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基于计算思维培养的程序设计大单元教学案例研究李婷婷（山东省淄博市淄川中学山东淄博255100）摘要：计算思维是 普通高中信息技术课程标准（2017 年版 2020 年修订）（以下简称新课标）提出的信息技术学科核心素养之一，是程序设计教学中最关键的核心素养。本文分析了基于计算思维培养的大单元教学研究的必要性，对计算思维和大单元教学进行了解读，并以高中信息技术程序设计教学为内容，以“人生中的自我管理”为单元案例，针对计算思维的培养进行了大单元教学实施研究，并提出了一条可行路径。关键词：计算思维;程序设计;大单元教学;信息技术中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：（2023)01-0049-03信息技术学科教学要结合信息技术发展的前沿知识和信息技术教育的发展趋势，采用有效的教学方法，引导学生在真实情境中开展丰富多样的信息技术实践活动，发展学生的核心素养。这就要求信息技术教师不断探索创新教学方法，有效落实学生核心素养的培养。1问题的提出程序设计是高中信息技术学科的必修内容，对应着“算法”这一学科大概念，更是着重体现“计算思维”这一核心素养。高中阶段的信息技术程序设计教学，最终目标不是教会学生编程，而是让学生学会用计算思维去思考问题、解决问题，这才是学生适应信息社会的必备技能和关键品格1。新课标特别强调计算思维这一核心素养的落实。课程基本理念中提出，要形成以学生学习为中心的教与学关系，在问题解决过程中提升学生的信息素养，鼓励学生在不同的问题情境中，运用计算思维形成解决问题的方案。而在我们的传统程序设计教学中，学生对于核心知识的把握基本处于浅层认知，没有真正掌握学科方法和思维，当遇到实际问题时往往没有能力去解决。本文尝试从高中信息技术教学中“程序设计”这一重点内容进行大单元教学研究，以期将学生从浅层知识点的学习转到对知识体系化的深度学习中，实现对学生计算思维这一核心素养的加强。2概念界定2.1 计算思维新课标对计算思维的定义：个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。通过培养计算思维，学生在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、建立结构模型，找到解决问题的算法并形成解决问题的方案，而且能把计算机解决问题的方法和过程自动迁移到与之相关的其他问题解决中。计算思维是一种应用于问题解决的有效思维方式，它具备“形式化、模型化、自动化和系统化”这几个关键特征。计算思维的价值体现在，一旦具备了这种思维方式，学生就形成了一种系统地解决问题的模式化、自动化的步骤。而计算思维的应用不止是形成使用计算机这样的自动化工具去解决问题的方案，也包括形成日常各种问题的解决方案。2.2 大单元教学大单元教学是以学科课程标准为依据，聚焦核心素养的培养，以单元为单位，对教学内容进行统筹设计，实施具有明确主题(话题、专题或问题)并包含目标、任务、情境、活动、评价等要素的教学活动。本文研究的基于计算思维培养的大单元教学则是依据新课标的要求，结合计算思维及其所对应的学科大概念与核心知识来开发教学内容、组织教学行为的单元教学活动。在教师创设的真实活动情境中，学生以合作、协商的方式积极参与、完成单元下的具体项目，在解决问作者简介院李婷婷（1980），女，汉族，山东淄博人，本科，淄博市淄川中学高中信息技术教师，研究方向：高中信息技术教学方法研究。中学教育探讨49-题的过程中提升计算思维。这一过程中，学生的学习行为从被动接受转为主动探究，从对知识的浅层认知变为形成知识体系的深度学习。3基于计算思维培养的程序设计大单元教学案例本文选取了教育科学出版社信息技术必修 1 数据与计算 中“编程计算”模块进行了大单元教学设计。3.1 教学内容程序设计是高中课程改革的重要组成部分，Python编程贯穿了高中信息技术必修教材的始终。本单元的内容包括计算机解决问题的过程、程序设计基础知识、算法描述、算法的三种基本结构及应用等。