面向真實場景的編程項目式教學實踐與思考

呂紅專 吉林省四平市教育學院

編程教學容易激發(fā)學生的學習興趣，但隨著學習的深入、難度的增加，學生容易產(chǎn)生知難而退的想法，而項目化學習有助于將興趣與學習動機建立聯(lián)系，通過發(fā)現(xiàn)問題、分解問題等幫助學生克服畏難情緒。面向真實場景的編程項目式教學將學生置于問題解決的過程之中，能讓學生學會使用信息科技的概念和原理解決問題，進而培養(yǎng)學生的計算思維能力。下面，筆者結合實踐談一談面向真實場景的編程項目式教學的價值和教學模式。

● 走向計算行動：編程教學的現(xiàn)實需求

從20世紀80年代的程序設計熱開始，人們就將眼光聚焦在編程教學上。但以前的中小學編程教學過多地強調(diào)了代碼本身，強調(diào)要打好學生編程學習的基礎，導致編程主要聚焦于讓學生理解編程的細節(jié)要素，如變量、循環(huán)、條件、并行、運算符和數(shù)據(jù)處理等。這種“打好基礎后再應用”的想法容易讓學生感覺編程學習枯燥乏味（感受不到編程學習的價值與意義，即不能運用編程解決真實世界的問題）。美國邁克·蒂森鮑姆等人提出了“計算行動(computational action)”思想。計算行動是一個新的編程教育框架，提出在學生學習編程時，通過將編程教育置于與學生緊密相關的現(xiàn)實世界中，從而讓更多學生更加樂于參與到編程的學習中來。

“計算行動”就是要學習者自我驅(qū)動解決真實問題的編程教學樣態(tài)。但這種以學習者為中心的編程教育，需要重新審視如何為學習者提供支持。教師要在沒有預設解決方案的復雜教學環(huán)境中從容應對各種生成性問題，要引導學生自己發(fā)現(xiàn)解決方案，而不是直接給他們答案。通過自主解決真實問題，學生參與了有意義的項目式學習，而不是預先制訂好的編程練習。

● 編程教學面向真實場景的價值

編程教學中最為重要就是提供真實場景，那么，面向真實場景對于編程教學有何價值與意義呢？編程項目式教學使用真實生活場景有如下優(yōu)點：①保持學習者的中心地位。過去，信息是“推”給學生的，但現(xiàn)在轉變?yōu)樽寣W生根據(jù)需要“找”信息。真實生活場景是一個沉浸式的場景，學生需要在真實問題解決中學會自己尋找信息、提出解決方案和進行評價。②知識保持能力增強。引入真實的生活場景能夠很好地實現(xiàn)深度學習效果，學生更容易形成深度記憶，知識的保持能力增強。③立即應用知識。真實的生活場景將學生置于真實問題解決的過程中，使學生能夠在日常生活中輕松、直接地應用技能和知識。④學會問題解決。學生通過真實的生活場景提出問題，并聚焦驅(qū)動性問題。驅(qū)動性問題具有支架和導向的作用，通過驅(qū)動性問題可以確認核心任務，有助于學生結合已有的知識儲備經(jīng)驗和習得的核心知識解決問題。

● 面向真實場景的編程項目式教學模式及案例

面向真實場景的編程項目式教學主要通過真實生活中的問題解決，幫助學生理解編程的概念與原理，學會利用編程解決問題。學生在完成編程項目的過程中，以真實問題為起點，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分解問題、提出方案、迭代優(yōu)化和思維拓展等具體的實踐過程。筆者根據(jù)日常教學研究，歸納了面向真實場景的編程項目式教學模式，如下圖所示。

下面，筆者以“智能植物監(jiān)測系統(tǒng)”項目為例詳細地講解面向真實場景的編程項目式教學過程。

1.根植真實場景，發(fā)現(xiàn)問題

無論是項目式學習的概念還是項目式學習的黃金法則，都強調(diào)了“真實性”這個要素。真實場景會使學生產(chǎn)生學習內(nèi)容的相關性并學會自主學習、主動學習。因此，教師需要從學生的真實生活經(jīng)驗入手，遴選真實問題，才能激發(fā)學生的學習動機。長期離家后植物無人養(yǎng)護是學生關心的問題，因此，筆者提出“智能植物監(jiān)測系統(tǒng)”項目，鼓勵學生從這一真實生活情境出發(fā)，發(fā)現(xiàn)問題并進行調(diào)研和分析問題。

