PBL 模式在高中信息技术程序设计课程中的应用——以循环结构的程序实现为例

浙江省杭州市西湖高级中学 陈国柱

一、高中信息技术程序设计教学困惑

高中信息技术课程在学考和选考中，程序设计的内容考查占比都是比较高的，分别占20%和48%。虽然新课程改革后还不知道程序设计的占比是多少，但根据课程安排及必修二的设定，可以分析出以后的考试中，程序设计的占比不仅不会下降，甚至还会提高。但在现在的实际教学过程中，程序设计这个内容对于我们学校的学生来说，是一个难点，更是一个痛点。教师学生花了大量的精力时间，但是效果却不尽如人意。

（一）学生层面

学习是一个持久而漫长的过程，是一个不断积累深化的过程。在高中信息技术程序设计的学习过程中，编程学习的过程是从易到难，循序渐进的。但对于我们学校来说，有些学生初中信息课程学习中的坏毛病会延续到高中课堂，如思想上认为信息技术课程是副课，即使要学考，也不会影响什么。有些学生有畏难情绪，认为编程学习过于晦涩难懂，难以掌握。有些学生有想学的心，但缺乏学习的主动性和积极性。在现在高中信息技术的数学课堂中，学生的学习仍存在着很多问题，主要有以下几个方面。

1.学生缺乏学习热情

在程序设计课程中，一到循环结构开始，随着学习难度的增加，一部分学生的学习积极性就大大降低，出现破罐子破摔的心态，与他人聊天、玩游戏，甚至无聊到在座位上发呆，教师提醒之后，过不了几分钟，又重蹈覆辙。

2.学生缺乏应用实践

一部分学生在日常信息技术课堂上看似能学习知识内容，但当教师布置实践任务后，这些学生认为已经掌握知识内容，就不积极思考，不主动参与任务解决，不想编写代码，等着借鉴他人的解决方案。

3.学生缺乏信息意识

大部分学生对信息的敏感度和信息价值的判断力较低，在实际问题解决过程中，不能自觉、主动地寻求恰当的方法来解决问题，不能抓住问题实质，不愿解决问题。

（二）教师层面

信息教师带的班级较多，学生的学习能力是参差不齐的，作为课堂中的引导者，深知课堂45 分钟的学习效率是学生学习的关键，但在我们的日常教学中，仍然存在以下几方面的问题。

1.教学内容缺少创新

因为程序设计内容较多，而课时较少，大部分教师在教学中就直接将课本内容转嫁到课堂教学上，像循环结构教学，上来就是基本语句结构，觉得学生只要按照这种结构来设置相应的条件和循环语句就可以解决问题，但结果往往相反，缺少引入、缺少教材内容的二次开发只会让学生不知所措。

2.师生交流互动不足

在传统的信息技术课堂教学中，教师通常把课程内容和例题一讲，就让学生开始做相应的任务。但是，学生知识掌握能力不一致、学习的积极性不同，导致学习效果也不同。在课堂上教师并没有充足的时间关注每一个学生的实际学习情况，导致无法全面了解学生的不足之处。

3.教学方法因循守旧

大部分教师基本是先做好课件，在课堂上按照预设方案进行教学，不能根据实际情况随时调整教学方案，而且在作业的设置上也是一个模式到底，程序设计作业也只是根据学考选考的要求和考试模式，在一段程序代码中挖空让学生填，不去真正关注学生的知识掌握情况和应用实践能力，缺乏对学生分析问题、解决问题的能力培养。

二、PBL 学习模式的理论内涵

PBL（project based learning）是一种基于建构主义理论的情境化学习方式，使学生通过应用知识、动手操作的方式来学习知识，进而加深学生对学习材料的理解，强调积极建构、合作学习。黎加厚教授认为：“基于项目的学习是以学习研究学科的概念和原理为中心，通过学生参与一个活动项目的调查和研究来解决问题，以建构起他们自己的知识体系，并能运用到现实社会中去。”它强调以真实情境中的问题作为驱动，将所要学习的知识点内容以一个或多个项目活动学习形式进行整合，使学生在完成项目的过程中学习新内容，获得较全面的学科知识。同时，通过项目培养学生的自主、合作、探究能力，创新能力，动手实践能力及问题解决能力。它包括了六大基本步骤，如图1 所示。

