基于學科素養的高中信息技術項目式學習

王連誠

【摘要】高中信息技術項目學習實施要依據學科的核心素養要求，合理規劃項目主題、科學重構學習內容、精準設計學習目標、合理組織項目過程，在項目學習實施過程中落實核心素養的培養。

【關鍵詞】項目式學習;高中信息技術;學科核心素養

高中信息技術學科核心素養由信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四大要素組成，信息技術教師要領會學科素養的內涵，將核心素養落實到課堂教學當中，實現課程育人的根本任務。信息技術學科核心素養具有很強的實踐性，需要學生經歷解決問題的過程，課程標準提倡項目式學習，在完成項目的過程中，綜合形成學科核心素養。把握項目學習本質，明晰項目教學法的實施過程有利于組織課堂教學。筆者以高中信息技術課程必修模塊實施編程計算體重指數（BMI）診斷健康營養狀態項目式學習為例，展開了對項目式學習、落實學科核心素養的實踐探索。

一、選擇恰當的項目主題，挖掘項目學習價值

項目必須是一個切實的項目，它面對事件、深入問題、探索答案，并能產生影響的。選擇項目主題要符合以下三個策略：所選主題必須是可以解決與現實生活緊密關聯的實際問題;主題的選擇要明確指向信息技術課程學習的目的和價值;所選主題應具有探究性，有一定挑戰的難度，有探索的意義和價值。

計算體重指數（BMI）診斷健康營養狀態項目（以下稱BMI項目）為教材所選用，它就符合這個三個策略。BMI即身體質量指數，是國際上常用的衡量人體肥胖程度的重要標準。BMI是通過我們人體體重與身高這兩個數值來獲取的，它可以有效評判一個人的健康營養狀況。

學生由于學習緊張，身體健康成為他們切身需要。學生通過計算BMI項目了解自己健康營養狀況符合學生現在或者將來學習、生活的實際需求。

計算BMI，通過體重與身高這兩個數值，進行數據處理，就可以顯示結果，在課程目標上，這可以挖掘計算機編程基本方法，即IPO，在算法結構上，程序是順序結構，在基礎知識上，它涉及到變量和數據類型、輸入語句、處理方法（賦值語句和算術表達式）和輸出語句，在編程實踐上，它是極簡編程，符合學生認知規律。

通過BMI數值了解自己健康營養狀況，要進行判斷分析，首先男生和女生要求不同，判斷條件也不同。它具有探索性，有持續研究價值。在課程目標上，可以學習分支語句，在程序結構上，它是條件結構，在基礎知識上，它涉及到條件表達式和關系表達式以及分支語句，在編程實踐上，它具有一定難度，在編程規范方面可以得到體驗和提升。在項目實踐上，男女學生可以依據自己角色選擇男生或者女生判斷標準數據，通過編程體驗后，在學習分支結構嵌套來完成，實現梯度上提升，深入探索，應用分支嵌套知識來解決實際問題。

實現多個學生通過BMI數值了解自己健康營養狀況，要輸入多個學生數據，依據自己角色選擇男生或者女生判斷標準數據，在編程難度上再上一個臺階，在算法的基本結構上，它屬于循環結構。在功能上，它需要退出，還可以繼續學習退出語句等，在課程目標上，它涉及到算法的三種基本結構，在基礎知識上，它涉及到條件表達式和邏輯表達式以及循環語句。這樣，通過BMI數值了解自己健康營養狀況項目幾乎涉及到程序設計的基本知識，體驗了分析問題、建立數學模型、設計算法、編程實現算法等計算機解決問題的一般過程。

可見，從選擇主題的角度看，通過BMI數值了解自己健康營養狀況項目符合選擇主題的三個策略。

二、重整課程內容，豐富項目學習內涵

立足學情，依據項目解決邏輯組織學習內容，挖掘豐富資源，拓展學習內容。

在程序基本知識教學中，以往一般以學科體系知識構建為目標，首先從數據類型開始，講授變量、常量定義以及命名、運算符與表達式，然后介紹語句和程序結構，先學習基本知識，然后使用基本知識解決問題。這里存在一個問題是學生往往學了很多知識，但是涉及到解決問題時機慢了一個節拍，脫節。比如學習了各種數據類型，但是就是很少涉及到具體應用，脫離知識產生場景，學習枯燥無味。

