高中信息技术课堂微项目教学实践研究

【摘要】随着项目式教学研究的深入，项目式教学课堂常态化，受到越来越多学者的关注。本文以笔者所在学校高中信息技术课堂“算法与程序实现”教学为例，以计算思维的培养为导向，进行了项目式教学课堂常态化实践研究，为课堂常态化项目式教学提供借鉴与参考。【关键词】微项目序列；项目式教学；计算思维；项目式教学常态化计算思维作为信息技术学科要培养的核心素养之一，是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。提升学生的计算思维是高中信息技术课堂要完成的一项重要任务。学者们认为项目式教学是提升学生计算思维的有效途径。美国学者Mayo和Donnelly认为PBL是一种教学策略，一方面要设计贴近学生生活经验以及学习经验的问题情境，另一方面要为学生提供与问题解决相关的学习资料和及时的指导，使学生通过问题的解决学习相关知识，提升问题解决能力[1]。基于大项目的教学，需要学生具备较高自主学习能力，常态化课堂教学中实施起来困难很大。另外，高中生计算思维的提升需要循序渐进螺旋式上升的过程，相对独立或相关性不高的项目，项目周期又太长，不利于计算思维的强化和迁移。焦金金认为微项目学习是指，按照教学大纲的要求，将知识内容情境化、项目化，设计出能在一到两个课时内完成的项目，以增强学生的问题解决能力，并帮助学生进行知识的建构[2]。微项目就是“小、近、实、活”的项目，能够弥补项目式学习课堂教学常态化的问题，微项目比较适合普通高中生课堂的学习。设计短周期微项目，让学生经历计算思维完整过程1.单元整体设计，选择微项目分解教学内容单元整体教学有利于帮助学生建构认知网络，依据《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》中计算思维水平2的要求，针对“算法与实现”模块，总结计算思维要素并编码如下：JSSW1：分析问题、界定问题，分解问题；JSSW2：提取问题特征，并用符号或文字表达；JSSW3：运用合理的算法形成问题解决方案；JSSW4：运用一种编程语言，组织数据，实现问题解决方案；JSSW5：对以上过程进行评估、反思、优化并迁移到其他问题解决中。参考教材，教师选择项目分解教学内容，并明确其承载的计算思维要素；根据观察，学生持续关注一个话题的时间是3课时左右，所以设计1-3课时的微项目比较合适。时间过长，学生的关注度会下降，也不利于学习内容的衔接。表1是笔者基于人民教育出版社高中信息技术教材必修1《数据与计算》第二章“算法与程序实现”单元设计的微项目系列，共设计了15个微项目，共24课时。2.控制微项目的复杂度，保证学生亲历计算思维完整过程微项目复杂度应符合学生最近发展区，过于复杂或过于简单都会使学生丧失兴趣，达不到预期效果。因此，需要确保学生在教师引导下，通过个人努力和小组合作能完成项目。如“模拟缴费系统”本来是一个完整的项目，但是因为学生学习相关模块的时间较短，所以笔者引导学生先将系统分解为“充值”和“缴费”两个子系统逐一实现，最后再合成一个系统，每个子系统都能让学生经历计算思维的完整过程。可根据情况，让学生自主设计当“余额不足”时的处理方法。3.选择真实性情境，设计项目采用生活中的真实性情境，代入感强，不仅能激发学生的学习兴趣，也有利于学生将知识和方法迁移到生活中去解决问题，引导学生关注信息技术在生活中的应用。教學中，因为学生情况不同，真实的信息技术应用场景很难在学校的课堂上完整呈现。恩伯尔等（2015）提出，真实性问题情境的本质特征是“真实性”而不是“真实”，提出了模拟情境的三种逼真度：心理逼真度、功能逼真度、物理逼真度，从逼真度由低到高的序列来看，一般都是先有心理逼真度，再增加功能逼真度，最后有物理逼真度[3]，和真实或现实的情境非常接近了。所以，笔者从真实信息技术应用中，节选典型应用情境，设计成模拟情境，来设计微项目系列。微项目序列化，促进迁移微项目序列化，始终以素养为导向，即根据学生情况，精心设计微项目之间的迭代关系，包括单元内微项目之间的迭代关系和单元之间的迭代关系。