倪俊杰：如何用项目式学习培养学生的计算思维？

原创：倪俊杰中小学数字化教学 2019-11-23

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高中信息技术课程标准修订以来，对计算思维的重要性已达成共识。如何理解计算思维的内涵？如何培养学生的计算思维？如何设计课程？今天分享的文章在教学实践的基础上，总结了开展项目学习的教学流程，并通过选取合理的主题，将“问题链”作为项目学习的线索，引导学生在情境中解决问题，逐步形成计算思维。一起来看看！

高中信息技术项目学习与计算思维培养

—— 以“数据管理与分析”模块为例

文 | 倪俊杰

为了落实立德树人的根本任务，教育部编制并颁布了《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》（以下简称《课标》）。与2003版课标相比，新《课标》从内容的广度、深度到知识的层次结构都发生了很大的变化，为高中信息技术学科发展指明了方向。如何在教学中落实高中信息技术学科核心素养是教师急需解决的问题。

项目学习这种教学方式适用于学习各种实践性和操作性较强的知识和技能，与信息技术学科的特性及课程理念具有较高的契合度。笔者在对选择性必修3“数据采集”相关内容进行教学设计实践的基础上，总结了开展项目学习的教学流程（教学分析—项目设定—项目实施—展示—评价），通过选取合适的主题，将“问题链”作为项目学习的内在线索，引导学生在项目情境中解决问题，促进计算思维的发展。

一

对核心素养和计算思维的认识

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。《课标》指出：高中信息技术学科核心素养由信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个核心要素组成。计算思维是高中信息技术核心素养之一。

美国卡内基梅隆大学周以真教授认为，计算思维就是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看似困难的问题重新阐释成一个人们已知其解决方案的问题。事实上，计算思维应该是每个人具有的基本技能，而不仅仅属于计算机科学家。信息意识和计算思维是两个不同的概念，信息意识是一种心理上的能动性反应，计算思维是一种解决问题的思维方法。

从信息素养走向核心素养是一次质的提升，给广大信息技术教师提出了更高的要求。如何理解计算思维的内涵？如何培养学生的计算思维？如何在教学设计中融入计算思维的内容？这一系列问题是每位信息技术教师应该面对和思考的。

在高中信息技术课程的实施建议中，《课标》认为教师在教学中要紧紧围绕学科核心素养，通过“学主教从、以学定教、先学后教”的路径，把项目整合于课堂教学中，重构教学组织方式，创设有利于学生开展项目学习的数字化环境、资源和条件，引导学生在数字化学习的过程中，领悟数字化环境对个人发展的影响，养成终身学习的习惯。

有关“项目学习”的元素在《课标》中出现了多次，可以看出项目学习在新课程中具有重要的地位和意义。笔者将从培养学生计算思维的角度阐释项目学习的内涵，并举例说明如何开展基于项目学习的教学设计。

二

项目学习的内涵与教学设计

项目学习（项目教学法）萌芽于欧洲的劳动教育思想，最早的雏形是18 世纪欧洲的工读教育和19世纪美国的合作教育，经过发展到 20 世纪中后期逐渐趋于完善，并成为一种重要的理论思潮。

项目学习是建立在建构主义基础之上，通过实施一系列完整的教学项目，将理论和实践有机结合。它以任务为导向开展教学活动，以培养学生的专业技能为教学首要任务。最显著的特点是以项目为主线、教师为引导、学生为主体，不再以教师为中心，而强调学生自主学习。在做教学设计的时候，要注意让学生主动去建构知识意义，根据已经掌握的知识去建构新的意义。具体表现为：以学生为中心，而不是以教师为中心；以项目为中心，而不是以课本为中心；以实际经验为中心，而不是以课堂为中心。