三、PBL 学习模式的实施策略

（一）项目设计策略

在PBL 模式中，教师创设有利于学生开展项目学习的数字化环境、资源和条件，根据学科知识要求及学生实际情况进行项目设计。在教学中要有效地梳理知识体系，把问题泛化于符合课程知识框架的真实情境中，鼓励学生发现问题、分析问题和解决问题，提高学生对信息的敏感度和对信息价值的判断力。“围绕问题来组织学习过程，问题是学习过程的起点”，这是任何项目式的学习都要遵守的核心原则。弄清“问题—项目—学习”三者之间的关系，认清项目式学习六大步骤和八大要素间的融合关系（如图2 所示），进一步提升项目式学习的项目设计。

（二）科学分组策略

根据班级实际情况和机房计算机摆放进行分组，一般6—8 人一组。在实际分组中，教师不能完全放权，完全让学生只根据个人喜好来分组，而是要给出一定的指导和要求，根据平时表现和课前测试更好地掌握学生的实际情况，做到各个小组都有男生和女生、信息学习能力较强的和较弱的、逻辑能力强的和能力相对较弱的、活跃的与安静的合理搭配（如图3 所示），基本能保证每个小组都能正常开展学习探究并完成项目实践。由小组成员选出领导能力和学习能力强的学生当组长，要发挥领导力，合理分配小组成员各项工作，督促小组成员学习项目完成需要的基本知识，积极展开小组讨论，为项目解决提供全员智慧，使小组能正常顺利地解决项目。

（三）自主探究策略

在PBL 模式中，学生自主探究是凸显“学主教从”的基本实施方法，在教师的鼓励和引导下，学生通过开展小组合作、头脑风暴等方式积极主动地学习，获取解决项目问题的知识，运用于分析问题、解决问题，并能够迁移到日常相关生活中去。学生通过积极探究学习，将技术、人文素养和社会责任紧密结合在一起，并应用于生活实践。

四、PBL 教学模式在高中信息技术课堂的应用价值

（一）凸显学生主体地位，促进学生主动学习

在传统的教学模式中教师是主角，学生是观众，追求的是面面俱到，只把学生当作填充的对象。而PBL 教学模式不强调教师全方位地教，而是把学习主动权还给学生，学生通过积极主动学习和合作探究从被动学习向主动学习转变，更好地凸显学生的主体地位，激发学生的学习兴趣和学习积极性，提高课堂学习效率。

（二）强化学生探究能力，提升创新思维能力

在高中信息技术课堂上，通常采用以教师为主导的讲练式教学方式，学生问题解决更多倾向于答案的标准性、唯一性，形成标准答案的思维定式，严重制约学生自主探究学习能力的提高，强化了长期形成的教师依赖性习惯，创新思维得不到培养。这样会挫伤高中学生通过自主学习获得成功的成就感，造成学生学习兴趣和效率的下降。而在PBL 教学模式中，通过符合学生认知及课程标准要求的真实情境的导入，学生凭借已有的知识经验和技能学会自己去探究真实情境中蕴含的知识，并设法去分析、建模和解决任务。可以探究现有项目任务解决方案的有效性、问题解决路径的多样性和项目任务的延展性，提高学生的探究能力、创新思维和自信心。

（三）培养学生团队意识，提高团队协作能力

在小学初中到高中，学生已经基本养成被动学习的习惯，而且在日常生活和交流中以个人为中心，因而许多学生不习惯、不愿意将自己的学习过程、方法、结果与同学分享和探讨，容易形成思维狭管，影响学生的学习效果。PBL 模式下学生通过分组，头脑风暴式的探讨，分工合作推进项目解决，学会倾听、辩论、接纳、取舍，形成合作学习能力，培养了团队意识，提高协作能力。