程序设计是一个知识体系，需要学生由浅入深、循序渐进，将编程解决问题的过程内化为计算思维，才能灵活运用去解决实际问题。3.2 设计思路本案例以大单元为主线，在大单元中设计具体项目和活动。学生通过项目、活动等载体开展学习活动，在问题的驱动下进行主动的探究学习，发现问题、分析问题、解决问题，自主搭建知识体系，进而内化为计算思维。基于计算思维培养的大单元教学可以按照“确定单元主题和单元目标确定项目及目标组织单元学习活动进行学习评价”的模式进行。3.3 案例实施3.3.1 确定单元主题和单元目标单元学习主题是指用来激发学生学习兴趣的题目、问题或思想等。教师可根据新课标的要求，在深入理解学科大概念和核心知识的基础上，结合学生学情等要素来确定单元主题。新课标中，程序设计部分对于培养计算思维的要求是“掌握一种程序设计语言的基本知识，使用程序设计语言实现简单算法，解决实际问题”。针对Python 程序设计这一教学内容，基于计算思维的培养，从身体健康管理、理财管理、人生精彩值管理等方面，结合学生生活习惯、意志培养等角度，确定本单元的主题：人生中的自我管理。单元学习目标要以新课标为依据，根据教学内容和教学内容所承载的信息技术学科核心素养、学科思想和方法等进行确定。本单元主要内容是 python 语言程序设计，重在引导学生掌握算法、程序等学科核心知识，发展计算思维，进而形成运用计算思维解决问题的关键能力。所以，案例单元的学习目标确定为：（1）了解计算机解决问题的过程；（2）掌握算法的描述方法；（3）学会顺序结构、分支结构、循环结构的使用方法并能运用三种结构解决实际问题；（4）单元学习过程中，能够与小组成员合作、协商、讨论并分享成果。3.3.2 确定项目及目标大单元中，学生进行的是一个完成整体任务、解决大问题、实现大目标的过程。计算思维是一种模型化、自动化的思维方式，大单元中设计逐层递进、内容关联、知识关联的具体项目有利于学生计算思维循序渐进式发展。本案例中，确定单元主题和目标之后，设计模式化的编程解决问题的过程，体现基于计算思维培养的学习过程。“人生中的自我管理”单元下每个项目（见表 1）都通过“分析问题（抽象与建模）设计算法编写程序调试运行”这样的模式来实现，将计算机解决问题的过程逐步内化为自动化的计算思维。而各项目目标（见表 1）紧扣单元目标、紧贴核心知识，都指向计算思维的培养。3.3.3 组织单元学习活动单元学习活动是学生在教师的引导、指导下，在不同情境中解决问题、获取知识、形成思维的过程2。在单元目标引领下，把知识情境分解为单元下的连贯、递进的项目，再根据各个项目目标设计学习活动。进行单元活动设计时要遵循综合性、整体性、渐进性等原则。学生是活动主体，通过观察、思考、讨论、交流、体验、实践、展示等方式，沉浸式地投入学习活动。教师在活动中为学生提供符合“最近发展区”、形式丰富的学习资源，引导学生按线索完成各项目活动。本案例中，大单元教学分解为四个项目，每个项目下各有数个活动。如项目 1 中的三个学习活动为知识线索上逐层递进的活动，从活动 1 中最基本的顺序结构进阶到活动 2 中增加了输入语句、数据类型知识点的顺序结构，再进阶到分性别计算的新知识点分支结构。学生在教师指导、问题引导、学习材料支持下，通过思考、交流、讨论、实践等形式完成学习活动并展示活动成果。（见表 1）3.3.4 进行学习评价教学中要实现教、学、评的统一，评价是保障计算思维有效落实的重要环节，可以促进学生计算思维的发第一卷Research on Educational Methods教 育 方 法 研 究50-表 1大单元教学项目安排项目项目 1院身体健康管理渊3 课时冤项目 2院理财管理渊3 课时冤项目 3院人生精彩值管理渊1 课时冤项目 4院自我管理学习成果渊1 课时冤项目目标1.了解计算机解决问题的过程并体验思维方法遥2.了解算法的描述方法袁会使用流程图描述算法遥3.掌握顺序结构的格式和使用方法遥4.掌握分支结构的格式和使用方法遥5.能够使用顺序结构尧分支结构编程解决问题遥1.通过计算存款收益袁掌握计数循环的基本结构和使用方法遥2.