《算法基礎(chǔ)與程序設(shè)計》大單元主題項目教學(xué)設(shè)計-粵教版高中信息技術(shù)必修一數(shù)據(jù)與計算

《《算法基礎(chǔ)與程序設(shè)計》大單元主題項目教學(xué)設(shè)計第頁共7頁《算法基礎(chǔ)與程序設(shè)計》大單元主題項目教學(xué)設(shè)計項目簡介項目主題設(shè)計能夠根據(jù)四張牌的點數(shù)以及花色計算出第五張牌情況的游戲或方案項目背景“老師曾經(jīng)遇到了一位魔術(shù)師，他帶著一名助手向我變了一個魔術(shù)：他帶了一副撲克牌，沒有大小王，可以確保這副牌絕對沒有動過手腳。老師洗牌后隨意抽5張牌，并將這5張牌交給他的助手，他的助手將其中四張給了魔術(shù)師，另一張給了老師。魔術(shù)師看了那4張牌后，便說出了我手上那張牌的花色和大小。整個過程魔術(shù)師都沒有碰到牌，并且整個過程魔術(shù)師和助手都沒有任何眼神交流，但我發(fā)現(xiàn)助手在把另外四張牌給魔術(shù)師之前對它們交換了一下順序?！睘榱司帉懗绦蛟O(shè)計實現(xiàn)這個“猜牌魔術(shù)”，即在運用計算機解決實際問題的過程中，需要先分析問題，分析如何通過4張牌分別確定了第5張牌的花色和大小，揭開這個魔術(shù)的奧秘，進而設(shè)計解決問題的方法和策略，運用具體的算法，需要了解計算機程序設(shè)計語言的相關(guān)知識，包括計算機語言、計算機程序等，從而把求解問題的算法告知計算機。對應(yīng)教材廣東教育出版社普通高中教科書信息技術(shù)必修1《數(shù)據(jù)與計算》第三章、第四章課時安排8課時項目教學(xué)內(nèi)容分析1．對應(yīng)課標(biāo)內(nèi)容要求①從生活實例出發(fā)，概述算法的概念與特征，運用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單算法；②掌握一種程序設(shè)計語言的基本知識，使用程序設(shè)計語言實現(xiàn)簡單算法。通過解決實際問題，體驗程序設(shè)計的基本流程，掌握程序調(diào)試與運行的方法。2.地位和作用是學(xué)習(xí)第五章、選擇性必修模塊《人工智能初步》的基礎(chǔ)知識與技能準(zhǔn)備，讓學(xué)生理解算法的概念與特征，能夠運用算法描述和三種基本控制結(jié)構(gòu)合理表示算法；掌握Python程序設(shè)計語言的基本知識，程序的順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)以及在解決實際問題中的應(yīng)用。3.對應(yīng)課標(biāo)學(xué)業(yè)要求A-3：掌握數(shù)字化學(xué)習(xí)的方法。（信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）A-4：能根據(jù)需要選用合適的數(shù)字化工具開展學(xué)習(xí)。（信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）A-6：能夠利用軟件工具或平臺對數(shù)據(jù)進行整理、組織、計算與呈現(xiàn)。（信息社會責(zé)任、計算思維）A-8：在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，完成分析報告。（信息社會責(zé)任、計算思維）A-9：依據(jù)解決問題的需要，設(shè)計和表示簡單算法。（計算思維）A-10：掌握一種程序設(shè)計語言的基本知識。（計算思維）A-11：利用程序設(shè)計語言實現(xiàn)簡單算法，解決實際問題。（計算思維）4.對應(yīng)課標(biāo)達成的學(xué)科核心素養(yǎng)依據(jù)特定任務(wù)需求，甄別不同信息獲取方法的優(yōu)劣，并能利用適當(dāng)途徑甄別信息；（信息意識）主動關(guān)注信息技術(shù)工具發(fā)展中的新動向和新趨勢，有意識地使用新技術(shù)處理信息；（信息意識）針對給定的任務(wù)進行需求分析，明確需要解決的關(guān)鍵問題；（計算思維）能提取問題的基本特征，進行抽象處理，并用形式化的方法表述問題；（計算思維）運用基本算法設(shè)計解決問題的方案；（計算思維）針對特定的學(xué)習(xí)任務(wù)，運用一定的數(shù)字化學(xué)習(xí)策略管理學(xué)習(xí)過程與資源，完成任務(wù)，創(chuàng)作作品；（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間中開展協(xié)作學(xué)習(xí)，建構(gòu)知識；（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）在信息交流或合作中，尊重不同的信息文化，積極、主動地融入信息社會中；（信息社會責(zé)任）能夠理解Python語言常量和變量的數(shù)學(xué)意義；（計算思維）能夠熟悉Python語言常見的數(shù)據(jù)類型；（計算思維）能夠正確表示程序中的各種“量”；（計算思維）能夠理解運算符與表達式的含義和用法；（計算思維）能夠運用Python的運算符處理數(shù)據(jù)計算；（計算思維）能夠知道不同的Python函數(shù)的用法；（計算思維）能夠使用不同Python函數(shù)處理運算數(shù)據(jù)和運算過程；（計算思維）