計算思維素養(yǎng)的編程計算項目式教學實踐研究

計算思維是當前信息技術(shù)教學過程中一項重要的培養(yǎng)目標，近年來被高中信息技術(shù)教師廣泛關(guān)注。信息技術(shù)課程在培養(yǎng)學生計算思維方面有絕對的優(yōu)勢，當前高中信息技術(shù)課堂主要以培養(yǎng)學生實踐能力為核心，組織學生掌握各項計算機操作技能，但在計算思維培養(yǎng)方面存在不足。因此有必要以計算思維培養(yǎng)為前提，探索應(yīng)用項目式教學法進行編程計算教的方式方法。自2017年最新版本的課程標準出臺后，對高中信息技術(shù)課程教學提出了新的指向與要求，從側(cè)重操作能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)向為側(cè)重學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的目標。而計算思維素養(yǎng)尤為重要。因此，絕大多數(shù)高中信息技術(shù)教師在實踐教學過程中會應(yīng)用編程計算這部分知識內(nèi)容落實對學生計算思維素養(yǎng)培養(yǎng)的目的。通過對實際教學經(jīng)驗的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，讓學生應(yīng)用編程計算這部分知識來解決實際問題能夠達到理想的教學效果，有利于培養(yǎng)學生的計算思維。因此為學生做好編程計算項目式教學設(shè)計十分重要，同時在其中向?qū)W生滲透計算思維更是考驗了教師的能力與水平。一、計算思維與項目式教學的概述（一）計算思維計算思維這一概念一經(jīng)提出便受到了社會各界的廣泛重視與關(guān)注，有學者將計算思維定義為思維活動。還有學者將計算思維定義為一種解決問題的過程。新課程下將計算思維定義為應(yīng)用計算機領(lǐng)域的學科知識解決問題的一種學科思維。綜合上述定義，可以將計算思維理解為應(yīng)用計算機方法解決問題的一種思維。在培養(yǎng)計算機思維素養(yǎng)的同時，還要關(guān)注其他能力。第一，定義問題，要培養(yǎng)學生具備發(fā)現(xiàn)難題并對問題進行分析的能力，能夠清晰的解讀定義問題。第二，抽象建模，要培養(yǎng)學生能夠根據(jù)問題中的具體信息內(nèi)容進行抽象思維轉(zhuǎn)換完成模型的建立。第三，算法設(shè)計，要求學生在面對問題模型時，能夠設(shè)計出解決問題的算法，并且能夠通過編程計算落實算法。第四，遷移應(yīng)用，培養(yǎng)學生具備由此及彼的能力，能夠靈活熟練的應(yīng)用所學計算機算法解決遇到的問題，實現(xiàn)對算法思維的深入理解與認知。（二）項目式教學設(shè)計高中信息技術(shù)教師在培養(yǎng)學生計算思維時，需要通過引導(dǎo)學生對問題進行分析與解決的途徑進行，在此過程中教師要關(guān)注學生的學習過程，發(fā)揮出自身的引導(dǎo)作用，在學生遇到問題時適時予以引導(dǎo)與幫助，保證學生在課程中的整個思路清晰正確，在面對問題時能夠提出正確的解決思路，輔助學生更好的解決問題，在具體實踐過程中，應(yīng)用項目式教學法展開教學，便于對學生計算思維的培養(yǎng)與提升。因此教師在課前要對學生的具體學情進行充分的了解，然后對問題進行分解，最后設(shè)計具有針對性的教學方案落實教學計劃。這就要求教師掌握學生的學習能力、知識基礎(chǔ)與興趣愛好，然后透徹分析教材內(nèi)容，為學生設(shè)計符合其學習與成長需求的學習項目，讓學生在學習過程中展開思考與分析，實現(xiàn)對學生計算思維的培養(yǎng)。教師在為學生設(shè)計項目方案時要考慮以下內(nèi)容：其一，學生原有的知識經(jīng)驗；其二，教材中的教學內(nèi)容。并將這兩方面內(nèi)容有機融合，讓學生通過項目學習解決問題，促進學生計算思維水平提升。二、基于計算思維素養(yǎng)應(yīng)用項目式教學進行編程計算教學的有效對策（一）以單元為基礎(chǔ)設(shè)計項目式教學內(nèi)容與目標高中信息技術(shù)教師在為學生編寫教案時，要基于學生的實際情況與具體的教學內(nèi)容。而有些教師在進行教學的過程中，直接應(yīng)用項目式教學，沒有對教材中的教學內(nèi)容進行深入透徹的分析與設(shè)計，如此一來容易出現(xiàn)教學目標與方式效率低下，最終難以達到理想的教學效果。