2.確定驅(qū)動問題，分解問題

驅(qū)動性問題是學生探究的興趣點，通過真實的問題設計可以讓學生看清問題的本質(zhì)（確認核心任務）。在確定了驅(qū)動問題之后，還要對問題進行細化分解，形成結構化的子問題任務。“智能植物監(jiān)測系統(tǒng)”項目的驅(qū)動問題是“如何確保家里的植物健康成長”，由此聚焦核心任務，即設計一款智能植物監(jiān)測系統(tǒng)。然后對驅(qū)動性問題進行解構剖析，即分解問題，形成問題鏈（需要鏈接問題與知識之間的關聯(lián)，逐步完成目標）。

3.編程算法設計，提出方案

該環(huán)節(jié)要通過小組協(xié)作的方式形成解決方案，根據(jù)子問題進行功能實現(xiàn)與算法設計。學生需要思考參數(shù)如何確定、應用哪些控件編寫程序、需要用到哪些硬件等問題。教師要引導學生系統(tǒng)化地分析問題，持續(xù)探索，反復迭代，優(yōu)化程序，培養(yǎng)學生設計編程算法解決問題的能力。

4.驗證算法程序，迭代優(yōu)化

學生在驗證調(diào)試的過程中會不斷地進行糾錯和優(yōu)化，以實現(xiàn)解決方案的升級。“智能植物監(jiān)測系統(tǒng)”項目中可能會發(fā)現(xiàn)新的問題，如不同植物的生存條件不一、不能根據(jù)植物的特性調(diào)整參數(shù)等。有的小組想到采用智能植物牌詳細記錄植物信息，將植物的生存信息掛置在花盆處，然后根據(jù)植物信息管理植物的方法。

5.分享交流評價，思維拓展

最后，教師要及時進行評價。教師可以通過項目成果展示和答辯等形式進行分享評價，以促進學生反思能力的發(fā)展，從而實現(xiàn)深度思考。

● 教學效果與反思

1.學生能夠進行“有效的學習”

學生在完成項目的過程中需要根據(jù)以往的知識和客觀規(guī)律去思考方案，需要經(jīng)過“試錯—改錯—總結”才能學會使用工具，需要通過查找書本內(nèi)容、上網(wǎng)查找解決方案或閱讀“操作指南”才能找到解決方法，而不是傳統(tǒng)灌輸式地接收知識，學生無時無刻不在進行著“有效的學習”。

2.形成問題解決的邏輯思維

編程過程與在生活中解決問題的思路相似。當遇到問題時，首先分析所要達到的目標，其次思考為達成這樣的目標需要解決什么問題，最后開始實施。通過這一過程可以幫助學生形成問題解決的邏輯思維，有助于其他生活問題的有序解決。

3.培養(yǎng)學生的工程思維

工程師最大的特征是具有模塊化的系統(tǒng)思維方式，他們擅長將復雜問題進行分解，也擅長將其綜合解析。將復雜問題分解成子問題與子結構被稱為“解構”；經(jīng)過對子問題與子系統(tǒng)分而治之，找到各部分解法后加以綜合，這種方式被稱為“建構”。在接收到教師布置的項目時，組長把任務分解成多個子任務，通過分工團隊中各個成員需完成“解構”后的子任務。之后，小組交流合作把子任務的各種解決辦法進行綜合，形成具有科學性和邏輯性的解決方案。不同小組形成的解決方案可能不唯一，因為工程思維具有容錯性，可能存在一個子任務的解決方案是錯誤的，這時需要小組中其他成員發(fā)現(xiàn)錯誤，并反復修改。

4.實現(xiàn)跨學科知識綜合應用

學生在完成編程的同時，也學習了其他學科的知識，即以程序目標為索引，對跨學科知識進行綜合應用。

● 結束語

在編程教學的過程中，教師需要結合課堂實踐經(jīng)驗和學生的實際水平不斷改進教學方法，以平衡學生畏難的心理與深入學習之間的矛盾。面向真實場景在編程教學中應用項目化學習，以問題為主線，以技術操作為暗線，實現(xiàn)了從關注技能操作層到關注思維層面發(fā)展的轉變。它從真實的生活問題出發(fā)，激發(fā)了學生的內(nèi)驅(qū)力，通過問題鏈啟發(fā)思維，實現(xiàn)了學生高階認知的建構，并通過主動分析問題、合作探究分解任務、用計算思維的方式解決問題，培養(yǎng)了學生的信息技術學科素養(yǎng)。信息科技課程的不斷發(fā)展也對教師提出了更高的要求，教師只有時刻保持學習的態(tài)度，樂于接受新鮮事物，學習新工具，才能將教育做成一門藝術。