基于项目式学习的高中Python 创意编程课程任务设计研究

人工智能作为国际竞争的新焦点，是引领未来的战略性技术。“阿尔法围棋”的横空出世激发了全社会的研究热情，而ChatGPT的爆火，则把人们对人工智能的研究推向热潮。Python作为进入人工智能领域的敲门砖，在推动人工智能发展中具有不可估量的作用[1]。项目式学习（Project-BasedLearning），由上世纪的“设计教学法”演变发展而来。北师大学者杨明全副教授将其定义为：项目式学习是一种建构性的教与学方式，教师将学生的学习任务项目化，指导学生基于真实情境提出问题，并利用相关知识与信息资料开展研究、设计和实践操作，最终解决问题并展示和分析项目成果[2]。简言之，项目式学习能够引导学生在展示过程、分析结果中对知识进行深度的认识与加工，联系已有知识，建构新的知识，最终达成核心素养的培养目标。一、项目式学习与高中Python创意编程融合的契合点项目式学习与Python创意编程的契合点主要表现在三方面：一是培养目标的一致性。项目式学习要求学生不仅要基于整个项目提出问题、分析问题、做出假设、解决问题，还要展示与评价；高中信息技术Python课程立足于对学生核心能力（包括创新性、创造力等）的培养，两者都指向学生批判性、创造性思维等高阶思维能力的提升。因此，从培养目标的角度，项目式学习和Python创意编程具有一致性。二是学习方式的相关性。项目式学习引导学生发现、构想、抉择、归纳与评价；高中Python编程课程是学生信息意识和计算思维能力培养的重要途径，采用项目式学习，能让学生通过充分的探究、分享、评价等提升信息意识和计算思维能力。因此，在学习方式上项目式学习与高中Python创意编程课程是相关的。三是教学过程的契合性。项目式学习在教学过程中强调学习的迭代性以及项目的展示与分享；高中Python编程课程鼓励学生在项目完成的过程中掌握相关的程序，对作品进行多次的迭代设计并进行作品展示与分享。因此项目式学习与高中Python创意编程在教学过程上是契合的。二、任务选取及设计（一）任务选取“周而复始的循环”一课属于教科版高中信息技术必修一《数据与计算》第二章第3节的内容，是算法学习中的重要部分，包括计数循环（for语句）和条件循环（while语句）。教材中围绕“理财”项目进行展开。在教学实践中能发现，学生对“理财”主题的项目兴趣不高，并且对for语句的理解不够，容易用数学的方法直接算出答案。基于此，教师可以使用Python中的趣味turtle绘图，从顺序画图到循环画图，有效调动学生的学习积极性，让知识逐步过渡。（二）设计思路根据项目式学习的思想，并结合实际教学过程，高中Python创意编程课程可进行如下设计（见图1）。图1基于项目式学习的高中Python创意编程课程案例设计流程图三、任务实施及评价（一）任务目标制定初步掌握用Python画一些常见的规则图形，并能在画图中融入自己的创意；在画图的过程中深刻理解其中的循环结构，掌握实现计数循环的方法。（二）创设情境、引导学生选择项目学校即将举办艺术节活动，计划在艺术展厅展示学校建筑元素（多边形图形及螺旋图形），请你根据相关课程，选择你喜欢的图形，绘制出建筑元素，并在此基础上融入你的创意，向外界展示学校的校园文化。（三）活动探究1.基础知识准备学生在之前的课程学习中，已经初步掌握了顺序结构以及Python模块的导入方法，对turtle常用函数有了初步理解，但对涉及重复执行的语句，即循环结构还不太了解。因此，教师要让学生从已有知识出发，在探究的过程中解决问题，建构新知。①模块的导入方法：importturtleast或者fromturtleimport*②turtle常用函数（见表1）：表1turtle常用函数一览表2.提供教学资源设计学生学习导学案，帮助学生厘清学习任务，明确学习目标及学习评价标准；提供for循环的语法及其格式注解、列表及其使用方法。3.项目完成与交流【活动1】用已学知识绘制一个边长为100像素的正方形。绘制正方形对学生来说不难，教师可要求学生用之前的顺序结构进行绘制（见图2）。图2边长为100像素的正方形探索发现：绘制时有两行重复的代码：“t.fd（100）t.left（90）”，即前行100像素和逆时针旋转90度共重复4次。教师引导：在程序中常常有重复执行的动作，如果用顺序语句一条一条重复来写工作量大，代码不够清晰，而for循环语句可实现重复一定次数的循环。语法格式：for循环变量inrange（）：知识支架：range（）函数师生探究：用for循环语句绘制一个边长为100像素的正方形（见图3）。【活动2】分组绘制多边形并涂色，可以在此基础上融入你的创意。图3用for循环语句绘制一个边长为100像素的正方形有了活动1的基础，学生初步掌握绘制多边图形只需要确定重复执行的次数和动作。在涂色时，学生的创意更多了，有的是一种颜色，有的是不同边不同颜色，有的是对称边是同一颜色（见图4）。图4学生绘制的多边形importturtleastcolor=_________#颜色列表foriinrange（_____）：#多边形的边数t.pencolor（color[____]）#画笔颜色变化t.fd（_____）#前进长度t.left（_____）#旋转度数【活动3】绘制彩色螺旋图形。在拓展深入阶段，让学生绘制彩色螺旋图形，探索在颜色变化、前进、旋转的基础上，还可以把基础画作对象作为一个整体旋转变化，变成更多样的图形，并在此基础上融入你的创意（见图5）。图5学生绘制的彩色螺旋图形importturtleastcolor=_________#颜色列表foriinrange（_______）#基础多边形重复的次数foriinrange（_____）：#基础多边形的边数t.pencolor（color[____]）#画笔颜色变化t.fd（_____）#前进长度t.left（_____）#旋转度数t.left（______）#基础多边形每次旋转的角度（四）项目评价学生对turtle绘图的3个活动进行汇报，主要汇报其中遇到的困难及克服困难的方法，以及学生自评、生生评价、师生评价等，通过师生间的思维碰撞，一方面深刻理解Python中的计数循环方法，另一方面对Python中turtle趣味绘图也有一定的掌握。课后，教师可以布置难度升级的任务，如绘雪花等，进一步提高学生的操作能力。通过turtle趣味绘图的方法，学生能在趣味中体会其中的循环思想，初步掌握for循环语句，绘制出规则的多边形及螺旋图形。从课堂观察来看，学生对绘图有较强的兴趣，在探索的过程中，能讨论分析每个图形的重复次数及重复