因此，高中信息技術(shù)教師在課堂教學前的準備階段需深入研究即將教授的知識內(nèi)容，以及充分分析在教學后學生應(yīng)掌握的程度與水平，把握本單元教學內(nèi)容之間存在的內(nèi)在聯(lián)系，然后為學生設(shè)計優(yōu)質(zhì)的教學計劃，達到理想的教學效果，培養(yǎng)并提升學生計算思維素養(yǎng)。在對項目式教學內(nèi)容進行分析時，教師可以將整個單元內(nèi)容作為對象開展分析工作。在日常編程計算教學過程中，教師會根據(jù)教材中教學內(nèi)容的先后順序?qū)嵤┙虒W工作。通過對整個單元內(nèi)容的分析能夠從側(cè)面了解到教材編排方式的目的以及整個知識點安排的構(gòu)思，掌握整個教材安排的思路與邏輯。高中信息技術(shù)教材中編程計算項目式教學設(shè)計要展現(xiàn)出編程計算知識的整體性，要展現(xiàn)出編程計算知識的重點內(nèi)容與核心內(nèi)容，以及本單元中各部分知識內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，以此完成對編程計算教學設(shè)計。例如，在教科版高中信息技術(shù)教材中，強調(diào)了項目式教學，通過“計算機解決問題的過程”“做出判斷的分支”“周而復(fù)始的循環(huán)”“可以復(fù)用的代碼”這四個教學模塊貫穿整個單元。本單元全面系統(tǒng)地借助項目設(shè)計與實施讓學生經(jīng)歷從“認知Python程序設(shè)計”到“掌握算法原理”，再到“使用Python編程解決問題”的全過程。高中生在面對Python編程知識內(nèi)容時會產(chǎn)生畏懼心理，對Python編程知識的價值缺乏了解與認知。因此，教師要對本單元內(nèi)容進行全面梳理后，確定教學目標展開教學。首先，讓學生了解程序設(shè)計與程序設(shè)計語言，要求學生理解相關(guān)知識點的概念與特點，并且能夠掌握基礎(chǔ)的算法。其次，組織學生學習數(shù)據(jù)對象與類型，目的是培養(yǎng)學生了解程序設(shè)計語言產(chǎn)生與發(fā)展的過程，以及不同種類程序設(shè)計語言的特點。然后，帶領(lǐng)學生對流程控制與算法方面的知識內(nèi)容進行了解與探究，引導(dǎo)學生對計算機語言知識進行學習，使其在面對簡單的問題時，能夠靈活熟練的應(yīng)用程序設(shè)計語言。最后，讓學生認識常規(guī)情況下如何進行程序設(shè)計，具備程序設(shè)計與運行調(diào)試的基本能力。（二）從生活中為學生設(shè)計項目學習主題計算機思維培養(yǎng)狀況直接關(guān)系到學生問題解決能力的高低，使得學生能夠在面對問題時應(yīng)用計算機學科知識進行思考與解決，這種能力的培養(yǎng)并非易事，也不是短時間內(nèi)能夠達成的，若信息技術(shù)教師在教學過程中單方面向?qū)W生講授計算機知識內(nèi)容，是難以實現(xiàn)這一培養(yǎng)目標的。因此，在具體實踐過程中，高中信息技術(shù)教師在以培養(yǎng)學生計算思維素養(yǎng)為目的開展Python編程教學時，要認識到此種思維的特點，如：進階性、情境性等，以學生在日常學習與生活中的所見所聞為例，為學生設(shè)計相應(yīng)的問題情境，將計算機知識內(nèi)容融入到情境中、落實到具體任務(wù)中，在學生動手實踐的過程中，教師要對學生進行觀察與指導(dǎo)。例如，學生每一年都會進行體能測試，這一工作的具體實施必將伴隨大量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，若據(jù)此設(shè)計利用Python進行體質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的項目式活動，能夠讓學生感受帶Python編程內(nèi)容的真實性與實用性。因此，教師可以為學生設(shè)計“統(tǒng)計體質(zhì)測試數(shù)據(jù)”項目。該項目共有2張數(shù)據(jù)表，其一為包含了全部學生的測試數(shù)據(jù)，“全部.xls”其中將近有6000條記錄，其二為部分學生的測試數(shù)據(jù)，“部分.xls”其中將近有600多條記錄。