué)生思考：圖中左邊那個(gè)圖形可以分解為幾個(gè)正方形？旋轉(zhuǎn)的角度及旋轉(zhuǎn)次數(shù)之間有什么聯(lián)系？分析循環(huán)體和循環(huán)次數(shù)，利用循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行算法設(shè)計(jì)。

通過(guò)具體的實(shí)例將循環(huán)具象化，學(xué)生進(jìn)一步理解了循環(huán)結(jié)構(gòu)，并掌握了其初步應(yīng)用。參照計(jì)算思維解決問(wèn)題的方式，讓學(xué)生進(jìn)行確定問(wèn)題、分析問(wèn)題、模式識(shí)別、算法設(shè)計(jì)等一系列思維訓(xùn)練，能突破本課的難點(diǎn)，讓學(xué)生體驗(yàn)將復(fù)雜問(wèn)題變成簡(jiǎn)單問(wèn)題的思維過(guò)程。這樣的訓(xùn)練讓學(xué)生不僅擁有了自主思考的機(jī)會(huì)，而且能夠迅速提高計(jì)算思維能力。

● 拓展交流，自主創(chuàng)作，提升發(fā)散思維

在項(xiàng)目式編程教學(xué)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，形成多種解決問(wèn)題的方案。在本課的教學(xué)中，教師可以先展示部分復(fù)雜圖案，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)挑戰(zhàn)的熱情，然后提出創(chuàng)作任務(wù)和展示要求，最后小組評(píng)價(jià)反饋，選出最佳創(chuàng)作作品。

在本課中，學(xué)生學(xué)會(huì)了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程，從學(xué)會(huì)畫(huà)多個(gè)正方形的編程到學(xué)會(huì)畫(huà)任意個(gè)多邊形的編程，在計(jì)算思維上，實(shí)現(xiàn)了由解決一個(gè)問(wèn)題到解決一類問(wèn)題的思維蛻變，思維也從“碎片化”變得更加“系統(tǒng)化”。

● 總結(jié)評(píng)價(jià)，深入思考，提高概括思維

課堂總結(jié)是一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)，及時(shí)總結(jié)有助于學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的再次記憶，同時(shí)在總結(jié)的過(guò)程中提升概括思維。

在本課中，教師可引導(dǎo)學(xué)生利用思維導(dǎo)圖的方式進(jìn)行編程知識(shí)的總結(jié)和反思，將原本抽象的知識(shí)進(jìn)行可視化處理，理順不同知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)性，使學(xué)生完成知識(shí)體系的建構(gòu)，提升思維的靈活性和深刻性。

● 結(jié)語(yǔ)

總之，在項(xiàng)目式編程教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中“訓(xùn)練分解思維—培養(yǎng)算法思維—鍛煉抽象思維—提升發(fā)散思維—提高概括思維”，不僅可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到編程知識(shí)，還能有效培養(yǎng)計(jì)算思維，促進(jìn)其核心素養(yǎng)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

中華人民共和國(guó)教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

本文系江蘇省管雪沨網(wǎng)絡(luò)名師工作室、江蘇省“十四五”教育規(guī)劃課題“小學(xué)人工智能教育的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)體系建構(gòu)和實(shí)施策略研究”（編號(hào)：D/2021/2/148）階段性成果。

3339501908204