能夠掌握input()函數(shù)和print()函數(shù)的基本用法；（計算思維）能夠掌握程序的順序結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本流程；（計算思維）能夠運用順序結(jié)構(gòu)描述問題的求解過程；（計算思維）能夠掌握程序的選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本流程；（計算思維）能夠掌握Python程序設(shè)計語言的選擇結(jié)構(gòu)的單分支if語句、雙分支if語句、if語句的嵌套以及if···elif···else語句的一般格式及使用方法；（計算思維）能夠運用選擇結(jié)構(gòu)描述問題的求解過程；（計算思維）能夠掌握程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本流程；（計算思維）能夠掌握Python程序設(shè)計語言的循環(huán)結(jié)構(gòu)的for循環(huán)、while循環(huán)、循環(huán)嵌套、循環(huán)控制等的一般格式及使用方法；（計算思維）能夠運用循環(huán)結(jié)構(gòu)描述問題的求解過程。（計算思維）學(xué)情分析年齡段所對應(yīng)的計算思維：本節(jié)課的教學(xué)對象是高中一年級學(xué)生，具有較強的形象思維能力和理解力，知識遷移能力強，能夠擺脫具體事物的限制，運用概念、提出假設(shè)，并檢驗假設(shè)來進行抽象邏輯思維；思維具有較強的預(yù)見性，即能在復(fù)雜活動或問題解決之前有計劃、有策略；對思維的自我意識和監(jiān)控能力顯著增強，表現(xiàn)為不但能考慮如何解決問題，還能對自己的思維進行自我反省、自我調(diào)控，確保思維的正確性和高效率。起始能力：經(jīng)過前面兩章的學(xué)習(xí)，對項目式學(xué)習(xí)的過程和方法有所了解，具有一定的自主學(xué)習(xí)與合作探究能力，對于編寫計算機程序解決問題的相關(guān)知識了解不多，大部分同學(xué)處于零起點狀態(tài)，但由于這個時候他們具有相當(dāng)強的邏輯推理思維能力，也掌握了相關(guān)的數(shù)學(xué)知識，對于用計算機程序解決問題的了解應(yīng)當(dāng)不會困難。學(xué)習(xí)興趣與愛好：通過開學(xué)前的問卷調(diào)查數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍對編寫程序解決具體的問題表現(xiàn)出濃厚的興趣，以具有挑戰(zhàn)性的項目背景引導(dǎo)學(xué)生參與項目學(xué)習(xí)，循序漸進掌握枯燥的算法及程序設(shè)計知識，學(xué)生參與度會比較高。項目教學(xué)目標(biāo)分析通過組織學(xué)生進行自主、協(xié)作、探究學(xué)習(xí)：（1）體驗計算機解決問題的過程；理解和概述算法的概念與特征，能夠運用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單算法；（2）懂得描述程序設(shè)計語言產(chǎn)生與發(fā)展的過程，了解不同種類程序設(shè)計語言的特點；（3）在理解了程序設(shè)計語言基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，掌握三種程序控制結(jié)構(gòu)，學(xué)會使用程序設(shè)計語言實現(xiàn)簡單算法，體驗程序設(shè)計的基本流程，掌握程序調(diào)試與運行的方法。從而將知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入運用數(shù)字化工具解決問題和完成任務(wù)的過程中，促進對應(yīng)課標(biāo)的學(xué)科核心素養(yǎng)的達成，完成項目目標(biāo)。項目重難點1教學(xué)重點：（1）計算機解決問題的過程；（2）算法的特征與描述方法；（3）程序設(shè)計語言的產(chǎn)生與發(fā)展；（4）input()、print()函數(shù)和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換函數(shù)的基本用法；（5）程序的順序、選擇、循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本流程；（6）Python程序設(shè)計語言選擇結(jié)構(gòu)的單分支if語句、雙分支if語句、if語句的嵌套以及if···elif···else語句的一般格式及使用方法；（7）Python程序設(shè)計語言的循環(huán)結(jié)構(gòu)的for循環(huán)、while循環(huán)、循環(huán)嵌套、循環(huán)控制等的一般格式及使用方法。2教學(xué)難點：（1）計算機解決問題的過程；（2）算法的描述方法；（3）運用順序結(jié)構(gòu)描述問題的求解過程；（4）運用選擇結(jié)構(gòu)描述問題的求解過程；（5）運用循環(huán)結(jié)構(gòu)描述問題的求解過程。