楊毅亮

摘要：基于學(xué)科大概念的項目式學(xué)習(xí)，能夠讓學(xué)生明晰知識網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，建立完整的知識結(jié)構(gòu)體系，使復(fù)雜的知識得到融會貫通。文章以大概念引領(lǐng)高中信息技術(shù)的內(nèi)容加工，以“石頭剪刀布”為創(chuàng)新內(nèi)容進(jìn)行探析，提出首先應(yīng)明確項目的主題、情境及規(guī)劃，其次了解項目要求、目標(biāo)及作用，最后進(jìn)行項目設(shè)計、操作及優(yōu)化，真正提升高中生的編程能力、實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力，真正讓基于學(xué)科大概念的項目式學(xué)習(xí)落地生根。

關(guān)鍵詞：高中信息技術(shù)；學(xué)科大概念；項目式學(xué)習(xí)

項目式學(xué)習(xí)以更具整合性的教學(xué)樣態(tài)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、自主探究。師生、小組內(nèi)外協(xié)作交流，學(xué)生大部分知識的獲得和技能的掌握都在探究活動實(shí)施過程中完成。就高中信息技術(shù)教學(xué)而言，學(xué)生在參與項目式學(xué)習(xí)過程中，學(xué)會如何思考問題、對問題如何一步一步地分解，形成編程思維；學(xué)會團(tuán)體合作、信息和知識的分享、交流以及討論；學(xué)會使用思維導(dǎo)圖和“頭腦風(fēng)暴”去解決主題涉及的相關(guān)問題，才能讓學(xué)科核心素養(yǎng)落地生根。

基于學(xué)科大概念的項目式學(xué)習(xí)，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化、體系化，能夠幫助學(xué)生建立具體知識和學(xué)科大概念之間的關(guān)聯(lián)與對接。高中信息技術(shù)學(xué)科包括數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)與信息社會四個學(xué)科大概念[1]。厘清其中包含的“信息、知識與智慧”，能夠幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識間的本質(zhì)聯(lián)系，學(xué)生在解決真實(shí)情境下具有學(xué)科價值的項目問題的過程中，可以二次優(yōu)化和重構(gòu)知識結(jié)構(gòu)，明晰知識網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，建立完整的知識結(jié)構(gòu)體系，使復(fù)雜的知識得到融會貫通，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，促使學(xué)生成為合格的“數(shù)字公民”。

一、項目主題、情境及規(guī)劃

學(xué)科大概念視角下的項目式學(xué)習(xí)，可以將零散的、碎片化的知識結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化；能夠在項目的真實(shí)情境中對學(xué)科知識進(jìn)行遷移運(yùn)用，提高學(xué)生解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)對學(xué)科核心知識和內(nèi)容深度的理解，促使學(xué)生從低階思維提升到高階思維。項目式學(xué)習(xí)伊始，首先要確定項目的主題、情境，進(jìn)行必要的規(guī)劃。

（一）主題

強(qiáng)調(diào)學(xué)科大概念，就要以大概念引領(lǐng)進(jìn)行教材內(nèi)容加工?；浗贪嫫胀ǜ咧行畔⒓夹g(shù)必修一《數(shù)據(jù)與計算》第四章中的程序設(shè)計基礎(chǔ)為導(dǎo)向開發(fā)與設(shè)計本地化的項目實(shí)例，同樣可以進(jìn)行創(chuàng)新加工?！笆^剪刀布”游戲正是基于學(xué)科大概念而進(jìn)行項目式學(xué)習(xí)的創(chuàng)新內(nèi)容。這是因?yàn)橛螒蚴菍W(xué)生比較感興趣的話題，“石頭剪刀布”具有真實(shí)性、遷移性和自主性，能夠讓學(xué)生獲得個體意義的建構(gòu)。這種基于學(xué)生原有經(jīng)驗(yàn)、印象與理解而進(jìn)行新挑戰(zhàn)的遷移性，正是大概念學(xué)習(xí)的基本風(fēng)貌?；趯W(xué)科大概念開發(fā)一些小游戲，對學(xué)生而言既是對自己解決問題能力的一種挑戰(zhàn)，又是對自己已經(jīng)掌握的Python基礎(chǔ)的檢驗(yàn)。教師應(yīng)該引領(lǐng)學(xué)生應(yīng)用Python程序設(shè)計語言的基本知識解決“石頭剪刀布”游戲中涉及的問題，體驗(yàn)程序設(shè)計的基本流程，用Python程序設(shè)計語言實(shí)現(xiàn)該游戲，掌握程序調(diào)試與運(yùn)行的方法。

