基于项目学习的计算思维培养探究

蔡荣华 高薇

摘  要 《普通高中信息技術课程标准（试行）》将计算思维纳入信息技术课程核心素养，计算思维作为新的学科思维方式引起国内外学者的广泛关注。通过探究项目学习对学生的作用，总结出项目学习是一种新的培养计算思维的方式，能在学习过程中培养学生的计算思维能力。

关键词 计算思维;核心素养;项目学习;高中信息技术

中图分类号：G633.67    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）05-0070-03

1 引言

2017年颁布的《普通高中信息技术课程标准（试行）》中明确提出，高中信息技术课程的目标是全面提升全体高中学生的信息素养。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，而将计算思维纳入信息技术课程的核心素养成为新课标最大的亮点[1]。通过计算思维的教育，可以促进学生运用计算机科学领域的思想方法有效地解决问题。从长远发展来看，培养学生的计算思维具有重大意义。

建构主义近年来在教育中的应用越来越广泛，旨在创造有效的教学和学习策略。建构主义期望学习者构建的是新知识而不是他们原有的认知。建构主义近年来一直是教学的重要方法指导，建构主义教学策略也已经开始用于课堂，如基于项目的学习、5E学习循环模式和基于探究的方法。

2 计算思维

计算思维（Computational Thinking）在发展过程中有不同的名称和定义。1980年，Seymour Papert使用LOGO编程语言教授儿童数学概念，最先提出计算思维，作为他研究儿童如何通过计算机编程发展程序思维的一部分。计算思维在2006年有了新发展，当时周以真在ACM的交流中发表了观点文章Computational Thinking，重新引发对计算思维的兴趣。周以真提出它代表一种普遍适用的态度和技能，作为逻辑思维的一部分。计算思维对于每个人来说都是一项基本技能，不仅仅是对计算机科学家而言，它并不是试图让人类像计算机一样思考，而是人类解决问题的一种方式[2]。

抽象过程是计算思维中最重要的一个思考过程，它是从实例和参数化概括出来的。换句话说，抽象是一种工具，当遇到非常大而复杂的问题时，减少、转换、嵌入和模拟的计算思维方法能够将一个看似复杂困难的问题重新组合成一个知道如何解决的问题。简而言之，计算思维使个体能够通过他们已知的可计算的问题，巧妙地接近问题解决过程，从而高效地解决问题。

3 项目学习

项目学习（project based learning）是建构主义教学策略之一。在2017版《普通高中信息技术课程标准（试行）》的“实施建议”中就提到：“基于项目的学习就是指学生在教师的引导下发现问题，以解决问题为导向开展方案设计、新知学习、实践探索，具有创新特质的学习活动。”[3]

也可以把项目学习简单地定义为“一种围绕项目组织学习的模型”。尽管在传统课堂中也为学生分配项目，但基于项目的学习与传统方法有很大不同。

项目学习要求学生积极参与来解决问题。在项目学习中，学生与他人合作并反思所学知识，提高实际思维能力，可以积极参与探索和决策过程。通过提出问题，讨论想法，进行观察和预测，进行实验，收集和分析数据以及得出结论。学生彼此协作，并承担起他们作为团队成员的责任。此外，学生也将认识到他们所学习的东西和学校以外的事物之间的联系。而且，项目学习提高了学生的元认知能力，他们制订了成功的计划，并评估解决方案。最后，项目学习通过创建更加平等的学习环境，为提升学生的学习成绩作出贡献。

4 案例分析

研究对象  研究对象是来自两个班级的100名高一学生（年龄在16岁左右）。采用基于项目教学法的学习策略教授一个班级的50名学生（实验班），而另一个班级的50名学生则沿用传统的非项目教学法的学习策略进行教学（对照班）。

研究问题  主要的研究问题是：使用项目教学法学习的学生与传统的非项目教学法学习的学生相比，是否更好地培养了学生的计算思维？学习效果是否更好？

研究过程

1）使用基于项目教学法的学习策略来教授。

①预备阶段。教师展示电影或实验，或阅读可激发学生兴趣的相关故事吸引他们，目标是介绍与学生合作的课程主题。

②准备项目阶段。教师解释这个项目，为学生设定目标，并告知他们关于他们的任务，强调承担责任的重要性，让学生感到他们有很大的责任感，而且他们在教育过程中占主要地位。

③规划项目。教师将学生分成工作小组，在教师的监督下，每个小组制订行动计划，并讨论项目的目标，分析可用资源、所需技能和潜在的困难。教师的角色是引导学生完成他们的项目。

④项目实施。教师与每个工作组成员合作确定项目的目标并写下来，让学生通过辩论和讨论分享观点，最后阐述研究问题并制定相关假设。然后学生进行实验，记录观察结果。教师在这里的作用是创造适当的条件并克服困难，观察学生，在实施过程中鼓励他们，提供教育指导，在必要时讨论困难并相应地修改项目。

⑤后期项目阶段。每组学生都会对同学发表自己的发现，详细解释自己的主题，重点在于他们的发现和他们在研究中使用的科学原理。教师在这个阶段提出问题，以确保这个阶段学生理解他们使用的科学原理。