教學(xué)方法和策略面向計算思維發(fā)展的項目式學(xué)習(xí)，創(chuàng)設(shè)基于生活中數(shù)學(xué)問題的項目背景，以培養(yǎng)信息素養(yǎng)為目標(biāo)，以知識技能為載體，以項目學(xué)習(xí)活動為途徑，組織學(xué)生在分析和解決問題的過程中探究編制計算機程序解決問題的過程和方法，通過小組項目的自主、協(xié)作、探究學(xué)習(xí)，完成算法、計算機語言和程序設(shè)計相關(guān)知識的了解，探究順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)的特點，通過小組學(xué)習(xí)分析問題，設(shè)計解決問題的算法，編寫代碼實現(xiàn)算法，在“驗證→修正”的過程中發(fā)展學(xué)生的計算思維。項目對兩章的學(xué)習(xí)內(nèi)容進行整合，通過必要的精簡、調(diào)整、整理、統(tǒng)合、補充，以有利于學(xué)生學(xué)科認知建構(gòu)和發(fā)展方式重新組織，便于學(xué)生模塊化進行逐步學(xué)習(xí)，在中山紀(jì)念中學(xué)在線課堂的輔助下，有效地讓學(xué)生在一個較短的時間內(nèi)進行一個相對完整性的知識學(xué)習(xí)。整個項目的理念是幫助學(xué)生通過分析項目問題培養(yǎng)問題意識，進而設(shè)計解決算法培養(yǎng)計算思維、規(guī)劃制作作品培養(yǎng)工程思維，并鼓勵嘗試創(chuàng)新提升創(chuàng)新能力、開展表現(xiàn)評估提升反思能力，最終落實計算思維等學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。圖1中山紀(jì)念中學(xué)在線課堂七、項目教學(xué)過程整個項目根據(jù)計算機解決問題的過程分為8個課時，第1課時了解項目背景及要求，并組建小組、選擇項目主題與規(guī)劃；第2-6課時為項目實施與修正；7-8課時為項目成果交流與評價，整個過程始終幫助學(xué)生完成對“抽象”以及“自動化”的深度理解以及靈活應(yīng)用。項目流程教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖引入項目背景故事導(dǎo)入—“猜牌魔術(shù)”，進而將提前設(shè)計好的計算機程序作為魔術(shù)師，而老師自己充當(dāng)助手，邀請一位同學(xué)作為觀眾，現(xiàn)場重現(xiàn)這一魔術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生思考這個魔術(shù)的奧秘究竟是什么，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識。參與互動，積極思考：魔術(shù)師是怎么通過4張牌分別確定了第5張牌的花色和大小的？學(xué)習(xí)知識的目的就是要運用知識解決我們身邊的問題，通過“猜牌魔術(shù)”這一涉及數(shù)學(xué)以及編程的項目問題可以激發(fā)學(xué)生對編制計算機程序解決生活中數(shù)學(xué)問題的好奇心以及求知欲，產(chǎn)生情感共鳴。圖2充當(dāng)魔術(shù)師的計算機程序分析項目問題1提問：魔術(shù)師是怎么通過4張牌分別確定了第5張牌的花色和大小的？確定花色：根據(jù)鴿巢原理（抽屜原理），這5張牌中有兩張以上的牌是同種花色。那么助手就可以選擇這種花色，將其中一張給我，另一張放到四張牌的最上邊。這樣魔術(shù)師只需要通過最上面那張牌的花色就知道我手上的牌的花色了。確定大小：剩下三張可以排列出6種不同的大小順序，我們給每一種順序定義一個數(shù)值：小中大=1，小大中=2，中小大=3，中大小=4，大小中=5，大中小=6。這樣魔術(shù)師就可以任意擁有1-6這6個數(shù)字其中一個，記為i；最上面的那張牌的數(shù)值為j，需要確定的牌值為x。教師充當(dāng)魔術(shù)師，邀請學(xué)生充當(dāng)助手，現(xiàn)場再次展示這一魔術(shù)，發(fā)現(xiàn)問題。繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考這個魔術(shù)還有哪些奧秘，包括當(dāng)x-j<=6時以及當(dāng)x-j>6時的操作方式，教師充當(dāng)助手，邀請學(xué)生充當(dāng)魔術(shù)師以及觀眾，最終理解魔術(shù)的奧秘。4.引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用計算機實現(xiàn)問題的求解，總結(jié)了解人工與計算機解決問題的過程。參與互動，揭秘魔術(shù)：魔術(shù)師是怎么通過4張牌分別確定了第5張牌的花色和大小的？并積極思考計算機是如何實現(xiàn)對問題的求解的。引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成分析問題的良好習(xí)慣，找到解決問題的關(guān)鍵，思考如何利用計算機實現(xiàn)問題的求解，也有利于對計算機解決問題整個過程的理解。明確項目要求借用完整的項目范例完整展示整個項目學(xué)習(xí)，要求在《項目學(xué)習(xí)活動記錄表》的引導(dǎo)下，了解人工與計算機解決問題的過程，探究計算機解決問題的算法，進而了解實現(xiàn)算法的程序設(shè)計語言，運用程序控制結(jié)構(gòu)編寫相關(guān)游戲或者撰寫利用數(shù)學(xué)知識編寫計算機程序解決相關(guān)問題的方案并進行項目匯報。