五、PBL 模式下的高中信息技术循环结构实践探索

教师在教学中紧紧围绕学科核心素养，凸显“学主教从、以学定教、先学后教”的专业路径，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。下面笔者以浙江教育出版社出版的高中信息技术数据与计算教材中3.2.4“循环结构的程序实现”设计项目活动为例进行具体实践。

（一）教学分析规范有效

教师要熟悉教材内容，根据信息技术课程标准，抓住学科知识要点，重点，难点，做到教学设计符合本校学生的实际情况，如本课内容中要注重让学生理解循环的含义，掌握循环的基本结构、语句，弄清循环for 语句和while 语句的区别和应用条件限制，学生依据项目任务进行自主、协作、探究技能知识，完成问题分析和解决，最后应用Python 编程软件实现项目任务从而达成学习目标。

（二）目标分析切合实际

在本课教学中，根据教学内容和项目任务的分析，根据本校学生的实际能力，对照高中信息技术学科核心素养水平1—5，确定本项目任务的学科核心素养目标，信息意识（水平1：1—2—3—4—5）、计算思维（水平1：1—2—3—4）、数字化学习与创新（水平1：1—3）、信息社会责任（水平1：2—3）。

（三）情境导入展现真实

在刚结束的学生体育测试中，同学们取得了不错的成绩。以此为契机，在课堂上进行模拟跳格游戏大比拼。在学校操场的8 条跑道上，分别划出1600 个格子，标上编号（如图4 所示），按照一定的规则进行跳格比赛。规则如下：学生所站的格子编号如果为奇数，则跳到当前格子编号3 倍加1的格子编号处，如果所站的格子编号为偶数，则跳到当前格子编号一半的格子处，能先跳到1 号格子的学生获胜。为了便于讨论和活动兴趣，在班里选了一个千米成绩最好的男孩子小王和两个女孩子小张和小杨进行比拼，让女孩小张站在15 号格子上，男孩小王站在27 格子上，女孩小杨站在8192号格子上，让同学们猜猜哪位学生先跳到1 号格子，并记录猜测结果。

（四）项目实践注重探究

1.模拟情境分析问题

学生在猜测后，用Excel 软件来模拟操场8 条跑道，用行号1 到12800 来表示8 条跑道上的编号。根据要求分别计算15、27、8192 三个数字能否最终走到编号为1 的格子及每次走过的格子编号，并把开始的数跳到1 之间经过的数保存到Excel，并作折线图（如图5 所示）。完成后学生可以测试另外的一些数，探讨小数与大数，奇数与偶数在跳动时有无规律、跳动时的数据摆动有无规律及测试数跳到1 的路径规律。

2.科学分组互助协作

按照科学分组策略进行分组，在组长的带领下，小组成员通过自主学习和教师辅助示范，在项目实践中要完成以下目标。

（1）小组每位成员能够弄清循环结构的概念和适用范围，循环结构的分类、特点和基本循环语句。

（2）小组每位成员能够根据教师提供的循环结构实例算法，得到该算法的正确结果。

（3）全面把握小组的学习和协作探究。学生通过教师提供的学习资料了解情境问题的由来，通过数学化学习工具进行学习，了解角谷猜想。

（4）组长在项目实践中能带领小组成员积极讨论，弄清项目中包含的问题，能够根据项目要求，通过分析、建模得出能正确解决项目的算法及流程图。

（5）小组每位成员都要亲自动手实践用Python 语言编程实现解决该项目。

3.数学建模提炼算法

各组学生在Excel 中验证以及了解角谷猜想后，积极讨论分析，分析角谷猜想实施步骤和原理，通过数学建模来归纳总结角谷猜想的核心本质，得出单个整数验证角谷猜想的数学模型，并根据数学模型，用最简练的自然语言来说明验证角谷猜想的算法（展示部分数学模型和算法，如图6 所示），并画出流程图。