然后為學生布置學習任務(wù)：如何用第二張表中學生的數(shù)據(jù)覆蓋掉第一張表中部分學生的數(shù)據(jù)？教師先要對學生進行引導(dǎo)，展開對問題的分析，若直接通過復(fù)制粘貼操作進行，就會在第一張表中多出500多條相同的信息記錄。若是通過手工操作從第二張表中復(fù)制粘貼到第一張表中，將相同的信息覆蓋掉，則會花費大量的時間與精力，并且容易出現(xiàn)錯誤。那么，有沒有快速、精準的操作方式進行數(shù)據(jù)處理呢？此時教師可以順勢引出Python知識，讓學生嘗試應(yīng)用Python知識對表中的信息進行操作，以此達到目標效果。在具體操作過程中，學生先要掌握讀取表格中信息的方法，然后學習將數(shù)據(jù)寫到表格中的方法，最后引導(dǎo)學生掌握雙層循環(huán)替換法，并通過這樣的方式處理表格中的數(shù)據(jù)。該主體項目靈感來源于學生實際生活，學生在面對這種具有真實性的編程問題時，學習興趣更為濃厚。經(jīng)過這樣的項目式學習能夠讓學生認識到在實際生活中算法與程序設(shè)計的實用性，并且能夠?qū)⑸钪械膯栴}與編程方面的知識結(jié)合在一起。（三）讓學生經(jīng)歷實踐過程強化解決問題的能力通過計算思維培養(yǎng)要讓學生能夠科學合理的應(yīng)用算法，設(shè)計出解決問題的方案，并且能夠?qū)⑺鶎W知識內(nèi)容應(yīng)用到解決問題中。培養(yǎng)學生計算機思維的方法有待教師進行深入探究，而項目式學習是實現(xiàn)這一教學目的的方法之一，也可以理解為一種教學載體，最終的教學目的是培養(yǎng)學生能夠掌握應(yīng)用所學知識解決現(xiàn)實問題。因此，教師讓學生在課堂中發(fā)揮出自身的主體地位，讓學生組成學習小組，并在小組合作學習過程中進行通過實踐完成學習，在小組成員的共同努力下反復(fù)推敲方案，最終得出大家一致認可的方案計劃，讓學生意識到面對問題時要進行親自動手實踐。通常情況下真實的編程問題，都十分復(fù)雜且問題具有綜合性，面對這樣的情況勢必要進行分解，教師要培養(yǎng)學生具備利用所學知識和經(jīng)驗，找到解決問題方法的能力，達到項目教學的目的，通過項目式教學能夠?qū)崿F(xiàn)對學生計算機思維培養(yǎng)的目標。（四）評價項目傳授經(jīng)驗技巧在高中信息課堂引入項目式教學法，并非能夠立竿見影的取得計算機思維培養(yǎng)的成效，要意識到此過程需要一定的時間，并且要在整個高中信息技術(shù)教學過程中踐行這一教學目標。由于項目教學中能夠為學生提供良好的學習體驗，有利于激發(fā)學生的學習興趣，從而使得學生能夠勇于面對復(fù)雜難懂的具有一定難度的知識點，并嘗試通過自己的努力攻破難關(guān)，在此過程中有利于提升學生的自主學習能力，當前教師重視學生的課堂學習感受為了讓學生獲得良好的學習體驗，教師要在學生參與課堂學習時，對學生的全程參與情況進行觀察與指導(dǎo)，提醒學生在結(jié)解決問題的同時要注意時間，要具備時間概念，以此促進學生學習效率提升，了解學生在項目式學習過程中是否順利，并且在第一時間予以學生指導(dǎo)，在教學過程中教師可以將學生在學習中出現(xiàn)的問題及學生在學習過程中存在的疑問集中在一起，專門利用一節(jié)課時，解決這些問題，確保整個項目教學模式的順利可進行。另外，教師要重視學生參與項目式教學的情況做出評論，并根據(jù)學生的具體表現(xiàn)對學生進行相應(yīng)的鼓勵與肯定，讓學生感受到完成項目的成就感、榮譽感，激發(fā)學生對高中信息技術(shù)課程的喜愛之情。而且項目不同完成方式與過程也會存在差異。項目式教學模式下，教師要為學生進行歸類總結(jié)，讓學生在面對不同的問題時，能夠及時作出正確的選擇，熟練應(yīng)用相關(guān)技巧。值得注意的是，在高中信息教育階段教師就應(yīng)重視培養(yǎng)學生形成編寫程序代碼的意識與習慣，且要重視編寫過程是否規(guī)范且具有可讀性。最后，教師在教學過程中要讓學生具備能夠從他人身上看到閃光點的習慣，彼此間要分享交流學習過程中獲得的經(jīng)驗，還能從中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，并將他人的成果經(jīng)驗借鑒到自己的問題中，掌握正確的處理方式，從而提升學生的實踐能力與計算思維素養(yǎng)培養(yǎng)的目標。教師若發(fā)現(xiàn)學生在項目進行過程中