明確項目目標(biāo)以及要求根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)將項目分解成不同的學(xué)習(xí)任務(wù)，以任務(wù)為單位設(shè)計相關(guān)的探究活動，最終涵蓋所有內(nèi)容及目標(biāo)，以項目范例以及《項目學(xué)習(xí)活動記錄表》的形式引導(dǎo)學(xué)生明確項目目標(biāo)以及要求，為后續(xù)項目主題的選擇以及項目問題的分析確定、項目的實施圖3項目要求1圖4項目要求2做鋪墊。開展項目選題提供選題，巡視輔導(dǎo)，并參與到小組的選題討論中，引導(dǎo)學(xué)生深入思考題目是否太大或者缺乏深度、可行性如何，同時給出有針對性的修改建議。圖5項目選題學(xué)生以3-6人組成一個小組，圍繞本章項目主題“利用數(shù)學(xué)知識編寫計算機程序解決問題”，根據(jù)感興趣的問題，小組頭腦風(fēng)暴后確定項目選題，以小組為單位，填寫《項目學(xué)習(xí)活動記錄表》“項目選題”欄目，例如例如“設(shè)計能夠根據(jù)四張牌的點數(shù)以及花色計算出第五張牌情況的游戲或方案”等。項目學(xué)習(xí)的過程需要教師與學(xué)生共同參與，其中學(xué)生需要通過組建小組開展合作來解決問題。進行項目規(guī)劃強調(diào)項目目標(biāo)及學(xué)習(xí)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生分析項目問題，指導(dǎo)小組完成項目規(guī)劃，組織開展方案交流。根據(jù)項目目標(biāo)及學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)生剖析需要解決的關(guān)鍵問題，規(guī)劃設(shè)計解決問題過程并合理分工，以細化成一系列可以實現(xiàn)的小任務(wù)，填寫《項目學(xué)習(xí)活動記錄表》“項目規(guī)劃”欄目。圖6項目規(guī)劃剖析需要解決的關(guān)鍵問題，規(guī)劃設(shè)計解決問題過程并合理分工以細化項目。實施自選項目活動1：引導(dǎo)學(xué)生觀察和分析課本中數(shù)學(xué)方程解的算法步驟，了解算法的概念，引導(dǎo)學(xué)生分組研究和交流三種常用算法描述方法，提供學(xué)習(xí)資源，并指導(dǎo)學(xué)生用流程圖描述出歐幾里得算法流程，引導(dǎo)學(xué)生完成相應(yīng)項目問題的算法設(shè)計和描述?；顒?：分析、學(xué)習(xí)算法概念及算法描述方法，探究用流程圖描述歐幾里得算法，小組討論完成項目問題的算法設(shè)計，并使用適合的方法將算法流程描述出來。同活動活動2：引導(dǎo)學(xué)生討論、網(wǎng)上檢索認識計算機程序，了解程序設(shè)計語言，提供學(xué)習(xí)資源和程序設(shè)計軟件，并指導(dǎo)學(xué)生運行程序設(shè)計軟件。活動3：引導(dǎo)學(xué)生對項目問題進行抽象與建模，對項目程序設(shè)計中的數(shù)據(jù)類型及需要的運算功能進行分析并確定，指導(dǎo)學(xué)生對程序進行基本的開發(fā)操作：打開、新建、保存、調(diào)試運行等，并提供相應(yīng)微課、課件供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，為本項目的程序設(shè)計做好準(zhǔn)備?；顒?：引導(dǎo)學(xué)生對項目問題進行分析，確定輸入輸出的方式，提供學(xué)習(xí)資源，并指導(dǎo)學(xué)生運用順序結(jié)構(gòu)的相關(guān)程序語句實現(xiàn)算法?；顒?：引導(dǎo)學(xué)生對項目問題進行分析，思考計算機是如何實現(xiàn)選擇和判斷的，提供學(xué)習(xí)資源，指導(dǎo)學(xué)生運用選擇結(jié)構(gòu)的相關(guān)程序語句實現(xiàn)算法?；顒?：引導(dǎo)學(xué)生對項目問題進行分析，提供學(xué)習(xí)資源，引導(dǎo)學(xué)生對項目問題的解決進行自動化算法的設(shè)計，指導(dǎo)學(xué)生運用循環(huán)結(jié)構(gòu)的相關(guān)程序語句實現(xiàn)算法?；顒舆^程中觀察各小組的進度,對小組進行個性化指導(dǎo)。時完成《項目學(xué)習(xí)活動記錄表》“算法的定義”、“算法的特征”欄目的填寫?；顒?：通過討論確定認識計算機程序的問題，通過學(xué)習(xí)和網(wǎng)上檢索了解什么是計算機程序，計算機程序設(shè)計語言的發(fā)展歷程，計算機語言的分類。運行計算機程序設(shè)計軟件，完成《項目學(xué)習(xí)活動記錄表》“認識計算機程序的問題列表及分工”、“三代計算機語言的優(yōu)勢與不足、“高級語言的編譯過程和解釋過程各有什么優(yōu)勢和不足”欄目的填寫?；顒?：通過學(xué)習(xí)，對小組項目問題進行抽象與建模，小組結(jié)合本組選題，分析和確定本組項目程序設(shè)計的數(shù)據(jù)類型及運算法則，填寫《項目學(xué)習(xí)活動記錄表》?；顒?：通過學(xué)習(xí)、交流、實踐，結(jié)合小組選題，分析問題并確定小組項目程序設(shè)計時輸入、輸出數(shù)據(jù)的算法，運用順序結(jié)構(gòu)設(shè)計游戲或者方案。