通过计算理财收益袁掌握条件循环的基本格式和使用方法遥3.能够使用循环解决实际问题遥1.通过活动 1袁计算一年后的精彩值袁巩固掌握计数循环的使用方法遥2.通过活动 2袁巩固掌握条件循环的使用方法遥3.能够使用循环解决实际问题并思考问题的多样化解决遥形成单元学习成果报告遥学习内容程序设计的基本知识院 常量尧变量袁 运算符尧表达式袁输入输出语句袁 数据类型曰顺序结构和分支结构曰程序设计基本过程遥程序设计的基本过程曰掌握列表的功能和常用操作曰计数循环和条件循环的使用和区别遥程序设计的基本过程曰计数循环和条件循环的使用和区别曰死循环的出现和解决遥撰写单元学习成果报告遥学习活动活动 1院计算特定对象的最适宜运动心率遥活动 2院计算任意对象的最适宜运动心率遥活动 3院按性别计算任意对象的最适宜运动心率遥活动 1院计算 5 年的存款收益遥活动 2院计算理财产品的收益遥活动 3院计算支出年限遥活动1院一年后的我有多精彩遥活动 2院这么精彩我需要奋斗多久遥活动 3院不进则退有多容易遥撰写单元学习成果报告袁完成学习评价表遥设计意图通过计算机解决问题的过程野分析问题要要要设 计 算 法要要要编 写 程序要要要调试运行冶 来一步步完成活动遥发展学生利用信息工具解决问题的意识袁培养学生建立模型尧描述算法的能力袁三个活动步步深入袁让学生逐步感受计算思维并内化遥进一步熟悉计算机解决问题的过程袁通过循环的方式描述问题计算求解的关键步骤袁指向模型化思维的培养遥 通过三个递进活动袁了解计数循环和条件循环的不同应用袁并渗透存和取的价值观培养遥通过活动 1尧2 分别来巩固计数循环和条件循环结构遥继续通过计算机解决问题的过程来内化计算思维遥通过三个活动袁让学生感受每天进步一点点和每天退步一点点的天壤之别袁计算激发学生的习惯尧意志培养遥通过学习成果报告的撰写袁梳理单元知识袁回顾思维过程遥通过评价袁明确问题计算求解是否达成袁是否能将方法迁移袁再一次助力计算思维的发展遥展3。大单元教学是一种指向问题解决的教学，问题解决是一种过程性的学习，因此，基于计算思维的学习评价要从目标出发，关注计算思维在学习活动各阶段的表现，加强对真实情境中计算思维的表现性评价。即要注重评价的过程性和持续性，可进行单元教学前的学情评价、单元教学中的过程评价及单元教学后的总结评价。另外，要注重评价内容的多元性。基于计算思维培养的大单元教学除了评价学生的知识掌握、操作技能、思维参与过程、项目或单元活动成果等，更要有对于计算思维学习效果的评价。教师可以将算法这一大概念、计算思维这一核心素养目标转换为可见的评价内容，落实到个项目活动中。如本单元案例中，针对计算思维，教师在各个项目中都设计了对于“分析问题设计算法编写程序调试运行”这一计算机解决问题的过程掌握的评价，即把计算思维外化为具体的评价内容。4结语大单元教学为学生创设了真实、有效的问题情境，能形成有效的学习驱动，引导、激励学生去探索，为学生计算思维的发展提供了真实的探索机会。基于计算思维培养的“人生中的自我管理”程序设计大单元教学中，通过“确定单元主题和单元目标确定项目及目标组织单元学习活动进行学习评价”的模式开展教学，体现了以学生为中心的教与学关系，将学生从被动接受变为主动探索，从对照答案来操作变为根据问题寻找解决方案，从浅层知识点的学习转为对知识的体系化的深度学习。在项目活动过程中，以学科大概念为依托，以核心知识和各个知识点为线索，链接起各个项目。学生在项目情境问题的解决中重复、渐进、深入，不断习得解决问题所需要的学科方法和思想，建立问题模型，将问题模型转换为算法和程序等计算思维并逐步内化，进而落实计算思维能力的提高，实现了学科育人。参考文献：1 岳彦龙,张学军,梁屿藩.人工智能教学如何培养高中生的计算思维基于人工智能案例驱动的 Python编程教学的实证研究J.基础教育,2022(01):74-84.2 陈磊.“知识+情境+问题”下对培养学生科学思维的实施意见J.数理化学习(初中版),2021(12):47-50.3 杨金朋.面向计算思维培养的初中信息技术拓展课程学习活动设计与应用研究D.华东师范大学,2020.中学教育探讨51-