（二）情境

“石頭剪刀布”是學(xué)生非常熟悉的猜拳游戲，又稱“猜丁殼”。這個游戲的主要目的是為了解決爭議，三者相互制約，不論平局幾次，總會有勝負(fù)。游戲規(guī)則是石頭克剪刀，剪刀克布，布克石頭。利用Python程序設(shè)計語言來實(shí)現(xiàn)“石頭剪刀布”游戲，即玩家和電腦（人機(jī)）的對戰(zhàn)，以此為情境開展項目式學(xué)習(xí)，涉及的問題簡單，突破知識本位，學(xué)生容易接受和理解，能夠養(yǎng)成學(xué)科思維。

（三）規(guī)劃

正式的程序設(shè)計之前，教師應(yīng)引領(lǐng)學(xué)生根據(jù)主題規(guī)劃和梳理涉及的相關(guān)問題，相互討論交流，梳理問題，針對主題形成系統(tǒng)化的認(rèn)識，畫出思維導(dǎo)圖（見圖1）。

該項目是實(shí)現(xiàn)玩家和電腦之間的猜拳游戲，如果玩家出拳“石頭剪刀布”以文本的形式呈現(xiàn)，計算機(jī)無法識別和理解，更重要的是玩起來不方便。因此，將游戲問題的思維方式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，即用0表示石頭，1表示剪刀，2表示布，游戲功能不變；電腦出拳也以數(shù)字的形式展現(xiàn)，分兩步實(shí)施，第一步是先固定出拳（0、1、2），第二步是隨機(jī)產(chǎn)生一個0-2之間的整數(shù)來表示電腦出拳，以此引導(dǎo)學(xué)生利用計算機(jī)去解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，以及對問題轉(zhuǎn)化的思維方式。

二、項目要求、目標(biāo)及作用

（一）要求

通過高質(zhì)量的課件、微課以及Python3集成開發(fā)學(xué)習(xí)環(huán)境，應(yīng)用Python程序設(shè)計語言的基本知識解決“石頭剪刀布”游戲中涉及的問題，體驗(yàn)程序設(shè)計的基本流程，用Python程序設(shè)計語言實(shí)現(xiàn)該游戲，掌握程序調(diào)試與運(yùn)行的方法。

（二）目標(biāo)

1.項目目標(biāo)

（1）讓學(xué)生在掌握Python2程序設(shè)計語言基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)行問題的分析；

（2）理解并掌握三種程序控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，設(shè)計算法并學(xué)會使用Python程序設(shè)計語言實(shí)現(xiàn)編程；

（3）體驗(yàn)程序設(shè)計的基本流程，掌握程序調(diào)試與運(yùn)行的方法；

（4）將知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)與計算思維融入到Python解決問題的過程當(dāng)中，促進(jìn)該項目對應(yīng)課標(biāo)的學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)成，完成項目學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）能夠掌握input（）函數(shù)、print（）函數(shù)和int（）函數(shù)的基本用法；

（2）能夠掌握Python程序設(shè)計語言的雙分支if語句和多分支選擇結(jié)構(gòu)if…elif…else2語句的一般格式及使用方法；

（3）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)、循環(huán)嵌套、循環(huán)控制（break）等的一般格式及使用方法；

（4）理解并掌握import導(dǎo)入隨機(jī)數(shù)模塊random。

（三）作用

以學(xué)科大概念為“錨點(diǎn)”，創(chuàng)設(shè)項目情境，通過分析問題，設(shè)計解決問題的算法，編寫代碼實(shí)現(xiàn)算法，并在Python開發(fā)環(huán)境中調(diào)試運(yùn)行，較好地滲透了運(yùn)用程序設(shè)計的思想，能夠發(fā)展學(xué)生的計算思維。在此過程中，學(xué)生能夠較完整地體驗(yàn)計算機(jī)解決問題的過程，理解和概述算法的概念與特征，學(xué)會運(yùn)用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單的算法，懂得描述程序設(shè)計語言產(chǎn)生與發(fā)展的過程，了解不同類型程序設(shè)計語言的特點(diǎn)，掌握Python的基本操作和三大控制結(jié)構(gòu)以及輸入輸出函數(shù)的使用方法。