4.编程实践检验方案

学生根据角谷猜想的数学模型和算法流程图，结合自己小组的项目方案实施项目，能够合理运用Python 变量，语句，系统函数及分支、循环结构语句编写代码，调试直到程序正确。在编程过程中，学生能自主解决一些基本问题，如格式、变量数据类型转换、编程中的基本错误提示等。经过小组成员间的通力合作，都能用Python 编程语言写出基本符合验证单个数字的角谷猜想的程序。根据项目任务实施情况，教师在程序的便利性、扩展性等方面提出要求，以便让学有余力的学生再次探究，发挥集体智慧，对项目做出创造性改进。

（五）成果交流展示风采

在项目任务结束后，每个小组组长上台展示本小组的解决方案和Python 程序成果，并指出本小组在项目实践中的成功之处和存在的问题。运用恰当的数字化学习工具进行交流展示，学生能够了解每个小组的优势及不足之处，加深小组间的交流合作。

（六）作品评价促进创新

在成果交流结束后，教师公平公正地对每个小组在开展项目中的自主学习能力、参与积极性、合作创新能力、探究转化能力、项目成果报告规范性等方面做出综合性评价。各小组根据项目成果展示，结合本项目活动评价量表（如表1 所示）开展项目活动评价，并用计算公式（小组自评成绩×30%+小组互评成绩×30%+教师评定成绩×40%）计算总分，评出项目活动的优胜小组和开展相对欠缺的小组。教师对评出的优胜小组给予表扬，在算法明确、代码简洁、维护性、功能扩展上做出相应评价，对相对欠缺的小组进行鼓励，展示优秀小组的作品（如图7 所示），提高学生学习兴趣和成就感。并引导探究验证角谷猜想的过程用函数来实现，实现下个知识点的链接，探究如何利用Python 的画图包Matplotlib 来制作拆线图等，提高学生的探究动力，促进创新能力提高。

表1 评价量表：角谷猜想

六、高中信息技术PBL 模式应用实践思考

（一）坚定学生主体地位不动摇

在信息技术项目学习实施过程中，产生了各种各样的问题，如学生小组讨论流于形式以及学生自主学习效率不高、项目实践的积极性不够、不愿探究等。但我们必须坚持学生的主体地位，学生是项目的实施者和项目成果的推介者，我们要培养学生提高发现问题、分析问题、解决问题的能力，培养学生的信息意识和计算思维，并引导学生从项目实施过程中形成数字化学习和创新能力，并把项目成果应用于与之相关的其他问题，提升信息社会责任。

（二）PBL 如何有效开展是关键

在实际运用PBL 模式学习中，作为辅助引导者的教师能否设计好基于学科基本知识框架、难度适中又适合探究及超学科学习的项目是第一个关键；如何科学合理分配学生学习小组，提高小组的集体协作能力是第二个关键；如何调动学生开展项目的积极性，让学生想问、敢问、会问，肯静心探究和开展项目是第三个关键；而如何在每个小组项目作品中公平公正地评价是最后一个关键。

（三）教师课堂引领掌控不放松

在PBL 学习中，虽然要以学生小组合作学习、自主探究为主，但教师作为项目设计和实施过程中的引领者，要随时关注学生的课堂表现、基础知识掌握情况和项目的开展情况，当学生出现偏差的时候，教师应及时给予引导，使其走到正确的轨道上来。

总之，在高中信息技术教学中，PBL 是一种新型的以学生为主、教师为辅的学习模式。在PBL 开展中，具有基于真实情境问题的开放性，学生小组合作学习的全员性和探究性，在学生个性培养和发展、集体协作能力的培养以及学生知识整合等方面有着很大的优势。在新课程改革过程中，教师要不断更新知识储备，积极拥抱新技术，用好PBL 的优势，提升项目设计能力，为新课程、新课堂增添一丝绚丽的云彩。