圖7活動4活動5：通過學(xué)習(xí)、交流、實踐，結(jié)合小組選題，分析問題并確定小組項目程序設(shè)計時判斷和選擇的算法，運用選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計游戲或者方案。圖8活動5活動6：通過學(xué)習(xí)、交流、實踐，結(jié)合小組選題，分析問題并確定小組項目程序設(shè)計時循環(huán)的算法，運用循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計游戲或者方案。圖9活動6修正項目成果對小組項目實施情況進行檢查，引導(dǎo)學(xué)生多樣化解決問題，啟發(fā)學(xué)生進一步改進。各小組參照項目范例的樣式，運用數(shù)字化學(xué)習(xí)工具，如騰訊文檔、演示文稿等，歸納所學(xué)知識，梳理探究活動的成果，設(shè)計游戲或者撰寫相應(yīng)的項目成果報告并改進。圖10項目修正項目學(xué)習(xí)的一大特點就是生成性，隨著項目的推進，項目方案會根據(jù)探究實踐實際不斷修正，優(yōu)化迭代。匯報評價成果1依次組織學(xué)生匯報，開展小組自評互評，同時實施教師評價，最后教師對整個項目進行點評，將知識點串起來，梳理整章的脈絡(luò)架構(gòu)。2評價得分90～100分為優(yōu)秀（A）；75～89分為良好（B）；60～74分為中等（C）；60分以下為仍需努力（D）。分享項目學(xué)習(xí)的成果。接受其他小組的提問并作出回答。學(xué)生通過項目學(xué)習(xí)完整地經(jīng)歷了問題解決的全過程，如何進行合理的評價是最后一個挑戰(zhàn)。結(jié)合“問卷星”開展評價的主要目的是為了促進學(xué)生的學(xué)習(xí)及后續(xù)教學(xué)的開展，以及提升學(xué)生3綜合得分=互評×30%+自評×30%+教師評×40%。的自我反思能力。

指向計算思維發(fā)展的信息化教學(xué)創(chuàng)新與重構(gòu)——《算法基礎(chǔ)與程序設(shè)計》大單元項目的教學(xué)實踐陳智敏（中山紀(jì)念中學(xué)，廣東中山528454）【摘要】計算思維的培養(yǎng)具有進階性，基于計算思維的項目學(xué)習(xí)中，循序漸進的探究活動能夠幫助學(xué)生更好地將計算思維更好地內(nèi)化為不同階層的思維水平。研究以大單元《算法基礎(chǔ)與程序設(shè)計》項目實踐為例，以學(xué)生為主體，依托中山紀(jì)念中學(xué)在線課堂，以環(huán)環(huán)相扣的項目學(xué)習(xí)活動為途徑，開展自主、協(xié)作、探究學(xué)習(xí)，創(chuàng)新以及重構(gòu)信息化教學(xué)，通過分析項目問題培養(yǎng)問題意識，讓學(xué)生在探究中體驗計算機解決問題的過程，理解算法的概念與特征，幫助學(xué)生運用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê腿N基本控制結(jié)構(gòu)合理表示算法，通過設(shè)計解決算法培養(yǎng)計算思維，了解Python程序設(shè)計語言的基本知識，掌握程序的順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)以及在解決實際問題中的應(yīng)用，讓學(xué)生規(guī)劃制作作品培養(yǎng)工程思維，并鼓勵嘗試創(chuàng)新提升創(chuàng)新能力，開展表現(xiàn)評估提升反思能力，最終有效落實計算思維的培養(yǎng)?！娟P(guān)鍵詞】高中信息技術(shù)；計算思維；大單元項目學(xué)習(xí)；信息化教學(xué)創(chuàng)新；信息化教學(xué)重構(gòu)開展計算思維教育的最好載體就是計算機教育，其中程序設(shè)計是作品創(chuàng)作的過程，能夠體現(xiàn)計算機學(xué)科思想與方法的應(yīng)用。[1]而一節(jié)課跟一個單元都可以培養(yǎng)計算思維，但是所培養(yǎng)的計算思維發(fā)展結(jié)果的不同恰恰說明了計算思維的層次性和進階性，基于計算思維的項目學(xué)習(xí)中循序漸進的探究活動能夠更好地幫助學(xué)生將計算思維更好地內(nèi)化為不同階層的思維水平[2]。這與高中信息技術(shù)新課改的理念不謀而合，《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確指出課程的實施需教師更多地去滲透項目學(xué)習(xí)，以促進知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展的三效合一[3][4]，因此，如何將算法與程序設(shè)計教學(xué)與項目學(xué)習(xí)有效融合，培養(yǎng)學(xué)生計算思維，非常值得探索。本研究以粵教版（2019）普通高中信息技術(shù)必修1《數(shù)據(jù)與計算》大單元《算法基礎(chǔ)與程序設(shè)計》的項目教學(xué)實踐為例，以學(xué)生為主體重構(gòu)教學(xué)，以環(huán)環(huán)相扣的項目學(xué)習(xí)活動為途徑，開展自主、協(xié)作、探究學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體驗計算機解決問題的過程，理解算法的概念與特征，能夠運用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê腿N基本控制結(jié)構(gòu)合理表示算法，了解Python程序設(shè)計語言的基本知識，掌握程序的順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)以及在解決實際問題中的應(yīng)用，經(jīng)歷整個過程，使得知識的學(xué)習(xí)效能最大化，有效落實計算思維的培養(yǎng)。