三、項目設(shè)計、操作及優(yōu)化

（一）問題探究，設(shè)計算法

教師應(yīng)引領(lǐng)學(xué)生通過查閱課本，掌握計算機(jī)解決問題的過程，包括分析問題、設(shè)計算法、編寫程序和調(diào)試運(yùn)行四個階段。這一過程重在引領(lǐng)學(xué)生回顧以往的知識，掌握計算機(jī)解決問題的流程，以及熟悉程序化的設(shè)計路徑。作為教師則重在開展合作、探究、互動教學(xué)的觀察和指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生分析該項目，梳理關(guān)鍵性的問題，理清問題線路[2]。

如第一步出拳，包括玩家出拳（手動輸入）與電腦出拳（先固定后隨機(jī)）兩個部分。教師可組織學(xué)生制作表格，幫助學(xué)生梳理如何判斷玩家獲勝、平局與電腦獲勝三種結(jié)果。

（二）編寫程序，實(shí)踐操作

理清問題線路之后，教師依據(jù)學(xué)科大概念，由“符合的知識”過渡到“方法的知識”，引導(dǎo)學(xué)生在Python開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)踐操作，對核心程序進(jìn)行編寫并調(diào)試運(yùn)行，讓學(xué)生深入理解如何解決項目涉及的問題，加深對主題的認(rèn)識，并編寫流程（見表1）。

上述活動既包括程序設(shè)計，又包括實(shí)踐操作———依托編程產(chǎn)生數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，由此，數(shù)據(jù)、算法與信息之間產(chǎn)生了橫向聯(lián)系。這樣的結(jié)構(gòu)化狀態(tài)基于學(xué)科大概念，通過項目式學(xué)習(xí)得以落實(shí)，能夠提升學(xué)生持久且可遷移的理解能力。

（三）優(yōu)化游戲，學(xué)以致用

學(xué)科大概念強(qiáng)調(diào)算法與程序之間的內(nèi)在聯(lián)系，重在矯正“編程是實(shí)現(xiàn)算法唯一方式”的錯誤認(rèn)識。基于此，一定的操作之后，教師可以提出項目游戲優(yōu)化思路，讓學(xué)生思考：從哪些角度去設(shè)計更具人性化和可操作性？如何改進(jìn)才是最好的？可以通過小組討論、思考交流，展示優(yōu)化方案及措施。

1.分組編寫程序

教師鼓勵學(xué)生按照規(guī)則繼續(xù)出拳，直到滿足規(guī)則為止。讓學(xué)生分組編寫程序，提出進(jìn)一步優(yōu)化的措施，從“玩家出拳”到“你出的拳不合法”，既融入了學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)，又依據(jù)實(shí)情進(jìn)行有意義的異同辨別，轉(zhuǎn)化成聚焦大概念的活動。

2.更改游戲規(guī)則

通過坡度與梯度設(shè)計進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)由淺到深的編程：每局玩十次，利用for循環(huán)來解決該問題。這一過程同樣分解為子任務(wù)，讓學(xué)生以更具整合性的樣態(tài)完成任務(wù)，實(shí)現(xiàn)項目式學(xué)習(xí)。學(xué)生若出現(xiàn)問題，教師不是急于告知答案，而是在分組討論、自主探究的基礎(chǔ)上進(jìn)行項目的整合。通過匯總各小組的討論結(jié)果，最終達(dá)成共識，其編寫程序如下（見表2）。

這個過程中，部分學(xué)生理解變量與常量，但對運(yùn)算符不太熟練，此時，教師應(yīng)綜合運(yùn)用編寫程序讓學(xué)生反復(fù)談?wù)?，并且進(jìn)行逆向思考，完成人機(jī)對話。學(xué)生還可能在理解賦值、輸入輸出和控制等功能方面出現(xiàn)一些錯誤，教師可以從程序邏輯方面引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建思維認(rèn)知地圖，通過必要的小組合作，通過子任務(wù)與總?cè)蝿?wù)的有效勾連，進(jìn)行必要的改進(jìn)，進(jìn)而將顯性知識與隱性知識整合起來，完成項目式學(xué)習(xí)。

