指向計算思維培養的高中信息技術項目式學習策略

摘要：在《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》中，計算思維被列為信息技術學科核心素養之一，而項目式學習是新課標中提出的能有效落實核心素養的教學方式。因此，本文以二維數組的綜合應用為例，通過項目的確立、分析、實施和總結等過程，解析指向計算思維培養的高中信息技術項目式學習策略。

關鍵詞：計算思維；核心素養；高中；項目式學習

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）07-0054-04

計算思維一詞最早是由周以真教授提出的，她認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。[1]計算思維是信息技術學科四大核心素養的中樞，因而，如何有效培養學生的計算思維成為教師設計教學內容和學習活動的重要考慮因素。項目式學習法是一種以學生為主體，在項目的引導和驅動下促使學生積極參與課堂活動，在項目研究和問題解決中學習課程知識，并靈活運用課堂知識的新型教學模式。[2]項目式學習為計算思維培養提供了實踐載體，學生在解決真實問題的過程中，需經歷“界定問題—抽象特征—算法設計—優化驗證”的完整流程，這與計算思維的核心路徑高度契合。下面，筆者以“二維數組的綜合應用”為例，從項目和教學兩個層面出發，探索指向計算思維培養的高中信息技術項目式學習策略。

教學策略框架

計算機科學教師協會（CSTA）提出，計算思維在本質上是一種問題求解的過程，主要包含五大操作要素，即“正確描述問題——邏輯分析問題——抽象組織數據，尋找自動化方案——用數字化工具實施自動化方案——總結推廣，遷移問題求解方案”。[3]教師基于這五大操作要素，再以實際項目為主線，創設真實情境，并運用問題驅動等教學策略，讓學生在完成項目的過程中學會抽象建模、組織數據、運用合理的算法形成解決問題的方案，使其計算思維得到真正發展，具體的實施策略如圖1所示。

項目確立，激發計算思維

在確定項目時，教師要創設貼合學生實際的真實問題情境，讓學生在自己感興趣的情境中感知項目需求，確定項目主題，探索情境與信息技術應用的切合點，從而激發計算思維意識。

課前，教師引導學生與同桌使用五子棋小程序進行游戲對戰，同時提出問題——五子棋小程序應該包含哪些功能？讓學生帶著問題進行游戲體驗。接著，以“掌握二維數組的創建、訪問及簡單處理”為知識目標，確立簡易版“五子棋”游戲算法實現為項目需求。規則是：創建10*10的二維數組棋盤，用0表示無子狀態，1表示白子，2表示黑子，交替落子，當出現5個連續白子或黑子時獲勝，游戲結束。游戲程序實現界面如上頁圖2所示。

項目分析，應用計算思維

高中階段的學生具備基本的邏輯思維能力，能夠對實際問題進行簡單的歸納和總結，但抽象建模的能力比較欠缺，而抽象建模又是計算思維中較為重要的一部分。因此，教師可以從學生感興趣的項目入手，通過問題引導，由學生描述完成項目所需的步驟，并將大任務劃分成若干個子任務，再將各子任務轉化為學習活動，形成“項目—問題—任務—活動”的主題鏈。[4]學生在完成學習活動的過程中推演流程算法，完成模型構建，以此將計算思維應用到教學任務中。

本案例的主題為：用計算機編程實現簡易版“五子棋”游戲算法，落實回顧二維數組的相關知識。界定并描述的問題為：在Python程序環境下如何實現五子棋盤的創建、交替落子和勝負判定？根據上述問題的描述，結合計算思維求解問題的操作要素，教師設計分解了三個子任務，并對每個子任務設計了對應的驅動性問題，通過對問題的思考來提升學生的計算思維能力。具體過程如第55頁圖3所示。

項目實施，內化計算思維

根據上述三個子任務，引導學生分析用計算機進行自動化棋盤創建、交替落子和勝負判定的所需數據（抽象），總結用計算機解決問題的自動化方案（建模），具體如上頁表所示。在執行自動化方案時，以Python為數字化編程工具，教師以半成品代碼為“腳手架”，以驅動性問題為“橋梁”，幫助學生進行抽象建模、算法設計和程序編寫，通過三個實踐活動的體驗提升學生的計算思維能力。

1.遷移應用

在本案例中，五子棋勝負判定共有四種形式，分別是水平方向、垂直方向、正對角線方向和斜對角線方向。針對勝負判定的四種情況，判定的方式大體一致，所以，教師主要通過問題驅動的形式帶領學生進行水平方向的勝負判定，讓學生理解棋子統計的過程。剩下的三種形式與水平方向類似，可以讓學生以自主探究和小組合作的形式，對知識進行遷移應用，結合教師提供的半成品代碼完成整個項目。除此之外，可以給學生布置課后思考作業——圍棋、華容道、數獨等類似的游戲程序，能否使用數組結構來實現呢？讓學生通過解決類似情境的問題進行知識遷移。

2.總結評價

針對本案例的實施過程，可以進行過程性評價和總結性評價。①過程性評價。教師在教學過程中對學生提出的問題、操作過程、解決問題的方法和成果加以幫助和評價。②總結性評價。教師對學生的項目結果進行評價總結，學生也可根據評價標準進行自評和他評。

結束語

實踐證明，通過項目式學習可以較好地培養學生的計算思維，但要注意以下三個方面：①項目情境的導入要貼合學生實際；②項目的選擇要能啟發學生的思維，讓學生能通過適當引導或自主探究來突破知識難點；

③在項目實施階段要根據學生的掌握情況進行靈活的變動。總之，基于項目式學習的學生計算思維培養策略研究有著一定的推廣價值，能在一定程度上幫助學生形成信息意識，提升計算思維，從而促進信息技術課堂的高效開展。

參考文獻：

[1]WING J M.Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（03）：33.

[2]吳遠麗.面向計算思維的高中信息技術任務驅動式教學模型探究[J].電腦知識與技術，2023，19（27）：160-162

[3]郭守超，周睿，鄧常梅，等.基于App Inventor和計算思維的信息技術課堂研究[J].中國電化教育，2014（03）：91.

[4]張長水.基于計算思維的高中信息技術項目教學模式研究[J].天津師范大學學報：基礎教育版，2024，25（01）：38.