核心素養(yǎng)視角下高中信息技術(shù)項(xiàng)目化教學(xué)研究

摘" 要" 運(yùn)用項(xiàng)目化教學(xué)，對(duì)智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)生動(dòng)有趣的項(xiàng)目活動(dòng)，探索高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與提升，以期推動(dòng)高中編程教學(xué)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞" 高中信息技術(shù)；項(xiàng)目化教學(xué)；教學(xué)設(shè)計(jì)；智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.67" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2024）23-0-03

0" 引言

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出，課程倡導(dǎo)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式，將知識(shí)建構(gòu)、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入運(yùn)用數(shù)字化工具解決問(wèn)題和完成任務(wù)的過(guò)程[1]2。因此，在高中信息技術(shù)教學(xué)中開(kāi)展項(xiàng)目化教學(xué)是一種適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求和學(xué)生發(fā)展需要的新型教學(xué)模式。

項(xiàng)目化教學(xué)是一種以項(xiàng)目主題為核心的教學(xué)模式，它強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目的主題與真實(shí)世界密切聯(lián)系，教師和學(xué)生共同實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目，學(xué)生通過(guò)有趣、可行的項(xiàng)目活動(dòng)能夠掌握知識(shí)與技能，從而提升分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，最終提升信息素養(yǎng)。

1" 學(xué)情分析和教學(xué)目標(biāo)

本課內(nèi)容選自教育科學(xué)出版社出版的《普通高中教科書(shū) 信息技術(shù) 必修1 數(shù)據(jù)與計(jì)算》第2單元“編程計(jì)算”。本項(xiàng)目的主題是智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)，具體內(nèi)容主要圍繞存車(chē)、取車(chē)、繳費(fèi)、查詢(xún)展開(kāi)。本課的學(xué)習(xí)可以幫助學(xué)生更好地了解智能停車(chē)場(chǎng)的設(shè)計(jì)與工作原理，感受信息科技的力量。

本課的教學(xué)對(duì)象是高一學(xué)生，通過(guò)之前的學(xué)習(xí)他們已經(jīng)具備了一定的編程基礎(chǔ)，對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言Python也有了一定了解，能夠編寫(xiě)簡(jiǎn)單的順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)等程序。本課旨在實(shí)現(xiàn)以下教學(xué)目標(biāo)。

1）學(xué)生通過(guò)對(duì)停車(chē)難現(xiàn)象的剖析，了解智能停車(chē)場(chǎng)建設(shè)的合理性和必要性，提升信息意識(shí)。

2）學(xué)生通過(guò)視頻了解智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的工作原理，得出最佳的解決方案和算法設(shè)計(jì)，培養(yǎng)計(jì)算思維能力。

3）學(xué)生能夠利用Python語(yǔ)言的相關(guān)知識(shí)編寫(xiě)程序，提高數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。

4）參加建設(shè)智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的項(xiàng)目活動(dòng)，有利于激發(fā)學(xué)生熱愛(ài)生活、關(guān)心社會(huì)的熱情，增強(qiáng)學(xué)生的信息社會(huì)責(zé)任感。

2" 教學(xué)實(shí)施

本教學(xué)設(shè)計(jì)基于項(xiàng)目的教學(xué)方式，以智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)為例，通過(guò)情境創(chuàng)設(shè)、整體設(shè)計(jì)、局部設(shè)計(jì)、升級(jí)系統(tǒng)、項(xiàng)目總結(jié)五個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)施，使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言Python進(jìn)行項(xiàng)目化編程教學(xué)。

2.1" 情境創(chuàng)設(shè)，引入項(xiàng)目

首先，教師給學(xué)生播放一段視頻——停車(chē)難的問(wèn)題。視頻通過(guò)一家三口的停車(chē)過(guò)程詳細(xì)介紹了智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)，從而明確本項(xiàng)目的主題智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)。生活中，出行的時(shí)候經(jīng)常會(huì)遇到停車(chē)難的問(wèn)題，如果有一個(gè)智能停車(chē)場(chǎng)就方便多了。然后，通過(guò)問(wèn)題“智能停車(chē)場(chǎng)的核心功能有哪幾項(xiàng)？”讓學(xué)生關(guān)注視頻中的核心問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)討論和思考，總結(jié)出智能停車(chē)場(chǎng)的核心功能：存車(chē)、取車(chē)、繳費(fèi)。

過(guò)程解析：此環(huán)節(jié)是本教學(xué)設(shè)計(jì)的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，通過(guò)視頻引入，結(jié)合生活中的停車(chē)難問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)問(wèn)題討論總結(jié)出智能停車(chē)場(chǎng)的核心功能，為后面的項(xiàng)目開(kāi)展作好鋪墊。

2.2" 整體設(shè)計(jì)