整個項目根據(jù)計算機解決問題的過程分為8個課時，第1課時了解項目背景及要求，并組建小組、選擇項目主題與規(guī)劃；第2-6課時為項目實施與修正；7-8課時為項目成果交流與評價，整個過程始終幫助學(xué)生完成對“抽象”以及“自動化”的深度理解以及靈活應(yīng)用。項目依托中山紀(jì)念中學(xué)在線課堂（基于claroline平臺開發(fā)）開展，方便教師在教學(xué)中實現(xiàn)對教學(xué)資源的管理，促進了該項目過程的知識統(tǒng)整，為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)與交流的平臺，并幫助教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)進程進行跟蹤并提供針對性的、個性化的輔導(dǎo)策略。圖1依托中山紀(jì)念中學(xué)在線課堂開展項目教學(xué)一、引入項目背景學(xué)習(xí)知識的目的就是要運用知識解決我們身邊的問題，通過創(chuàng)設(shè)與學(xué)科重要知識、任務(wù)緊密結(jié)合的情境，使得學(xué)科知識有豐富的附著點，也可以讓學(xué)科教學(xué)具有更加深刻的意義。項目學(xué)習(xí)強調(diào)真實情境的設(shè)置，要求教師設(shè)計出適合學(xué)生探究并且可探究的項目主題，引發(fā)學(xué)生的情感共鳴以確保學(xué)習(xí)能夠順利開展，如果主題設(shè)置得不合理，過于簡單或者難以完成，均會導(dǎo)致學(xué)生積極性不足[5][6]。通過“猜牌魔術(shù)”這一涉及數(shù)學(xué)以及編程的項目問題可以激發(fā)學(xué)生對編制計算機程序解決生活中數(shù)學(xué)問題的好奇心以及求知欲：“老師曾經(jīng)遇到了一位魔術(shù)師，他帶著一名助手向我變了一個魔術(shù)：他帶了一副撲克牌，沒有大小王，可以確保這副牌絕對沒有動過手腳。老師洗牌后隨意抽5張牌，并將這5張牌交給他的助手，他的助手將其中四張給了魔術(shù)師，另一張給了老師。魔術(shù)師看了那4張牌后，便說出了我手上那張牌的花色和大小。整個過程魔術(shù)師都沒有碰到牌，并且整個過程魔術(shù)師和助手都沒有任何眼神交流，但我發(fā)現(xiàn)助手在把另外四張牌給魔術(shù)師之前對它們交換了一下順序?！睂⑻崆霸O(shè)計好的計算機程序作為魔術(shù)師，而老師自己充當(dāng)助手，邀請一位同學(xué)作為觀眾，現(xiàn)場展示這一魔術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生思考這個魔術(shù)的奧秘究竟是什么，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識。二、分析項目問題魔術(shù)師是怎么通過4張牌分別確定了第5張牌的花色和大小的？引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成分析問題的良好習(xí)慣，并通過討論找到解決問題的關(guān)鍵：確定花色：根據(jù)鴿巢原理（抽屜原理），這5張牌中有兩張以上的牌是同種花色。助手選擇這種花色并將其中一張給觀眾，另一張放到四張牌的最上邊。這樣魔術(shù)師通過最上面那張牌的花色確定觀眾手上牌的花色；確定大?。菏Ｏ氯龔埧梢耘帕谐?種不同的大小順序，給每一種順序定義一個數(shù)值：小中大=1，小大中=2，中小大=3，中大小=4，大小中=5，大中小=6。這樣助手就可以任意擁有1-6這6個數(shù)字其中一個，記為i；最上面的那張牌的數(shù)值為j，需要確定的牌值為x，魔術(shù)師則利用i以及j的關(guān)系計算x。進而教師充當(dāng)魔術(shù)師，多次邀請學(xué)生充當(dāng)助手，現(xiàn)場再次展示這一魔術(shù)，發(fā)現(xiàn)問題，繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考這個魔術(shù)還有哪些奧秘，包括當(dāng)x-j<=6時以及當(dāng)x-j>6時的操作方式，同時思考如何利用計算機實現(xiàn)問題的求解，總結(jié)了解人工與計算機解決問題的過程，有利于對計算機解決問題整個過程的理解，也培養(yǎng)了學(xué)生分析問題的能力。三、明確項目要求教材要求項目幫助學(xué)生體驗計算機解決問題的過程，理解和概述算法的概念與特征，能夠運用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單算法；懂得描述程序設(shè)計語言產(chǎn)生與發(fā)展的過程，了解不同種類程序設(shè)計語言的特點；在理解了程序設(shè)計語言基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，掌握三種程序控制結(jié)構(gòu)，學(xué)會使用程序設(shè)計語言實現(xiàn)簡單算法，體驗程序設(shè)計的基本流程，掌握程序調(diào)試與運行的方法。