基于項目式學(xué)習(xí)的高中Python 創(chuàng)意編程課程任務(wù)設(shè)計研究

人工智能作為國際競爭的新焦點，是引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略性技術(shù)?！鞍柗▏濉钡臋M空出世激發(fā)了全社會的研究熱情，而ChatGPT的爆火，則把人們對人工智能的研究推向熱潮。Python作為進(jìn)入人工智能領(lǐng)域的敲門磚，在推動人工智能發(fā)展中具有不可估量的作用[1]。項目式學(xué)習(xí)（Project-BasedLearning），由上世紀(jì)的“設(shè)計教學(xué)法”演變發(fā)展而來。北師大學(xué)者楊明全副教授將其定義為：項目式學(xué)習(xí)是一種建構(gòu)性的教與學(xué)方式，教師將學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)項目化，指導(dǎo)學(xué)生基于真實情境提出問題，并利用相關(guān)知識與信息資料開展研究、設(shè)計和實踐操作，最終解決問題并展示和分析項目成果[2]。簡言之，項目式學(xué)習(xí)能夠引導(dǎo)學(xué)生在展示過程、分析結(jié)果中對知識進(jìn)行深度的認(rèn)識與加工，聯(lián)系已有知識，建構(gòu)新的知識，最終達(dá)成核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。一、項目式學(xué)習(xí)與高中Python創(chuàng)意編程融合的契合點項目式學(xué)習(xí)與Python創(chuàng)意編程的契合點主要表現(xiàn)在三方面：一是培養(yǎng)目標(biāo)的一致性。項目式學(xué)習(xí)要求學(xué)生不僅要基于整個項目提出問題、分析問題、做出假設(shè)、解決問題，還要展示與評價；高中信息技術(shù)Python課程立足于對學(xué)生核心能力（包括創(chuàng)新性、創(chuàng)造力等）的培養(yǎng)，兩者都指向?qū)W生批判性、創(chuàng)造性思維等高階思維能力的提升。因此，從培養(yǎng)目標(biāo)的角度，項目式學(xué)習(xí)和Python創(chuàng)意編程具有一致性。二是學(xué)習(xí)方式的相關(guān)性。項目式學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、構(gòu)想、抉擇、歸納與評價；高中Python編程課程是學(xué)生信息意識和計算思維能力培養(yǎng)的重要途徑，采用項目式學(xué)習(xí)，能讓學(xué)生通過充分的探究、分享、評價等提升信息意識和計算思維能力。因此，在學(xué)習(xí)方式上項目式學(xué)習(xí)與高中Python創(chuàng)意編程課程是相關(guān)的。三是教學(xué)過程的契合性。項目式學(xué)習(xí)在教學(xué)過程中強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的迭代性以及項目的展示與分享；高中Python編程課程鼓勵學(xué)生在項目完成的過程中掌握相關(guān)的程序，對作品進(jìn)行多次的迭代設(shè)計并進(jìn)行作品展示與分享。因此項目式學(xué)習(xí)與高中Python創(chuàng)意編程在教學(xué)過程上是契合的。二、任務(wù)選取及設(shè)計（一）任務(wù)選取“周而復(fù)始的循環(huán)”一課屬于教科版高中信息技術(shù)必修一《數(shù)據(jù)與計算》第二章第3節(jié)的內(nèi)容，是算法學(xué)習(xí)中的重要部分，包括計數(shù)循環(huán)（for語句）和條件循環(huán)（while語句）。教材中圍繞“理財”項目進(jìn)行展開。在教學(xué)實踐中能發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對“理財”主題的項目興趣不高，并且對for語句的理解不夠，容易用數(shù)學(xué)的方法直接算出答案。基于此，教師可以使用Python中的趣味turtle繪圖，從順序畫圖到循環(huán)畫圖，有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓知識逐步過渡。（二）設(shè)計思路根據(jù)項目式學(xué)習(xí)的思想，并結(jié)合實際教學(xué)過程，高中Python創(chuàng)意編程課程可進(jìn)行如下設(shè)計（見圖1）。圖1基于項目式學(xué)習(xí)的高中Python創(chuàng)意編程課程案例設(shè)計流程圖三、任務(wù)實施及評價（一）任務(wù)目標(biāo)制定初步掌握用Python畫一些常見的規(guī)則圖形，并能在畫圖中融入自己的創(chuàng)意；在畫圖的過程中深刻理解其中的循環(huán)結(jié)構(gòu)，掌握實現(xiàn)計數(shù)循環(huán)的方法。