⑥评估。教师与学生就他们的研究课题进行讨论，评估项目实施过程中得出的结论。评估必须从准备阶段开始并贯穿项目实施的整个过程。通过集体评估来识别困难或错误，以便在未来的项目中克服并避免它们。之后，学生提交研究项目的报告。

2）使用基于传统的非项目教学法的学习策略来教授。在传统的非项目教学策略中，目标未向学生宣布，教师的作用仅限于灌输;教师只会发出指示，如坐在座位上，是通常提问的人;交流只是在教师的指导下进行的。在传统的非基于项目的教学策略中，每个学生的学习速度是相同的。

在这项研究中，非基于项目的课程和基于项目的课程都教授了相同的课题。前者采用传统教学策略，教师在教学过程中处于中心位置;学生没有分成工作组，而是按行和列排列;教师解释了科学原理，学生是被动的听众。

教学效果分析

1）学习成绩变化分析。为了了解在高中信息技术课程中采用项目学习教学模式渗透计算思维对学生成绩的影响，经过研究调查发现，在学习水平测试中，运用项目学习教学模式培养学生计算思维的班级（实验班）成绩明显高于运用传统教学模式教学的班级（对照班）。在课堂表现和学生课后交流的过程中也可以明显地感受到实验班学习的积极性和主动性以及对知识的掌握程度都明显高于对照班。由此可以说明，在信息技术课程中采用项目学习教学模式培养学生的计算思维产生积极的教学效果。具体检测成绩分析如图1所示。

2）是否会运用计算思维分析。在一段时间的学习之后，调查学生是否能够运用计算思维去思考、解决学习或生活中遇到的问题时，通过向学生发放问卷得到调查结果。如图2所示，在运用项目学习的教学模式培养计算思维的学生中，有超过80%在日常生活和学习中会经常运用到计算思维;而在传统教学模式中学习的学生，仅有15%会用到计算思维。

传统教学模式的课堂一般是由教师控制课堂和教学知识点的讲解，学生的学习主动性得不到充分发挥。学生虽然掌握了课程相关知识点，却不能将知识运用于日常生活，不能把课堂中学到的知识与新知识联系起来。

项目学习的教学模式中是以问题为中心来培养学生的计算思维，组织课堂教学内容，将计算思维渗透到课堂教学各个环节，在课程开始之前提出问题，通过问题驱动学生学习，提高学生自主学习的主动性，并由教师引导学生在解决问题过程中建立起自己的知识结构，将原有的知识与新知識联系起来，并将知识运用到其他领域。在学习过程中注重小组学习，以问题为课程起点，增强学生解析问题的能力和创新能力，培养学生的计算思维。

整个课程结束之后，教师在进行评价与总结的时候，可以故意抛出一些错误的知识点来检查学生对知识点的掌握程度。采用这种发现错误的策略可以培养学生的批判性思维，激发学生的兴趣。当一个学生指出问题所在时，其他学生也会同时思考这个问题产生的原因和解决问题的方案，这样可以培养学生发现问题的能力。在解决问题的过程中，学生不断地提出问题解决策略，完善解决方案，从而有效提升计算思维能力。

5 案例分析

在对上述案例进行探究过程中，通过采用项目学习的教学模式，从三个层次培养计算思维。学习者能够在解决相应的学习任务之后，将现有的知识与新知识联系起来，将知识从一个领域转移到另一个领域来解决同类问题，培养了解决同类问题的能力;在解决每个任务的时候，使用相关的概念，设计解决方案来解决问题，培养了运用思维能力解决问题的能力;结合同伴的想法和观点能发现问题并且找到解决具体问题的方式，从而达到主动发现问题并解决问题的能力。

计算思维是一个问题解决的过程，通过课堂和实践学习，不断地提出问题并且解决它们。在项目学习的教学模式中所提出问题的答案是开放的，学习者可以通过合作学习解决问题。小组间分工明确，将大问题分解为无数个小的子问题，合理地组织并且呈现数据，通过算法思想，制订自动化的解决方案并通过讨论识别、分析、实施可能的解决方案，最后将这种问题解决过程迁移应用到各领域中去。这种学习方法在某种程度上促进了思维碰撞，通过争论和接受同伴的建设性批评，提升了学习者的思考能力。

6 结语

“以学生为中心的学习”“边做边学”“在日常生活中应用学校教学”是项目式科学教学的核心价值。本文探究了基于项目学习的教学模式对学生计算思维培养的作用，但仍然需要更多的研究来探究计算思维的培养工作，在今后一段时期还需要不断地努力探索。

参考文献

[1]任友群，黄荣怀.高中信息技术课程标准修订说明 高中信息技术课程标准修订组[J].中国电化教育，2016（12）：1-3.

[2]Wing J M. Computational Thinking[J].Communica-tions of the ACM，2006（3）：34-35.

[3]王旭卿.面向三维目标的国外中小学计算思维培养与评价研究[J].电化教育研究，2014，35（7）：48-53.

[4]李锋，赵健.高中信息技术课程标准修订：理念与内容[J].中国电化教育，2016（12）：4-9.

[5]任友群，隋丰蔚，李锋.数字土著何以可能：也谈计算思维进入中小学信息技术教育的必要性和可能性[J].中国电化教育，2016（1）：1-8.

[6]周玳珈.掀起你的盖头来：课程标准下项目学习的解读及应对策略[J].中国信息技术教育，2018（5）：20-21.