在項目學習教學中，我們要重構學習內容，依據解決項目問題過程中，學習基本知識，解決項目問題，理解知識來龍去脈，激發學習興趣，學習指向性強。

按照BMI項目實施過程，把項目分解幾個大任務，每個任務安排一個或幾個小活動，以此重組展開課程內容。

任務1：計算BMI。安排活動：用組織結構圖表示解決問題的一般過程。輸入身高和體重，處理計算BMI，輸出BMI，用流程圖表示，編程實現。

任務2：判斷對某個男生或者女生體重指數等級的完整評定。

活動1：判斷BMI是否在“正常”等級范圍內。用流程圖表示算法，編程實現。

活動2：顯示BMI對應的等級：“正常”“低體重”“超重”或“肥胖”。用流程圖表示算法，編程實現。

活動3：根據任意高一學生，選擇男女生進行等級判斷。

任務3：輸入若干個高一學生或者重復輸入并可以退出，顯示體重指數等級的完整評定。用流程圖表示算法，編程實現。

活動1：輸入5個學生，選擇男生或女生，輸入數據，顯示體重指數等級的完整評定。

活動2：重復輸入不退出、設置退出，選擇男生或女生，輸入數據，顯示體重指數等級的完整評定。

活動3：擴展任務，使用自定義函數簡化BMI項目。

依據項目重整課程內容，我們可以引導設計項目方案。倒推項目背景，參考課本內容，我們把項目設計如下：

依據《國家學生體質健康標準》體重指數等級、單項評分表以及指數范圍，編程計算BMI程序（bmi.py），分別輸出男女生體重指數以及等級。

1.編寫程序，輸入的某個高一學生身高和體重值，輸出這個學生的體重指數。

2.完善程序（bmi.py）功能，如果高一年級男生體重指數值在 [16.5，23.2]范圍內，則屬于“正常”等級，否則屬于“不正常”等級。

3.結合高一學生體重指數評分表，實現對某個男生體重指數等級的完整評定，即根據輸入的身高和體重值，顯示對應的等級：“正常”“低體重”“超重”或“肥胖”。

4.如果繼續完善程序，使之能對任意高一學生（男生或女生）進行體重指數等級的判定。

依據學生認知規律，在課程內容構建上，首先讓學生體驗計算編程解決問題的一般過程，用計算機編程計算BMI指數，問題明確，分析方法簡單，容易理解建立模型，能夠理解算法的特征，容易理解編寫程序的基本方法。在基本知識教學中，把變量概念及其定義、數據類型、輸入輸出語句、轉換函數、賦值語句、算術表達式貫穿在體驗過程中，通過體驗理解編程程序IPO的基本方法，知道程序必須有若干個輸入和輸出的特征。

這樣，通過計算BMI，把編程知識教學貫穿其中，改變過去脫離實際的做法，花費很多時間學習基本知識，比如講授了各種數據類型，從講解到練習，都沒有涉及到解決具體問題，無法理解知識形成的過程。在計算BMI編程項目的過程中，涉及到數據類型有數值、浮點數、字符串，主要是數值、浮點數，這里不再突出字符串數據類型，更不講列表等數據類型，通過程序編碼，理解用變量描述事物的屬性的特點，發現變量命名問題，比如“見名知意”，大小寫問題，從編程實際活動中，理解基本知識，構建編程基本知識，加深對基本知識的理解。

挖掘豐富資源，拓展學習內容。在BMI項目中，依據自己角色選擇男生或者女生判斷標準數據，選擇分支語句實現多分支選擇結構。如果深入開展項目，還可以選擇男女，這樣可以擴展為分支語句的嵌套，在實際應用中體會嵌套的作用，同時可以利用選擇男女生分支條件設置，理解一分支選擇結構、二分支選擇結構。通過BMI項目，涉及到選擇結構的各種分支情況，從而理解用選擇結構理解分支語句。

實現BMI項目多次或不限次數的重復輸入和退出機制，學習循環結構和循環語句和中斷語句，這樣就基本完成了算法的三個基本結構以及實現三種結構的語句學習。

擴展內容會考察學生實際需求，比如，通過打印函數實現界面設計，深入學習字符串與變量連接的顯示方式等。

三、細化教學目標設計，規劃項目學習過程

項目學習實施，從課程內容構建上看，已經對教學目標做了一個安排，突出了學科基本知識，從項目任務中也可以看到要落實的學科思維，在項目活動中，對問題的解決提出了要求。依據設計好的任務分活動，細化學習目標設計，實現基礎知識學習，培養學生解決問題的能力，提升學生學科思維。