根據(jù)項目目標(biāo)以及教學(xué)內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)對需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容進行整合，通過必要的精簡、調(diào)整、整理、統(tǒng)合、補充，將項目拆分成不同的學(xué)習(xí)任務(wù)，以有利于學(xué)生學(xué)科認知建構(gòu)和發(fā)展方式重新組織，以任務(wù)為單位設(shè)計相關(guān)的探究活動，便于學(xué)生模塊化進行逐步學(xué)習(xí)，有效地讓學(xué)生在一個較短的時間內(nèi)進行一個相對完整性的知識學(xué)習(xí)，最終涵蓋所有內(nèi)容及目標(biāo)。本環(huán)節(jié)以項目范例以及《項目學(xué)習(xí)活動記錄表》的形式引導(dǎo)學(xué)生明確項目目標(biāo)以及要求，為后續(xù)項目主題的選擇以及項目問題的分析確定、項目的實施做鋪墊，最終幫助學(xué)生在項目實施的過程中探究計算機解決問題的算法，進而了解實現(xiàn)算法的程序設(shè)計語言，運用程序控制結(jié)構(gòu)編寫相關(guān)游戲或者撰寫利用數(shù)學(xué)知識編寫計算機程序解決相關(guān)問題的方案并進行項目匯報。圖2第三章《算法基礎(chǔ)》教學(xué)內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)圖3第四章《程序設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)四、開展項目選題項目學(xué)習(xí)的過程需要教師與學(xué)生共同參與，只有通過讓學(xué)生逐步完成他們所感興趣的任務(wù)進而學(xué)習(xí)到的知識才是最有效率的，其中學(xué)生需要通過組建小組開展合作來解決問題，這是一種挑戰(zhàn)，決定了項目學(xué)習(xí)能否成功。學(xué)生以3-6人組成一個小組，圍繞本章項目主題“利用數(shù)學(xué)知識編寫計算機程序解決問題”，根據(jù)感興趣的問題，小組頭腦風(fēng)暴后確定項目選題，以小組為單位，填寫《項目學(xué)習(xí)活動記錄表》“項目選題”欄目。由于不習(xí)慣主動性學(xué)習(xí)，針對項目主題，學(xué)生往往不知道如何選題，或者選題太大，又或者缺乏深度。對此，教師往往需要提前根據(jù)學(xué)生的年齡特征及興趣等學(xué)情設(shè)置相關(guān)的備選題目，例如“設(shè)計能夠根據(jù)四張牌的點數(shù)以及花色計算出第五張牌情況的游戲或方案”、“設(shè)計能夠根據(jù)大小提示猜測100以內(nèi)數(shù)字的游戲或方案”等，同時引導(dǎo)學(xué)生了解項目可能涉及到的相關(guān)知識及技能，由學(xué)生結(jié)合自身的學(xué)習(xí)、生活，針對備選題目進行思考，最終通過小組討論選擇確定項目題目。此后，教師還需要針對各小組的選題進行審核，可以以提問的方式引導(dǎo)學(xué)生深入思考題目是否太大或者缺乏深度、可行性如何，同時給出有針對性的修改建議，幫助學(xué)生形成對信息的敏感度和信息價值的判斷力。五、規(guī)劃實施項目項目學(xué)習(xí)注重的不僅是最終的結(jié)果，也包括完成項目任務(wù)的全過程。教師強調(diào)項目目標(biāo)及學(xué)習(xí)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生剖析需要解決的關(guān)鍵問題，規(guī)劃設(shè)計解決問題過程并合理分工，以細化成一系列可以實現(xiàn)的小任務(wù)，具體實施包括自主學(xué)習(xí)以及小組協(xié)作。每個學(xué)生都有需要獨立完成自學(xué)的任務(wù)，例如Python程序設(shè)計語言的基本知識，以及掌握程序的順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)以及在解決實際問題中的應(yīng)用等；協(xié)作探究環(huán)節(jié)，小組圍繞項目交流探討，合理使用數(shù)字化工具及資源獲取處理信息查閱資料，獲取相關(guān)的知識與技能以有序完成整個項目[7]，體現(xiàn)正確的社會責(zé)任意識。知識的學(xué)習(xí)、理解、吸收以至融會貫通都需要逐步的活動引領(lǐng)，因此活動的引領(lǐng)及驅(qū)動對于引導(dǎo)學(xué)生進行逐步的探究非常重要，教師需要設(shè)置詳細的學(xué)習(xí)支架，將新知學(xué)習(xí)融合在項目的各項探究活動中，例如在特定階段通過在線課堂明確學(xué)生需要自學(xué)的內(nèi)容、方法、時間、需要解答的問題、自學(xué)結(jié)果的檢測，并針對性地進行講解，旨在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與獨立解決問題的能力，而在小組具體實施任務(wù)時，要進行過程檢查和監(jiān)督，防止個別小組掉隊。