基于项目学习的教学法是实施探究教学模式的一种方法，适用于学习各种实践性和操作性较强的知识和技能。有关项目学习的教学模式，国内不少学者已经在多个学科领域开展了实践研究。如李泽辉在“机电一体化系统认识”的课程中设计了“确定项目主题”“设定情境”“制订计划”“教师指导”“项目成果评价”的教学模式；宋鸣等在“工程图学”的教学中引入项目学习，认为在项目设计过程中应设定渐进式阶段项目目标，在教学过程中通过项目的不断拓展和层层推进来带动课程的学习，并最终完善；李亮将项目式教学与教—学—评一体化的理念相结合，以英语阅读教学为例，探讨了项目学习的设计与实践。

格拉夫（Graaff）和科莫斯（Kolmos）将项目学习的原理归纳为认知学习、合作学习及学习内容。认知学习体现在以问题为导向调动学生的学习积极性和主动性，将学生置身于具体的情境中，使其经历一个涉及复杂情境下分析问题、探索解决问题的方案并积累经验的过程；合作学习体现在通过小组合作，培养学生交流、参与、组织管理和自我管理的能力；学习内容体现在鼓励跨学科和学科交叉，避免因专业划分过细而造成局限性。可见，设置问题情境是关键，提升合作能力是目标，跨学科融合是必由之路。

高中信息技术课程是一门旨在全面提升学生信息素养的基础课程，课程兼重理论学习和实践应用，非常适于进行项目学习。《课标》也倡导信息技术课程要基于项目的学习方式，将知识建构、技能培养与思维发展融入运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中。结合课程性质与基本理念，笔者设计了项目学习在高中信息技术课程中的教学流程（如图1）。

图1 高中信息技术课程中开展项目学习的教学设计

项目学习的教学流程分为教学分析、项目设定、项目实施、展示评价四个环节。

首先，教师根据教学内容做需求分析，罗列教学知识点，厘清重难点。对学生的既有知识与技能开展摸底调查，对本校的教学环境，尤其是数字化学习工具进行调查，掌握支撑条件。

其次，项目设定环节是教师对项目的主题进行设计，根据课时情况对项目任务进行分解，确定若干个任务，合理分配教学知识点及重难点。教师选定的教学项目应该具有典型性、可行性、启发性。教师通过创设学习情境，激发学生自主学习兴趣，促进学生的探索与创新精神的培养以及个性发展。在项目实施过程中，教师的作品和学生应有所不同，避免“填鸭式教学”。在正式教学之前还要根据学生情况合理分组。

再次，在项目实施环节，教师一方面制作示范案例，对疑难问题进行讲解，把握项目实施过程中的重点和难点，对学生可能出现的问题进行预设，鼓励学生应用多学科知识；另一方面还要对各小组的项目实施情况进行监督指导，及时处理学生反馈的问题，加强引导，鼓励学生相互合作，共同解决问题。

最后是展示评价环节：各小组对作品进行汇报展示，并相互打分评价，再由教师对整个项目教学的过程进行总结。

综上所述，计算思维作为一种思维方式，需要在解决问题的过程中不断经历分析思考、实践求证、反馈调适而逐步形成。项目学习很大程度上还原了学习的本质，基于真实情境的学习能促进学生对信息问题敏感性、对知识学习的掌控力、对问题求解的思考力的发展。从认知科学、心理学和社会学相结合的角度来看，开展项目学习能够有效培养学生计算思维，促进核心素养发展。

三

项目学习的教学设计——以“数据采集”为例

“数据管理与分析”模块是针对数据管理技术与数据分析方法的应用而设置的，是选择性必修模块。该模块对学生的综合素养要求较高，学生应了解数据管理与分析技术，能根据需求分析，拿出解决方案。教师应注重学生实际应用能力的培养，选取贴近学生学习和生活的典型案例，让学生在活动过程中形成对数据特征、数据价值、数据管理思想与分析方法的认识。