在三個大任務上，設計了計算機解決問題的一般過程、算法描述和算法的三個基本結構教學目標，用組織結構圖、流程圖等可視化表達方式表達信息，思考算法的基本結構在算法設計的重要意義，歸納算法的基本結構特點。這是項目學習的教學目標。

在教學目標設計上，我們可以按照基礎知識、問題解決過程和學科思維三個層面劃分，明晰教學目標，有利于規劃項目組織過程。

比如，在任務1中，計算BMI，涉及了問題解決的一般過程，設計算法概念、算法描述等基礎知識，安排用組織結構表示一般過程，用流程圖表達算法的順序結構的活動，在學科思維上總結順序結構的特點。在活動中，輸入身高和體重，計算BMI的值，涉及到變量、數據類型、輸入輸出函數、算術運算符號和表達式、賦值語句等基本知識，通過活動學會用變量、常量、數據類型、算術表達式以及賦值語句等從而實現問題求解，在學科思維目標上，體現了理解編程的基本方法IPO、輸入語句從鍵盤上輸入數據，輸出語句把數據顯示在屏幕上的特點，理解賦值語句的含義。

把用流程圖表示算法的三個基本結構的教學目標，分別安排在三個大任務上，在問題解決的場景中，理解算法表示，從順序結構、選擇結構和循環結構，層層推進，逐步落實教學目標，分解難度，循序漸進，在目標設計上符合學生認知水平。

四、有效實施過程，落實核心素養培養

以項目完成為主線，在項目實施中完成學習，是項目學習特點。在實施項目時，要幫助學生理解項目組織過程，引導設計項目活動方案，按照大任務小活動有效地指導實施項目活動，達成細化教學目標，先引導學生思路，先學后教，在保證項目完成的基礎上，加深對基礎知識學習，提升學科核心素養。

針對本項目特點，落實核心素養培養重點關注以下幾點：

1.借助數字化工具進行學習，提升數字化學習能力，增強學習效果。在項目實施過程中，通過編制流程圖，培養用數字化學習工具進行學習能力。通過順序結構流程圖，理解編寫程序IPO基本方法;通過分支選擇結構流程圖，理解多分支條件表達式的優化，進一步理解分支語句的邏輯結構與語法規則，理解選擇結構的特點，通過循環結構流程圖設計，體會解決生活中重復操作問題的經驗，概括循環結構的特點，理解按條件終止循環。

2.通過探究學習，組織交流分享，加深學習深度，培養學科思維。難于理解知識，學科思維構建，都需要探究學習活動。分支語句、循環語句實現選擇結構、循環結構，是教學難點。通過探究學習，可以突破難點。

比如實現分支選擇結構嵌套，可以分別假設為一分支結構、二分支結構或者多分支結構，引導學生提出猜想，設計算法，編寫程序驗證，通過幾種情況的探究活動，深入理解分支結構的嵌套，理解在不同場景下使用不同的分支結構以及嵌套的特點。

假設循環次數，通過探究活動，理解循環結構特點。比如，循環5次的條件，循環變量定義和循環體構成，重復輸入并實現退出，循環條件、循環變量、循環體以及退出機制，進而全面理解循環結構。

3.在項目解決問題的過程中，感受計算思維的魅力。BMI數據采集和存儲，涉及到計算思維。要引導學生認識事物現象，抽象人的屬性，如身高和體重，理解數據的類型與現實生活息息相關，定義變變量，通過編寫程序，調試運行程序，驗證是否通過編譯，理解數據類型。

通過分支語句、循環語句運行調試，體驗編程規范化，理解Python編程規范化，體會編程語句構建程序代碼的思想和方法，理解遞進與包含關系。

總之，通過項目促進知識學習，經歷解決項目復雜問題的過程，學生可以獲得解決問題的知識、方法，從而形成學科素養。

【參考文獻】

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[2]湯姆馬克姆著，董艷譯.PBL項目學習：項目設計及輔導指南[M].北京：光明日報出版社，2015（10）.

（基金項目：本文系課題“基于信息技術學科核心素養的項目學習應用研究”的研究成果，課題編號：QJH201910080）