在明確智能停車(chē)場(chǎng)的核心功能之后，讓學(xué)生進(jìn)一步探究“如何實(shí)現(xiàn)智能停車(chē)場(chǎng)的停車(chē)功能”。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生進(jìn)行分組討論，集思廣益，最后分析得出智能停車(chē)場(chǎng)是一個(gè)開(kāi)放的停車(chē)場(chǎng)，每天的車(chē)輛都進(jìn)進(jìn)出出，用戶(hù)不斷地存車(chē)、取車(chē)，采用循環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)比較合適。

循環(huán)結(jié)構(gòu)分為計(jì)數(shù)循環(huán)和條件循環(huán)。計(jì)數(shù)循環(huán)用于重復(fù)一定次數(shù)的循環(huán)，在Python中一般用for語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)此類(lèi)循環(huán)；條件循環(huán)用于符合一定條件的循環(huán)，在Python中一般用while語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)此類(lèi)循環(huán)。根據(jù)以上的問(wèn)題探究進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)采用循環(huán)結(jié)構(gòu)中的條件循環(huán)，用while語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)以上算法分析，編寫(xiě)程序，實(shí)現(xiàn)智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，如下所示。

while" 條件：

執(zhí)行功能1：存車(chē)

執(zhí)行功能2：取車(chē)（包含功能3：繳費(fèi)）

while" x==1 or x==2：

print（1.存車(chē)）

print（2.取車(chē)）

x=int［input（“輸入你的選擇：”）］" "#輸入選擇項(xiàng)

if" x==1：

#存車(chē)

elif" x==2：

#繳費(fèi)、取車(chē)

過(guò)程解析：此環(huán)節(jié)是智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)階段，學(xué)生經(jīng)過(guò)分析和討論，了解了智能停車(chē)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)流程和實(shí)現(xiàn)功能的方式，有利于學(xué)生進(jìn)行思維建模，并通過(guò)Python語(yǔ)言把智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的整體框架構(gòu)建出來(lái)。

2.3" 局部設(shè)計(jì)

智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的局部設(shè)計(jì)為三大核心功能：存車(chē)、取車(chē)、繳費(fèi)。

2.3.1" 存車(chē)設(shè)計(jì)

“存車(chē)，在系統(tǒng)里存的是什么呢？”教師拋出問(wèn)題，學(xué)生進(jìn)行討論舉例，如“蘇E123CZ”“蘇U8888Q”“蘇ED12345”，發(fā)現(xiàn)存的是車(chē)牌號(hào)碼。教師又提出問(wèn)題：“車(chē)牌號(hào)碼的組成部分有哪些，是何種數(shù)據(jù)類(lèi)型？”

數(shù)據(jù)類(lèi)型分為簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類(lèi)型和復(fù)雜數(shù)據(jù)類(lèi)型。簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類(lèi)型又分為整型（整數(shù)）、浮點(diǎn)型（小數(shù)）、字符串、布爾型；復(fù)雜數(shù)據(jù)類(lèi)型又分為列表、元組、集合、字典。學(xué)生分析車(chē)牌號(hào)碼是由漢字、字母和數(shù)字組成，從而得出車(chē)牌號(hào)碼的數(shù)據(jù)類(lèi)型為字符串。在智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)中還可以用列表存儲(chǔ)多輛車(chē)，因?yàn)榱斜砜梢源鎯?chǔ)不同類(lèi)型、多個(gè)數(shù)據(jù)元素。

通過(guò)設(shè)計(jì)算法，可以用input函數(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)牌號(hào)碼的錄入，通過(guò)列表中的append函數(shù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)車(chē)牌號(hào)碼的存儲(chǔ)。

此環(huán)節(jié)讓學(xué)生了解智能停車(chē)場(chǎng)存車(chē)的原理，了解車(chē)牌號(hào)碼的組成、數(shù)據(jù)的不同類(lèi)型、輸入和輸入函數(shù)、列表添加元素的使用方法等，讓學(xué)生可以根據(jù)需要提取各類(lèi)知識(shí)點(diǎn)并相互聯(lián)系，才能解決存車(chē)的本質(zhì)問(wèn)題。

2.3.2" 取車(chē)設(shè)計(jì)

存車(chē)問(wèn)題解決以后，取車(chē)問(wèn)題就變得簡(jiǎn)單多了。取車(chē)，“取”的是車(chē)牌號(hào)碼，也就是把車(chē)牌號(hào)碼從列表中移除，問(wèn)題“如何把車(chē)牌號(hào)碼從系統(tǒng)中移除？”由此產(chǎn)生。

列表中的remove函數(shù)表示移除列表中某個(gè)值的元素；列表中的pop函數(shù)表示移除列表中某個(gè)位置的元素，并返回該元素的值。在實(shí)際生活中，智能停車(chē)場(chǎng)中的取車(chē)是把某個(gè)車(chē)牌號(hào)碼進(jìn)行移除，使用remove函數(shù)更為合適。