3.進(jìn)行顯示優(yōu)化

對玩家和電腦出的拳進(jìn)行顯示優(yōu)化，既幫助學(xué)生進(jìn)行思維進(jìn)階，又能幫助學(xué)生真正地利用列表解決該問題。教師定義數(shù)據(jù)類型列表a=["石頭"，"剪刀"，"布"]，然后在每次游戲中顯示玩家和電腦各出的拳，一目了然，最后判定輸贏。玩滿一局十次后，讓玩家自主選擇退出游戲，還是繼續(xù)游戲進(jìn)行優(yōu)化。如選擇后者，可以進(jìn)一步編寫程序，并在實(shí)際操作后對本局游戲和最終游戲結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計。學(xué)生可能不會統(tǒng)計，此時，教師可以定義四個變量，分小組讓學(xué)生分別對“玩家獲贏”“平局”“電腦獲贏”以及玩的“局?jǐn)?shù)”進(jìn)行統(tǒng)計，玩家贏一次i+=1、平局一次j+=1、電腦贏一次 k+=1，完成滿一局l+=1。具體記錄符號如下：i=03#記錄玩家贏的次數(shù)，j=03#記錄平局的次數(shù)，k=03#記錄電腦贏的次數(shù)，l=03#記錄玩的局?jǐn)?shù)，e=03#記錄玩家贏的總次數(shù)，f=03#記錄平局的總次數(shù)，g=03#記錄電腦贏的總次數(shù)。

統(tǒng)計過程中，教師注意培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識，注重數(shù)據(jù)與信息的橫向演變，完成科學(xué)統(tǒng)計分析，做到去偽存真，為學(xué)科大概念的理解提供可靠數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，教師呈現(xiàn)項目式學(xué)習(xí)的結(jié)果，展示特別精彩或有創(chuàng)意的地方。其編寫程序如下（見表3）。

通過以上活動讓項目小組進(jìn)行思考、討論后，從“初識”到“深入”，從不同的角度設(shè)計出優(yōu)化的措施和方案，用Python實(shí)現(xiàn)其功能，并能根據(jù)優(yōu)化方案后的功能進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。仍然以小組自主測試為前提，最終指向項目完成。這樣的一個螺旋上升的過程，正是強(qiáng)化學(xué)科大概念的過程，也是落實(shí)項目式學(xué)習(xí)的過程，相當(dāng)一部分學(xué)生能夠用程序設(shè)計的思想解決學(xué)習(xí)和生活中的相關(guān)問題，拓展解決其它學(xué)習(xí)和生活中的相關(guān)問題，達(dá)到學(xué)以致用的效果。

總之，基于學(xué)科大概念，基于學(xué)科意識運(yùn)用“做中學(xué)、學(xué)中創(chuàng)、創(chuàng)中樂”的項目式學(xué)習(xí)策略[3]，能達(dá)到解決真實(shí)問題的目的?；趯W(xué)科大概念，高中信息技術(shù)學(xué)科的學(xué)習(xí)并非簡單的“拿來主義”，而需要綜合性的加工與創(chuàng)新。這樣的綜合性、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)方式通過項目式學(xué)習(xí)有效落地，體現(xiàn)了指向素養(yǎng)提升的育人價值，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生低階思維向高階思維的進(jìn)化，實(shí)現(xiàn)了由講授到建構(gòu)的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)了學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，發(fā)展了學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 金婧.以大概念引領(lǐng)高中信息技術(shù)教材的內(nèi)容加工[J].江蘇教育，2022（44）.

[2]譚珊珊，楊簡云，程慶雷.融合項目學(xué)習(xí)的混合式教學(xué)實(shí)踐：以《數(shù)據(jù)與計算》人工智能專題為例[J].中國信息技術(shù)教育，2022（3）.

[3] 李杰靜.以項目式學(xué)習(xí)模式構(gòu)建教科書的挑戰(zhàn)：淺談粵教版高中信息技術(shù)教科書的編寫[J].傳播力研究，2020（5）.

課題項目：甘肅省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度一般課題“基于學(xué)科大概念的項目式學(xué)習(xí)設(shè)計與應(yīng)用研究”（GS[2022]GHB1289）

見習(xí)編輯/張婷婷