从项目中来，到项目中去

钱焕春

摘要： 新课标要求提升学生的计算思维，而我们现行的教学方式很大程度上是学生读取已有程序，分析猜测出题人的算法思维，缺少了在计算思维中抽象特征、建立结构模型、通过判断、分析与综合各种信息资源、运用合理的算法形成解决问题方案的能力。本文通过项目学习的方法试图提升学生的计算思维，提升学生程序设计的算法思维，提升学生的学生核心素养。

关键词： 项目学习;算法思维;计算思维;程序设计

中图分类号： G633.67            文献标识码： A  文章编号： 1992-7711（2019）22-117-2

一、学科发展、存在困境

1.学科发展、未来趋势

随着新课标（2017）的出台，高中信息技术课程旨在全面提升全体高中学生的信息素养，提出了核心素养概念，其中计算思维是核心素养中重要一环。学生要学会运用计算思维分析与识别问题，通过抽象、建立模型，最终设计解决方案。而算法思维是计算思维重要一部分体现，高中信息技术中如何培养学生的计算思维，提升学生的算法思维，促进学生程序设计能力，值得我们去研究，尝试，突破。

2.学科教学、思维困境

在实际教学的过程中我们发现学生算法思维不易落实，现在的程序设计教学模式基本上是教师给出问题、算法思路和部分代码段，让学生去填写相应的代码。这种模式虽然提高了教学节奏，但是学生不知道为什么要这样设计，为什么可以如此操作，算法设计的意义是什么？如何加深学生对算法思想的印象，提高学生的算法思维能力，提高学生算法思想的迁移能力，尽量拉平学生之间的差距，是我们信息技术教师面临的一个迫在眉睫的问题。

3.上下求索、黎明之光

通过查阅文献和实践研究积累，我们发现项目学习是一个较为合适的提升算法思维的方法途径。项目式学习（project based learning）是一种动态的学习方法，通过PBL让学生自主、主动的探索、发现现实世界中存在的问题， 通过不断探索，解决问题。学生在这个过程中领会到更深刻的知识和技能。

二、项目引领、真实情境

算法思维是一种思维方式，要通过实践求证，在反复尝试中逐步形成的可行方案。它于我们生活中的思维方式略有不同，学生要跳出固有思维方式，计算机原理出发，设計符合计算机本身运行特点的算法。通过项目学习，设计真实的情境，提供学生自由探索的环境，让学生在不断的尝试中适应计算机思维，设计合适的算法程序。课堂教学中设计一个合理的项目，通过实例来贯穿整堂课，在不断的探索中摸清原理、加深印象，提升算法的设计能力。

例如我们在课堂上教授互换语句时（t=a;a=b;b=t），要使用临时变量t来过度，但是学生在设计的时候会直接想到的是a=b;b=a，显然这样是错误的。学生从实际生活的习惯中就觉得互换，只要两样东西换一下就行，没有想到互换的中间过程，在这里我们可以设置一个简单的项目，让学生去思考，互换到底是怎么实现的。

设计项目：有两个不同的容器，其中分别放苹果和梨，要求学生设计算法程序，把碗中的苹果和盘中的梨互换。提供实物两个容器及相应的水果，提供相关资料平台（变量及赋值语句的概念）。

学生在拿到项目，在实行的过程中基本上设计的方案步骤都是：1.把盘中的梨放到碗中;2.把碗中的苹果放到盘中。让学生上台实物演示，在互换梨或苹果的时候提示学生新的内容会覆盖旧的内容，是否可以实现互换？通过实际操作来检验学生设计方案是否可行，对项目进行阶段性评价。

再对学生的项目设计进行分析，以上错误产生的原因学生习惯性的使用平时的惯性思维考虑问题，忽略了算法程序有自己的规则，学生脱离了是程序中的规则，即互换的过程其实是一个赋值的过程，变量赋值会把原内容覆盖。

引导学生在实际设计时先收集相关资料，再是把问题抽象化、模型化。如把碗抽象为变量A，盘抽象为变量B，问题抽象为要实现A与B中的值互换。再是让学生实际操作互换过程，就会想到有把A中的苹果拿出来放到空变量C中，再把B中的梨放到A，C中的苹果放到B中。

最后对整个项目设计过程进行交流评价：1.对学生的设计进行展示;2.分析设计过程中存在的问题;3.总结课堂中收获及相应知识。

通过项目实施，在“尝试——验证——修正”的过程中，学生实际体验，收集资料，设计方案，尝试可行性，最终得到可行结果。这样既培养了学生的算法思维，突出了以计算机的角度思考问题，锻炼了学生的分析设计能力，通过实际设计加深了学生印象，提升学生兴起，提高学生知识点记忆。达到高效学习。

三 、项目提升、开阔思路

解决问题的算法有多种多样，而最终要找出能正确的、高效的、简洁的解决问题方法。学生的思维是纯洁的，没有固定模式的，在设计算法时他们的思路是五花八门的，有的思路不行，有的思路可行，有的思路效率低下，有的思路高效，教师要引导学生从多种方面中找出最优算法。切忌直接抛出一个最优算法，让学生学习，只有通过学生自身的不断尝试，通过项目的实施，一步步深入分析，得到的解决问题的方法才是自身的。

如在学习枚举算法时有一个经典问题“水仙花数”，我们可以设计项目：我们生活中有很多有特点的数字，如153=1^3+5^3+3^3，这个数字每一位的三次和刚好等于它自己，老师对这些数很感兴趣，在网上查到这些数字叫“水仙花数”，我们能不能设计一个算法，找一下所有的水仙花数。