過(guò)程解析：此環(huán)節(jié)讓學(xué)生了解智能停車(chē)場(chǎng)取車(chē)的原理，了解列表中remove函數(shù)和pop函數(shù)的異同，選擇合適的函數(shù)解決取車(chē)的問(wèn)題。

2.3.3" 繳費(fèi)設(shè)計(jì)

繳費(fèi)是根據(jù)停車(chē)時(shí)間計(jì)算的，不同地區(qū)的智能停車(chē)場(chǎng)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。為了方便學(xué)生理解，教師設(shè)定了統(tǒng)一的時(shí)間范圍，如[0，4]小時(shí)為0元，（4，8]小時(shí)為5元、（8，12]小時(shí)為10元、（12，24]小時(shí)為15元。那么，如何實(shí)現(xiàn)分段收費(fèi)呢，采用哪種算法結(jié)構(gòu)？學(xué)生經(jīng)過(guò)討論和分析，認(rèn)為應(yīng)當(dāng)采用分支結(jié)構(gòu)。

分支結(jié)構(gòu)分為單分支、雙分支和多分支。單分支適用于一個(gè)條件，雙分支適用于兩個(gè)條件，多分支適用于多個(gè)條件。根據(jù)時(shí)間范圍的停車(chē)?yán)U費(fèi)，采用分支結(jié)構(gòu)中的多分支更為合理。

通過(guò)以上算法分析，編寫(xiě)程序，實(shí)現(xiàn)智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的繳費(fèi)環(huán)節(jié)，如下所示。

停車(chē)費(fèi)用：

t= float［input“請(qǐng)輸入停車(chē)時(shí)間（小時(shí)）：”）］

if" 0lt;=tlt;=4：

Print（“停車(chē)費(fèi)用為0元。”）

elif 4lt;tlt;=8：

print（“停車(chē)費(fèi)用為5元。”）

elif" 8lt;tlt;=12：

print（“停車(chē)費(fèi)用為10元。”）

elif 12lt;tlt;=24：

Print（“停車(chē)費(fèi)用為15元。”）

過(guò)程解析：此環(huán)節(jié)讓學(xué)生了解智能停車(chē)場(chǎng)的計(jì)費(fèi)原理，通過(guò)停車(chē)時(shí)間來(lái)計(jì)算支出的費(fèi)用，采用分支結(jié)構(gòu)中的多分支解決停車(chē)?yán)U費(fèi)問(wèn)題。

存車(chē)、取車(chē)、繳費(fèi)是智能停車(chē)場(chǎng)的三大核心功能，在項(xiàng)目活動(dòng)中進(jìn)行了拆解，分項(xiàng)目解決，每個(gè)小項(xiàng)目的活動(dòng)都是一次分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)算法、編寫(xiě)程序、調(diào)試運(yùn)行的過(guò)程，有利于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力和實(shí)踐能力。

2.4" 升級(jí)系統(tǒng)

2.4.1" 查詢(xún)功能設(shè)計(jì)

為了升級(jí)智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)，增加查詢(xún)功能設(shè)計(jì)，用于查詢(xún)車(chē)輛和剩余車(chē)位數(shù)量。

1）查詢(xún)車(chē)輛，即把系統(tǒng)中所停的車(chē)輛顯示出來(lái)，可以使用print函數(shù)對(duì)列表中的車(chē)輛進(jìn)行輸出顯示；

2）剩余車(chē)位數(shù)量，即總車(chē)位數(shù)量減去所停車(chē)輛數(shù)的差，總車(chē)位數(shù)是一個(gè)常量（具體數(shù)值），所停車(chē)輛數(shù)可以使用len函數(shù)統(tǒng)計(jì)出列表的長(zhǎng)度，便于人們及時(shí)了解智能停車(chē)場(chǎng)的停車(chē)情況，是否有空位方便停車(chē)。

過(guò)程解析：此環(huán)節(jié)為拓展提升環(huán)節(jié)，通過(guò)查詢(xún)功能的增加讓學(xué)生了解查詢(xún)的作用與意義，進(jìn)一步提升學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2.4.2" 功能和設(shè)備升級(jí)

為了使智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)在功能和硬件設(shè)備上更加完善，后期能夠很好地投入市場(chǎng)中使用并方便人們的生活。學(xué)生經(jīng)過(guò)熱烈討論，得出需要增加的功能有：1）車(chē)牌號(hào)碼的設(shè)定；2）時(shí)間的設(shè)置；3）停車(chē)引導(dǎo)；4）反向?qū)ぼ?chē)；5）支持多種付費(fèi)方式等。需要增加的硬件設(shè)備有：1）出入口道閘；2）顯示屏（包括引導(dǎo)屏、車(chē)位顯示屏）；3）車(chē)牌識(shí)別器；4）車(chē)位探測(cè)器等。