（二）創(chuàng)設(shè)情境、引導(dǎo)學(xué)生選擇項目學(xué)校即將舉辦藝術(shù)節(jié)活動，計劃在藝術(shù)展廳展示學(xué)校建筑元素（多邊形圖形及螺旋圖形），請你根據(jù)相關(guān)課程，選擇你喜歡的圖形，繪制出建筑元素，并在此基礎(chǔ)上融入你的創(chuàng)意，向外界展示學(xué)校的校園文化。（三）活動探究1.基礎(chǔ)知識準(zhǔn)備學(xué)生在之前的課程學(xué)習(xí)中，已經(jīng)初步掌握了順序結(jié)構(gòu)以及Python模塊的導(dǎo)入方法，對turtle常用函數(shù)有了初步理解，但對涉及重復(fù)執(zhí)行的語句，即循環(huán)結(jié)構(gòu)還不太了解。因此，教師要讓學(xué)生從已有知識出發(fā)，在探究的過程中解決問題，建構(gòu)新知。①模塊的導(dǎo)入方法：importturtleast或者fromturtleimport*②turtle常用函數(shù)（見表1）：表1turtle常用函數(shù)一覽表2.提供教學(xué)資源設(shè)計學(xué)生學(xué)習(xí)導(dǎo)學(xué)案，幫助學(xué)生厘清學(xué)習(xí)任務(wù)，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)評價標(biāo)準(zhǔn)；提供for循環(huán)的語法及其格式注解、列表及其使用方法。3.項目完成與交流【活動1】用已學(xué)知識繪制一個邊長為100像素的正方形。繪制正方形對學(xué)生來說不難，教師可要求學(xué)生用之前的順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行繪制（見圖2）。圖2邊長為100像素的正方形探索發(fā)現(xiàn)：繪制時有兩行重復(fù)的代碼：“t.fd（100）t.left（90）”，即前行100像素和逆時針旋轉(zhuǎn)90度共重復(fù)4次。教師引導(dǎo)：在程序中常常有重復(fù)執(zhí)行的動作，如果用順序語句一條一條重復(fù)來寫工作量大，代碼不夠清晰，而for循環(huán)語句可實現(xiàn)重復(fù)一定次數(shù)的循環(huán)。語法格式：for循環(huán)變量inrange（）：知識支架：range（）函數(shù)師生探究：用for循環(huán)語句繪制一個邊長為100像素的正方形（見圖3）?！净顒?】分組繪制多邊形并涂色，可以在此基礎(chǔ)上融入你的創(chuàng)意。圖3用for循環(huán)語句繪制一個邊長為100像素的正方形有了活動1的基礎(chǔ)，學(xué)生初步掌握繪制多邊圖形只需要確定重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)和動作。在涂色時，學(xué)生的創(chuàng)意更多了，有的是一種顏色，有的是不同邊不同顏色，有的是對稱邊是同一顏色（見圖4）。圖4學(xué)生繪制的多邊形importturtleastcolor=_________#顏色列表foriinrange（_____）：#多邊形的邊數(shù)t.pencolor（color[____]）#畫筆顏色變化t.fd（_____）#前進(jìn)長度t.left（_____）#旋轉(zhuǎn)度數(shù)【活動3】繪制彩色螺旋圖形。在拓展深入階段，讓學(xué)生繪制彩色螺旋圖形，探索在顏色變化、前進(jìn)、旋轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，還可以把基礎(chǔ)畫作對象作為一個整體旋轉(zhuǎn)變化，變成更多樣的圖形，并在此基礎(chǔ)上融入你的創(chuàng)意（見圖5）。圖5學(xué)生繪制的彩色螺旋圖形importturtleastcolor=_________#顏色列表foriinrange（_______）#基礎(chǔ)多邊形重復(fù)的次數(shù)foriinrange（_____）：#基礎(chǔ)多邊形的邊數(shù)t.pencolor（color[____]）#畫筆顏色變化t.fd（_____）#前進(jìn)長度t.left（_____）#旋轉(zhuǎn)度數(shù)t.left（______）#基礎(chǔ)多邊形每次旋轉(zhuǎn)的角度（四）項目評價學(xué)生對turtle繪圖的3個活動進(jìn)行匯報，主要匯報其中遇到的困難及克服困難的方法，以及學(xué)生自評、生生評價、師生評價等，通過師生間的思維碰撞，一方面深刻理解Python中的計數(shù)循環(huán)方法，另一方面對Python中turtle趣味繪圖也有一定的掌握。課后，教師可以布置難度升級的任務(wù)，如繪雪花等，進(jìn)一步提高學(xué)生的操作能力。通過turtle趣味繪圖的方法，學(xué)生能在趣味中體會其中的循環(huán)思想，初步掌握for循環(huán)語句，繪制出規(guī)則的多邊形及螺旋圖形。從課堂觀察來看，學(xué)生對繪圖有較強(qiáng)的興趣，在探索的過程中，能討論分析每個圖形的重復(fù)次數(shù)及重復(fù)