强化学生对基本知识和技能应用的熟练程度，逐渐减少对学生学习的扶持力度，培养学生自主学习能力，深化学生核心概念、关键问题深度，促进学生将学习内容迁移到其他学习和生活中。1.微项目序列化，让学生在不断迭代中提升计算思维“序列化”主要是适应素养形成循序渐进螺旋式上升的规律，包括两个方面。一是单元内相邻项目之间应用的知识和技能有一定的重叠，但又有新增，遇到新知识，可以通过学习“帮助文件”等方式进行学习。单元内相邻项目之间在解决问题的模式或方法上具有相似性，学生可以通过类比前一个项目，独立完成新项目，如表1中的微项目1和微项目2、微项目3和微项目4等。每个单元又设计了自编微项目，来促进迁移和应用。二是单元之间的衔接项目，能引发学生的认知冲突，如每个单元开始都设计了升级前一个微项目的任务。还要按照一定的学习周期，提升单元之间情境任务的复杂度，让学生的素养沿着这些路径，这样反复经历完整的计算思维过程，循序渐进螺旋式上升。例如，微项目11“模拟快递柜存取系统”，学生可以模仿微项目7的方法分解任务和在程序中设计模拟开关，模仿微项目10应用列表的存储数据和遍历列表查找元素等。至于程序设计语言，学生已经基本掌握，还可以借助“帮助文件”回顾学习应用。但是，“如何把‘有快递/无快递状态与柜子对应呢？”“怎样产生取件码？要满足哪些条件？”“怎样判断输入的取件码是否正确？”等是学生在完成微项目11的过程中，要认真思考解决的问题。经过这样的过程，学生的学习能力得到进一步提高，计算思维得到了进一步提升。2.合理设计相邻微项目情境任务，促进迁移根据迁移的自动化程度，迁移分为低通路迁移和高通路迁移。低通路迁移适合基本知识和技能的训练，高通路迁移是有意识地将在某一情境下习得的抽象知识运用到新的情境中。低通路迁移，形成低阶思维，高通路迁移形成高阶思维[4]。高通路迁移才能提升学生的计算思维。高阶思维不能脱离低阶思维而形成。在教学中，教师需要设计情境任务，在学生完成了低通路迁移的基础上，引导学生的高通路迁移。每个单元微项目的设计，都遵循了从低通路迁移到高通路迁移的原则，每个单元中设计了两个以上的微项目，通过第1个微项目的实现，让学生归纳整理出知识技能、方法规则、核心概念等，思维形式上从具体到抽象。第2个微项目让学生抽象出来的内容应用到新的情境任务中，思维形式上从抽象到具体。第3个任务，是为实现高通路迁移，形成高阶思维。为学生提供必要的支撑，保证迁移的达成1.提供思考路径从计算思维培养的角度来说，要让学生在分析问题过程中，学会分解、抽象，形成解决方案，设计算法。“分解、抽象”是高中学生完成任务的难点之一。笔者分两个阶段设计针对性的问题链。阶段一：按步骤分解抽象，即单元1-3，采用如下问题链：（1）有哪些关键信息（含隐藏）？（输入？处理？输出）（2）先后顺序是怎样的？（3）还能分解吗？补充。阶段二：按功能分解，即单元4，采用如下问题链：（1）有哪些功能？（2）运用哪种算法结构？语句？（3）使用哪种数据结构？（4）还可以优化吗？微项目实施中，学生都是先模仿教师，根据问题链分析，然后看着屏幕上的问题链，半独立分析问题，最后是独立分析问题。70%左右的学生经过2-3个微项目的体验，就可以逐渐脱离这些问题的引导，独立完成简单问题的分析，分析问题的能力也相应得到了提升。2.全程亲历微项目实施中要保证学生有足够的独立思考和绕弯路的时间，才能让学生亲历完整的思维过程。学生才能充分理解问题，体验问题分析的全过程，从而不断修正完善自己的思维过程，思维能力才有可能真正得到提升。3.及时反馈学生在独立思考以后，尤其是第一次独立完成项目，特别期待教师的评价反馈。另外，在心理上老师及时的鼓励，可以增加学生自信，所以及时评价与反馈很重要，尤其是一对一的反馈。4.将课内学习引向课外的观察思考在每个微项目实现后，让学生根据这个微项目去思考：生活中还有哪些项目可以用类似的方法实现，或者这个微项目的工作过程还可以解释生活中的哪些信息技术应用。以此，来提升学生计算思维中概括评估的能力。除此以外，微项目实施过程中，教师还要针对不同层次的学生设计不同难度的