過(guò)程解析：通過(guò)這一環(huán)節(jié)學(xué)生的討論和思考，讓學(xué)生聯(lián)系生活，結(jié)合生活中的具體情況，構(gòu)建出更加完善的智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

2.5" 項(xiàng)目總結(jié)

智能停車(chē)場(chǎng)是智慧交通中的一個(gè)點(diǎn)，智慧交通是智慧城市建設(shè)中的一個(gè)面。智慧城市就是運(yùn)用信息和通信技術(shù)手段感測(cè)、分析、整合城市運(yùn)行核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，從而對(duì)包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動(dòng)在內(nèi)的各種需求作出智能響應(yīng)，包括智慧交通、智慧社區(qū)、智慧服務(wù)、智慧醫(yī)療、智慧教育、智慧旅游等方面。

師生共同回顧項(xiàng)目活動(dòng)全過(guò)程，梳理本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容與收獲，幫助學(xué)生建立智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的知識(shí)體系。本節(jié)課以智能停車(chē)場(chǎng)為主題，激發(fā)學(xué)生努力學(xué)習(xí)信息科學(xué)技術(shù)，建設(shè)現(xiàn)代化城市的熱情。

3" 教學(xué)反思

3.1" 提升學(xué)生的信息意識(shí)

信息意識(shí)是指?jìng)€(gè)體對(duì)信息的敏銳度和對(duì)信息價(jià)值的判定力[1]5。停車(chē)難是現(xiàn)實(shí)生活中的一個(gè)普遍現(xiàn)象，原因有以下幾條。

1）汽車(chē)數(shù)量急劇增加；

2）城市車(chē)位建設(shè)速度跟不上；

3）市民規(guī)范停車(chē)意識(shí)差；

4）部分停車(chē)場(chǎng)利用率低。

因此，建設(shè)智能停車(chē)場(chǎng)有利于城市的發(fā)展、城市的美化、居民出行的便利，解決生活中停車(chē)難、亂停車(chē)的問(wèn)題。在本項(xiàng)目活動(dòng)中，學(xué)生通過(guò)對(duì)智能停車(chē)場(chǎng)的建設(shè)提升了信息意識(shí)。

3.2" 培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力

計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)[1]6。本項(xiàng)目活動(dòng)主要圍繞以下問(wèn)題展開(kāi)。

1）智能停車(chē)場(chǎng)的核心功能是什么？

2）如何實(shí)現(xiàn)智能停車(chē)場(chǎng)的停車(chē)功能？

3）存、取車(chē)，在系統(tǒng)里存、取的是什么？

4）停車(chē)費(fèi)用如何計(jì)算？

5）查詢(xún)，查的是什么，有什么作用？

6）智能停車(chē)場(chǎng)需要升級(jí)哪些功能和設(shè)備？

對(duì)這六個(gè)問(wèn)題的詳細(xì)分析，可引導(dǎo)學(xué)生了解智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的工作原理，得出最佳的解決方案和算法設(shè)計(jì)，有利于學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

3.3" 提高學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力

數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新是指?jìng)€(gè)體通過(guò)評(píng)估并選用常見(jiàn)的數(shù)字化資源與工具，有效地管理學(xué)習(xí)過(guò)程與學(xué)習(xí)資源，創(chuàng)造性地解決問(wèn)題，從而完成學(xué)習(xí)任務(wù)，形成創(chuàng)新作品的能力[1]6。在本項(xiàng)目活動(dòng)中，采用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言Python開(kāi)發(fā)智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)，運(yùn)用到了條件循環(huán)中的while語(yǔ)句、分支結(jié)構(gòu)中的if語(yǔ)句、各種數(shù)據(jù)類(lèi)型以及一些相關(guān)的函數(shù)，從而能夠很好地把這個(gè)系統(tǒng)展現(xiàn)出來(lái)。這不僅檢查了學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備情況，也提升了學(xué)生的知識(shí)整合能力，最終提高了學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。

3.4" 增強(qiáng)學(xué)生的信息社會(huì)責(zé)任感

信息社會(huì)責(zé)任是指信息社會(huì)中的個(gè)體在文化修養(yǎng)、道德規(guī)范和行為自律等方面應(yīng)盡的責(zé)任[1]6。在本項(xiàng)目活動(dòng)中，學(xué)生通過(guò)對(duì)智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，用編程計(jì)算的相關(guān)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)問(wèn)題，不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)編程的積極性，也激發(fā)了學(xué)生熱愛(ài)生活、關(guān)心社會(huì)的熱情，激發(fā)了學(xué)生為城市發(fā)展作貢獻(xiàn)的動(dòng)力，從而增強(qiáng)了學(xué)生的信息社會(huì)責(zé)任感。

4" 參考文獻(xiàn)

[1] 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2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.