運用“增量生長”型項目培養學生計算思維

楊金英 陳水娥

隨著《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的頒布，在某些學段的編程教學可能會被相對弱化，而高中編程教學獨立承擔的任務可能會更重要。編程教學如何脫離單純語言知識學習，實施計算思維的深度培養，這將成為新挑戰。本期解碼，讓我們聚焦編程教育的大單元項目設計與跨學科學習，探索更深度的思維培養。

《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》指出：計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。其凝練了計算思維等學科大概念，明確了具備計算思維的學生在信息活動中的典型特征，倡導項目式學習方式。筆者研究發現，部分“程序設計基礎”教學雖然在使用“購買物品”等主題式大單元項目教學，但遠離學生興趣點，且微成果分散，項目的成長性不強。因此，筆者在教學實踐中尋找更恰當的項目案例來優化教學過程，以期更好地落實學科核心素養的要求。

● 什么是增量生長項目

觀察各種項目完成的過程有分枝叢生型、增量生長型和紡錘生長型三類（如圖1）。增量生長項目的最終成果是一個多層次的完整整體，其完成過程伴隨學習過程而從小到大、逐層疊加、逐步推進，呈持續生長狀態。增量生長項目往往基于自身發展邏輯而逐步完成。

在大單元教學中選用增量生長型項目，學習過程伴隨項目成長的過程，項目發展引導學生的思維邏輯，從易到難逐步深入，能有效實現從低階認知策略到高階認知策略的整合發展，有利于計算思維的培養。

● 項目選題及設計意圖

項目學習的最大生命力在于真實性。增量生長型多課時編程項目“答題對對碰”的創意來源于央視《詩詞大會》節目。筆者在充分考慮學生需求度、知識覆蓋度、子題豐富度、項目成長度和完成難易度等的基礎上，確定項目任務——編程模仿主持人出題并判分，用戶作為選手答題。規則：每套5題，每題20分，提示后答對15分，答錯0分。題庫可以是詩詞大會等專題庫，也可以是綜合題庫;答題方式可以是套題、“一戰到底”或隨機抽題等。項目題庫豐富，答題規則可變，編程風格多樣，賦予項目豐富的子題選擇性，給予學生更多個性化表現機會。

期望學生通過本項目的學習經歷計算機解決問題的全過程，即分析問題、設計算法、編寫程序和調試運行。項目學習從現實生活切換到計算機解決問題的工作過程，逐步培養學生的信息意識、計算思維和數字化學習能力等學科核心素養。

● 分析項目完成過程，優化學習流程

選用增量生長的多課時項目實施大單元項目教學，需要合理分析項目的完成過程，認真優化活動流程，以項目需求推動學生探究，從而使項目學習達成更好效果。

1.分析項目成果，尋找增量生長路徑

本項目成果是伴隨項目學習生成的項目程序，仔細分析可發現其增量生長路徑（如圖2）。項目程序從只有幾個簡單語句的出題答題，到答案判斷、套題回答、多次答題，逐步生長，最終實現項目任務。所需知識從順序結構到分支結構、循環結構和雙重循環，從易到難逐步深入。項目的知識覆蓋度好，成長性強，難易度適中。有條理的學習進階符合認知過程，也體現了思維的漸進性，將計算思維培養與項目完成和知識學習兩個過程有機融合。

2.分解微項目活動，合理規劃課時安排

項目的生長過程遵循自身發展邏輯，生長路徑即項目活動的推進流程。深入分析課程標準、教材內容和項目過程，根據項目進程和知識對應拆分微項目，課時安排如右下表所示。因為項目的算法分析用到算法及其表達，在實際教學中把算法知識也融進項目過程。

3.優化微活動流程，理順學生思維過程

編程學習入門難、循環結構理解難是程序教學的共識。只有合理優化微活動流程，才能理順學生的思維過程，有效突破學習難點。

優化一：將出題程序多層分解，降低入門學習難度。一是從變量出題過渡到列表出題。學生第一次接觸程序，變量、數據類型、表達式、函數是一系列全新的概念，且列表學習基于變量理解。從變量到列表既是知識學習的遞進，也是程序的優化。二是將題庫操作延后到循環結構前。分析項目需求可知，多道題的出題需要讀取題庫并多次重復相似過程。處理完一道題后再學習文件操作和循環結構更符合項目需求，在選擇結構學習后學生也積累了一些編程體驗，此時加入文件操作學生更容易理解掌握。

優化二：加入“一站到底”程序，深化循環結構理解。從一套題的單循環直接到多套題的雙重循環，雖然可以用while結構，但思維難度較大。重新研究答題情境，“一站到底”非常適合while語句，有利于學生從不同角度理解循環過程，同時引導答題規則的變化。通過“一站到底”活動探究while使用，既分解循環結構的難度，加深對循環結構工作過程的理解，也為突破雙重循環的難點做好充分準備。

在項目基本任務完成后還可以討論更多答題規則，豐富程序使用的場景，如自選題庫、隨機抽題等。開放性的規則討論，極大地調動了學生的探究熱情，也給予項目更多個性化創新。

4.注重學法指導，落實計算思維培養

利用微活動之間的邏輯關系引導學生深度思維，注重學法指導與有效的生成性教學，可以更好地保障項目學習順利推進。分支結構是從順序結構的簡單思維向循環結構等復雜思維轉換的關鍵節點，也是計算思維培養的重要時機。分析項目算法，學生很容易理解答案判斷本身的邏輯選擇（正確與錯誤），進而主動探究雙分支結構;通過模仿與糾錯的學法指導，從常量判斷到變量判斷，再到多分支結構，引導學生完善程序。在復雜的多分支結構中加強靜悟、內化等學法指導，幫助學生逐步形成由易到難的高階思維。

● 本項目教學設計亮點

亮點一：項目設計體現項目驅動、項目貫穿和項目需要。從項目需求導入開始的五大環節教學流程如圖3所示。從項目算法分析到每個微活動過程都從項目需求到知識學習再到應用知識接力編程，體現出明顯的項目驅動性。項目需求驅動學生學習，學習進度決定項目進度和教學進度。教學要根據學習進度及時調整、靈活推進。

亮點二：項目活動遵循思維規律，分級推進，逐步發展。無論是項目算法分析還是接力編程，活動設計都遵循項目的自身發展規律，教學實施遵循認知活動與思維發展的基本規律。項目算法和程序編寫由易到難，一步步搭建學習支架，一步步破解思維難點。

亮點三：項目實施重視學法指導、資源支持和自主探究。高效的探究學習需要大量學習資源的支持，更需要有效的學法指導。將學習建議、學習資源和評價要求等集成到學習網站，可以提高探究效率，滿足學生個性化的學習需要。

● 項目教學實踐的思考

增量生長的大單元項目通過多課時學習完成較復雜的現實問題解決，推動知識學習和思維過程的持續深入，有利于學科素養的持續性培養。從課堂觀察看，從開始的項目推著學生走，到后來的學生追著項目跑，目睹著精心培育的作品一點點長大，學生興奮不已，課堂面貌發生明顯變化。計算思維等核心素養需要持續不斷地培養與發展。增量生長的多課時項目有其自身特點和優勢，能夠促進計算思維等學科核心素養的有效培養。增量生長項目的特點和優勢，不僅可以運用在程序設計教學中，還可以合理運用在其他教學內容中，不同學科的教學內容也可以結合特點推廣運用。

本文為江蘇省教育科學“十三五”規劃課題“開放式項目學習：培養高中生計算思維素養的實踐研究”（項目編號C-b/2020/02/19）研究成果。