项目式学习架起编程教学和计算思维的桥梁

梁玉芳

摘要：在中小学信息技术编程教学中，如何结合项目式学习培养学生的计算思维，是一个值得探索和实践的课题。本文作者以《冰上舞蹈——Python之循环结构》为例，运用项目式学习模式，通过创设情境、分析问题、探究实践、拓展交流、总结评价几个步骤，从分解思维、算法思维、抽象思维、发散思维、概括思维几方面提升学生的计算思维核心素养。

关键词：计算思维;项目式学习;可视化编程教学

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）05-0016-02

计算思维是信息时代每个人都应具备的基本信息技术核心素养，是人类在未来社会求解问题的重要手段。编程可以有效提升学生的计算思维，但传统的编程教学从语法知识入手，忽视了计算思维的算法思想，学生的计算思维得不到有效提高。项目式学习强调以学生为主体，教师创设相关情境，引导学生在探究问题的过程中理解基础知识，形成计算思维。

项目式学习与编程教学结合，更有利于提升学生的计算思维能力。因此，在项目式学习理论指导下，笔者以Python循环结构教学为例，在小学六年级开展了教学实践，以提升学生的计算思维。

● 创设情境，提出问题，训练分解思维

在本课的导入环节，笔者用2022冬奥会花样滑冰视频片段来创设问题情境：如何利用Python编程语言画出这些美丽的图案呢？然后揭示课题，引导学生思考，复杂的图案都是由简单的图案组合而成的，将复杂的图案一一分解，可得出解决问题的办法。

教学片段1：创设情境，提出问题。

教师播放冬奥会花样滑冰视频。在花样滑冰中有一项比赛为冰上舞蹈，要求根据规定的音乐、图案、步法和重复次数进行比赛。我们可不可以用Python编程来绘制这些美丽的图案呢？

教学片段2：分解问题，揭示课题。

教师出示图案，提出问题：这些图案应该如何绘制（如下图）？

师生共同分析，小组讨论，发现这些图案都有一个共同的特点：它们都是由基本图形通过不断的旋转重复而成。分析后，教师揭示课题：冰上舞蹈——Python循环结构。

分解问题是解决问题的一个重要方法，也是计算思维的一种，在编程教学中通过对问题的分解，将一类图案的绘制归纳分解成多边形的绘制，通过对多边形的不断重复，旋转形成美丽的图案，引导学生在接下来的项目学习中做到有的放矢。

● 分析问题，启发思考，培养算法思维

算法思维是计算思维的核心，那什么是算法呢？算法是解决问题的方法和步骤，有了算法，再将算法转换为编程语言来实现程序。本课中，教师引导学生根据学案分析图形绘制步骤，寻找规律，最后形成算法。

教学片段3：分析步骤，形成算法。

要画复杂的图形，需要先绘制基本图形，根据这一明确任务，通过问题分析引导学生进入思维分析：①是由什么基本图形构成？②如何绘制？③寻找规律：重复的步骤有哪些？重复了几次？

通过记录的方法将思维形象地表示出来，学生学会了初步使用工具解决简单问题。以上页图中左边那个图形为例，其基本图形为正方形，如何画正方形呢？教师引导学生用之前学过的知识将画正方形的步骤完整地写出来，并寻找规律。

通过分析，将问题从自然语言的描述向代码转化，并要求学生在程序中将效果实现，让学生从分析走向实践，从具体向抽象逐步转化。

● 探究实践，问题深入，锻炼抽象思维

抽象思维是计算思维的另一个重要维度，它是在分析问题时抽取最本质的特性形成概念。项目化学习最主要的环節就是学生的主动实践探究，Python编程更是离不开学生的探究实践。

教学片段4：深入问题，循环嵌套。

通过问题深入，进一步让学生思考：图中左边那个图形可以分解为几个正方形？旋转的角度及旋转次数之间有什么联系？分析循环体和循环次数，利用循环结构进行算法设计。

通过具体的实例将循环具象化，学生进一步理解了循环结构，并掌握了其初步应用。参照计算思维解决问题的方式，让学生进行确定问题、分析问题、模式识别、算法设计等一系列思维训练，能突破本课的难点，让学生体验将复杂问题变成简单问题的思维过程。这样的训练让学生不仅拥有了自主思考的机会，而且能够迅速提高计算思维能力。

● 拓展交流，自主创作，提升发散思维

在项目式编程教学中，教师应引导学生发散思维，形成多种解决问题的方案。在本课的教学中，教师可以先展示部分复杂图案，激发学生继续挑战的热情，然后提出创作任务和展示要求，最后小组评价反馈，选出最佳创作作品。

在本课中，学生学会了分析问题和解决问题的过程，从学会画多个正方形的编程到学会画任意个多边形的编程，在计算思维上，实现了由解决一个问题到解决一类问题的思维蜕变，思维也从“碎片化”变得更加“系统化”。

● 总结评价，深入思考，提高概括思维

课堂总结是一个不可或缺的环节，及时总结有助于学生进行知识的再次记忆，同时在总结的过程中提升概括思维。

在本课中，教师可引导学生利用思维导图的方式进行编程知识的总结和反思，将原本抽象的知识进行可视化处理，理顺不同知识之间的关联性，使学生完成知识体系的建构，提升思维的灵活性和深刻性。

● 结语

总之，在项目式编程教学中，引导学生在教学过程中“训练分解思维—培养算法思维—锻炼抽象思维—提升发散思维—提高概括思维”，不仅可以让学生学习到编程知识，还能有效培养计算思维，促进其核心素养发展。

参考文献：

中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

本文系江苏省管雪沨网络名师工作室、江苏省“十四五”教育规划课题“小学人工智能教育的项目化学习体系建构和实施策略研究”（编号：D/2021/2/148）阶段性成果。

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