最終在設(shè)計解決算法以及規(guī)劃制作制品中分別培養(yǎng)學(xué)生的計算思維以及工程思維，同時形成相應(yīng)的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力，包括：能夠針對給定的任務(wù)進行需求分析，明確需要解決的關(guān)鍵問題；能提取問題的基本特征，進行抽象處理，并用形式化的方法表述問題；能運用基本算法設(shè)計解決問題的方案。表1《算法基礎(chǔ)與程序設(shè)計》項目的探究活動序號活動要求1分析、學(xué)習(xí)算法概念及算法描述方法，探究用流程圖描述歐幾里得算法，小組討論完成項目問題的算法設(shè)計，并使用適合的方法將算法流程描述出來。同時完成《項目學(xué)習(xí)活動記錄表》“算法的定義”、“算法的特征”欄目的填寫。2通過討論確定認識計算機程序的問題，通過學(xué)習(xí)和網(wǎng)上檢索了解什么是計算機程序，計算機程序設(shè)計語言的發(fā)展歷程，計算機語言的分類。運行計算機程序設(shè)計軟件，完成《項目學(xué)習(xí)活動記錄表》“認識計算機程序的問題列表及分工”、“三代計算機語言的優(yōu)勢與不足、“高級語言的編譯過程和解釋過程各有什么優(yōu)勢和不足”欄目的填寫。3通過學(xué)習(xí)，對小組項目問題進行抽象與建模，小組結(jié)合本組選題，分析和確定本組項目程序設(shè)計的數(shù)據(jù)類型及運算法則，填寫《項目學(xué)習(xí)活動記錄表》。4通過學(xué)習(xí)、交流、實踐，結(jié)合小組選題，分析問題并確定小組項目程序設(shè)計時輸入、輸出數(shù)據(jù)的算法，運用順序結(jié)構(gòu)設(shè)計游戲或者方案。5通過學(xué)習(xí)、交流、實踐，結(jié)合小組選題，分析問題并確定小組項目程序設(shè)計時判斷和選擇的算法，運用選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計游戲或者方案。6通過學(xué)習(xí)、交流、實踐，結(jié)合小組選題，分析問題并確定小組項目程序設(shè)計時循環(huán)的算法，運用循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計游戲或者方案。六、交流修正成果成果交流為學(xué)生搭建一個展示的平臺，學(xué)生在此過程中通過交流討論以及反思等，并參照項目范例的樣式，運用數(shù)字化學(xué)習(xí)工具，如騰訊文檔、演示文稿等，歸納所學(xué)知識，梳理探究活動的成果，設(shè)計游戲或者撰寫相應(yīng)的項目成果報告，展示對于整個項目的知識理解、思想感受、任務(wù)成果等，與全班同學(xué)共享創(chuàng)造與分享快樂。需要注意的是，項目學(xué)習(xí)的一大特點就是生成性，隨著項目的推進，項目方案會根據(jù)探究實踐實際不斷修正，優(yōu)化迭代[8]，根據(jù)反饋要求學(xué)生不斷完善項目方案，鼓勵嘗試創(chuàng)新，提升創(chuàng)新能力。同時教師可以將學(xué)生在項目學(xué)習(xí)過程中所產(chǎn)生的典型生成性資源，包括作品等，轉(zhuǎn)化為后續(xù)的學(xué)習(xí)資源。圖4提交項目學(xué)習(xí)成果七、開展項目評價學(xué)生通過項目學(xué)習(xí)完整地經(jīng)歷了問題解決的全過程，如何進行合理的評價是最后一個挑戰(zhàn)。結(jié)合“問卷星”開展評價的主要目的是為了促進學(xué)生的學(xué)習(xí)及后續(xù)教學(xué)的開展，以及提升學(xué)生的自我反思能力。由學(xué)生獨立完成的任務(wù)可以通過在線評測方式完成，小組協(xié)作的過程很難雖然去量化出每個小組每位成員的工作量，但是在針對項目成果開展總結(jié)性評價時，應(yīng)盡量結(jié)合小組成員的自評與互評，評價內(nèi)容更多地去關(guān)注小組對問題的實踐情況、小組成員的參與意識、小組成員的能力提升等，即采用總結(jié)性評價與過程性評價相結(jié)合的方式。最后教師對整個項目進行點評，將知識點串起來，梳理整章的脈絡(luò)架構(gòu)。表2《算法基礎(chǔ)與程序設(shè)計》項目活動評價表項目學(xué)習(xí)過程學(xué)科核心素養(yǎng)達成一級指標(biāo)二級指標(biāo)評價結(jié)果分數(shù)選定項目從現(xiàn)實世界中選擇明確的項目主題，形成對信息的敏感度和信息價值的判斷力。分析項目目標(biāo)與可行性。項目選題準(zhǔn)確把握項目學(xué)習(xí)的意義和目的；選題切合實際、符合科學(xué)；選題有應(yīng)用價值、創(chuàng)新價值；選題適宜解決、可行性高?！鮾?yōu)秀□良好□中等□仍需努力項目分析分析設(shè)計的目的以及方案的需求；準(zhǔn)確描述方案的功能?！鮾?yōu)秀□良好□中等□仍需努力規(guī)劃設(shè)計組建團隊與明確項目任務(wù)，體現(xiàn)正確的信息社會責(zé)任意識。規(guī)劃項目與交流方案。項目規(guī)劃組建團隊與明確項目的任務(wù)；規(guī)劃項目的學(xué)習(xí)工具與方法；預(yù)設(shè)項目的成果?！鮾?yōu)秀□良好□中等□仍需努力團隊合作圍繞項目進行自主、協(xié)作學(xué)習(xí)；合理使用數(shù)字化工具及資源獲取處理信息?！鮾?yōu)秀