《课标》认为该模块的教学应该在丰富的案例资源基础上进行，教师应充分选取、挖掘贴近学生现实生活的典型案例。在该模块中，数据的采集是数据管理与分析的基础和起点。《课标》也强调要结合案例：了解数据采集途径的多样性，能利用适当的工具对数据进行采集和分类。因此，笔者将选取“数据采集”这一教学内容，开展基于项目学习的教学设计。

教师在教学设计的时候，要充分挖掘提炼“数据采集”教学内容的知识要求、知识背后的问题以及该问题所对应的计算思维的具体过程与表现。同时，在总结归纳这些问题的基础上，形成该教学内容的“问题链”，用以作为学生项目学习的内在线索，引导学生在完成不同项目的情境中，亲身实践，勇于试错，反复亲历计算思维的全过程。表1介绍了“数据采集”这一教学内容的教学设计，在具体实施过程中，教师要根据实际情况进行调整。

表1 各变量相关分析

值得注意的是，教师的案例示范不仅要考虑项目中所能涵盖的知识面，而且要考虑学生对所选项目的熟悉程度，还要考虑项目中遗漏的知识点。因此，教师要对教材的知识点组合加工，区分重难点，把握课时量。

各小组在组长的带领下分工合作，在规定时间内完成任务。这样可以培养学生的工作责任感、团队合作能力，提升自主学习能力。评价由教师、学生及同伴共同完成。评价的内容包括主题的选择、学生在小组学习中的表现、计划安排、结果表达和成果展示等方面。项目学习的评价方式是多元的——强调学生完成项目的方式，考察学生的综合素养，注重对问题的解决。最终成绩由项目评价成绩和测评成绩组成。

四

开展项目学习的教学思考与建议

（一）可能出现的问题

1.学生接受能力差异大

学生的水平参差不齐，接受能力也有差异。因为知识基础存在差异，学生在实际操作过程中进度不同。在传统教学过程中教师特别注重差异教学，而以项目学习的方式教学容易让教师看不到学生的实际掌握情况，不能及时发现问题。一些学生的自主探究能力差，很难自主弥补。

2.教学内容和课程体量更大

项目学习不仅要包含传统案例教学的知识点，还要根据项目需要，增加一些额外的知识点。每堂课开始前，一般需要对上堂课的内容进行评价分析，课堂的时间会更加紧张。学生之间、小组之间存在差异，教师了解每个项目的进展情况，需要花费更多的备课时间，同时还需要增加自身知识的广度和深度。这些都对教师的知识储备及教学艺术提出了更高要求。

3.教学资源缺乏，网络资源参差不齐

具体表现：项目化教材缺乏，图书资料更新较慢，课程网站的建设不完善。网络资源很多，但精品偏少，造成学生拿到任务后，不能及时查找到合适的资料来完成相应的任务。

（二）开展项目学习的建议

1.加强教师培训，开展团队化研究

项目学习对教师的要求较高。学校或区域应充分发挥团队优势，建立由本地区教研员牵头，各学校相互协作的研究团队。学校还应经常组织交流研讨活动，共享教学资源，实现整体提升。

2.依托教育技术，尝试混合式教学

教师可以使用信息化教学的工具，与项目学习融合，例如借助相关学习网站、公众号、App开展混合式教学，利用平板电脑等移动设备提高教学效率，使用网络教学平台加强师生、生生互动交流。数字化学习与创新也是核心素养之一，依托信息化教学工具开展教学，有助于培养学生的数字化学习与创新能力，让学生能够适应数字化学习环境，养成数字化学习与创新的习惯，助力终身学习能力的提高。

3.注重教学评价，实现精准化教学

传统教学的评价方式主要表现在“量”上，强调学习的结果。项目学习的评价更加注重“质”，更加多元，重视学生在学习过程中的表现。选用精准合理的评价方式是开展项目学习的关键要素。教师应利用多元方式跟踪学生的学习过程，采集过程性数据，及时进行反馈分析，优化教与学，最终实现精准化教学。

（作者系浙江省桐乡市凤鸣高级中学教师）