设计前引导学生分析问题：1.三位数;2.每一位的三次之和;3.三次之和于这个三位数相等。学生深入分析：1.三位数范围100-999;2.怎么得到三位数中每一位数值;3.比较找符合结果。

学生设计过程中主要问题是第2步，怎么得到三位数中的每一位值，用i表示三位数，有一下几种情况：

1.a=i ＼100; b=i＼10 mod 10 ; c=i mod 10

2.a=i＼100 ;b=（i-a*100）＼10;c=i-a*100-b*10

这两种方法都是通过数值取整、取余的方法来实现，实际操作可行，这是常规思路。但是在学生设计的过程中还有一种情况：

a=val（mid（cstr（i），1，1）） ;b= val（mid（cstr（i），2，1）） ;c= val（mid（cstr（i），3，1））

这种设计的思路是通过字符串来处理数据，也可以实现三位数每一位分解。这种思路不是常规思考思路，但是学生会想到，因为学生没有固定思维，他们把学到的知识应用到解题中，作为教师要给予肯定及鼓励。但是教师要引导学生培养一个意识，数字问题能用数值的方式解决尽量使用数值方式解决问题，我们要跳出具体的程序语言，设计合适算法。

还有的学生会从另一种角度考虑问题：1.先有百位、十位、个位上的数字;2.再通过这三位值来组成三位数;3判断百位、十位、个位数的三次和与三位数是否相等。a^3+b^3+c^3=a*100+b*10+c

通过反相思考，我们也能解决寻找水仙花数的问题。通过项目学习方法的实施，培养学生通过不同的角度，不同的思路，设计算法，验证算法思路，在不断尝试过程中解决问题，扩展学生的思路，提升学生知识点掌握能力，促进算法思维养成。

通过“水仙花数”的学习，扩展学生眼界，引出“自幂数”，让学生尝试4位数（玫瑰花数）、5位数等数的 “自幂数”验证。通过同类型问题的解答，培养学生的知识迁移能力和知识应用能力。

同样的问题有多种设计思路，多种算法思维，如“百钱百鸡”问题、“斐波那契数列”问题等等都可通过多种方法解决问题，教师通过适当的引导，充分调动学生的思维能力，开阔学生的思路，让学生进行各种尝试，验证正确性，提升学生的知识应用能力和知识的理解能力。

四、项目递进、逐层深入

知识的落实有其连贯性，算法思维的培养也是如此，通过知识点的授予，逐步提升，逐渐深入。项目学习的特点可以把一个大项目分解为多个小项目，把难题简化，通过小项目的实现最终完成一个大项目。

例如：在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。怎么样知道某个数在电脑存储中的编码呢？

资料收集：补码的定义。1.符号位，正数最高为位0，负数最高为1;2.正整数的补码是其二进制表示，与原码相同;3. 负整数的补码，将其二进制数除符号位外的所有位取反得到反码;4.对反码加1得到补码。

通过补码的定义，我们可以拆分为三个小项目：1.进制转换，十进制转换为二进制;2.反码求解;3.进制加法进位运算。三个小项目可以设计三个课时的连贯系列课程。

在各个项目实施的过程中落实项目的知识点，通过小项目的实现，逐步推导大项目，最终解决问题。

1.在进制转换项目中要求实现十进制转换为二进制，原理是除二取余法，实施的过程中落实循环语句反复执行除二取余，以及除二取整，出口是整数部分为0为止;

2.第二课，重点强调学生的解析思维能力，取反的结果是1變为0，0变为1，结合前一课中得到余数，对其取反，可以通过“1-余数”实现;

3.第三课重点是进位算法，逢二进一的进位方法，注意进位和当前位的值的变化。

通过教材的整理，把相关联的知识点串联起来，设计一个阶段性项目发布给学生，再是把大项目拆分成几个小项目，大问题分解成小问题，“大事化小”，逐个落实，逐个击破，最终实现整体突破，在使用的过程中巩固已学知识点，培养学生分步实现能力及合作能力。

五、项目实施、得失之处

项目学习通过生活中真实事例设计问题，实例引导，更贴切生活，使得学生学习目标明确，而不会出现学习知识和实际应用脱离，学生迷茫现象。项目学习能更好的吸引学生的学习兴趣，明确学生的学习目标，提升学生的学习效率。

算法思维要求学生最终能自行收集分析材料，提炼规律，形成算法模型，最终通过计算语言实际解决问题。在设计算法的过程中要进行不断的“试错”，不断的“排错”，通过尝试——验证——尝试的过程逐步完成最终算法。项目学习的方法刚好可以满足算法思维的思考过程，通过一个项目，学生自主收集资源，自行设计方案，测试方案，不断尝试，得到最终的解决方案，这和算法思维完全符合。

在实施的过程中也发现了项目学习的一些不足之处：1.项目学习是学生自主探索学习，通过试错，不断更正方向，一步步现在最终目标，在实行的过程中所花费的时间是传统授课方式的几倍，甚至十几倍;2.对于一些大型问题，因学生能力有限，要让学生自行设计算法，有点强人所难。

总体来说，项目学习在算法思维培养上是适用的，通过项目的引导，使得学生养成良好的算法设计习惯，能自行设计简单算法，解决实际问题。项目学习方式能提升学生的自主学习和探索能力，培养学生成为一位数字化时代合格信息公民。

[参考文献]

[1] 普通高中信息技术课程标准（2017年版）[M].人民教育出版社，2018.

[2]罗廷洪.项目教学法在电子技术基础教学中的应用[J].现代职业教育，2019（06）：108-109.

[3]冷伟.在综合实践活动中开展项目式学习的探索[J].课程教育研究，2019（11）：215-216.

（作者单位：浙江省杭州市富阳区新登中学，浙江 杭州 311400）