计算思维在项目式学习中的养成

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  摘要:“计算思维”从陌生到熟识,再进入课堂,我从茫然无知向有点头绪转型,个人的计算思维过程不断明朗化,计算思维在各类教学中的尝试在逐渐展开。课堂中,当我教得大汗淋漓时,我就想把学习知识的思考过程教给学生。于是,立足项目式学习,我不断修改教案,体现思维的过程,践行一次“懒人革命”。
  关键词:PBL、真实情境、驱动问题、错误、建立、优化、迭代
  【中图分类号】 G642 【文献标识码】 A 【文章编号】2236-1879(2017)23-0010-02
  在教育的过程中重视学生的学习与探究,同时进行与真实社会链接的学习,这就是项目式学习的理念。根植于建构主义理论的项目式学习(Project based learning,简称PBL)是目前各学校教育争相探讨的一种有效的学习方式。我构思着:尝试让PBL落地课堂,以PBL理念指导课堂,期望学生的计算思维在PBL中快速滋长。
  一、链接真实情境。在建立中培养计算思维
  情境是学生在进行学习活动时所处的学习环境。从课程性质来看,学生身边处处是情境。而开展项目式学习时,学生需要真实情境,因为真实情境蕴含创造性与生命力,它能唤醒学生真实的学习。从真实的生活情境转变成有效的真实情境,这就是建立的过程。
  学习浙江省义务教育教科书信息技术七年级下《第七课奇妙的图层》时,学校大队部正在开展“目标树”的墙报评比活动。为了在活动中一展风采,七年级学生在信息技术课堂中热烈讨论着。他们想到:首先要做的事情是抽象,把目标树的形状、个人照片的张贴等提炼出来;目标树的形状讨论确定后,可由班级统一购置。再提炼出个人照片的呈现形式,呈现形式需要学生在课堂学习使用Photoshop设计并完成打印。应目标树的张贴需求,个人照片的呈现形式各不相同。如:简洁的爱心树上,个人照片躲藏在爱心之中;招展的橡树上,个人照片制作在不同相框中悬挂等。这是建模的过程,输出的是学生照片呈现的样式。而构造的过程正是认识图层的过程:相框图层放置在照片图层之上;文字图层在相框图层之上。构造完成后,学生进行自动化操作:先打开相框文件,复制自己的照片到相框文件中,再使用“图层”面板调整相框与照片的图层顺序,最后添加励志文字的图层。
  课堂中,学生起初还羞答答地展示着照片,但处理照片的过程中使的是前所未有的认真劲。搜罗自己的课堂,这类真实情境在课堂真当不少,建立的过程十分热闹,建立的结果可操作性强,学生成就感爆棚。八年级教学中也有典型事件,有同学想以“家门口的河”为主题制作环保网站。起初,他们想用河流的图片、整治河道的举措文字记录河的变化等。但这些内容变更速度慢,几星期还是老样子。建立情境时,一学生忽然想到:大婶大叔在河流中清洗物在变化。从拖把到被单、青菜等清洗物的变化太明显了,课堂顿时沸腾起来。这些学习情境来自于学生的真实世界,连接真实世界与学科世界的过程就是学生建立有效学习情境的过程,它是一个逐渐建立的过程,展现的是学生计算思维的过程。在其中,学生常需抽象出关键要素,输出表达形式,再完成构造,达成自动化计算,学生的计算思维就这样被养成了。
  二、巧设驱动问题。在优化中培养计算思维
  富有挑战性的驱动问题,能唤醒学生探究的欲望;而计算思维就是一种解决问题的思维,驱动问题就成了项目式学习中培养计算思维时不可或缺的元素。从驱动问题产生学习的子问题的过程,它使培养计算思维的成效更见放大。
  学习浙江省义务教育教科书信息技术七年级上《第十三课公式与函数》时,我充分体验了优化过程的价值。
  教学片段:
  1.复杂事件:我的健康。成长需要科学的饮食与合理的运动助力,一日三餐需要多样性,运动促进我们生长。根据身高体重计算BMI指数,了解自己和他人的成长情况;计算一日食物摄人的热量与运动消耗的热量,解密成长状况的生成原因。
  2.分离关注点:关注点1:BMP指数,判别是否胖瘦。
  关注点2:一日食物的卡路里的获取和运动消耗的能量,判断BMI指数的生成原因。
  教学片段优化:
  1.复杂事件:“我”的健康。驱动问题:如何评测出“我”的健康状况?
  问题描述:
  成长需要科学的饮食与合理的运动助力,一日三餐需要多样性,运动促進我们生长。在sheet1中,观察各列数据问的关系,计算BMI值,判断健康状况。在sheet2中,计算能量差,分析健康状况。
  2.分离子问题:
  子问题1:如何通过“体重”与“身高”值计算出健康值?
  子问题2:如何通过日常“饮食”与“运动”量分析出健康状况?
  无驱动问题的课堂中,学生使用分离关注点的方法直接分离“我”的健康中的关注点,他们得到的是对事物类生吞活剥式的体验。而加入驱动问题的课堂中,“你健康吗?”的开场白问题,一下子就抓住了学生的吸引力。“如何评测出‘我’的健康状况?”,直接引发了学生在课堂中的抢答。此驱动问题源自事件:“‘我’的健康”的定位,此事件贴近每位学生,事件具备真实性,能轻易唤醒学生探究的兴趣,但它的探究具有挑战性。分析工作表中的数据和问题描述,从书面语言到自己语言的表达,几经优化,学生探讨出图1所示的子问题。
  由自己的体重、身高计算健康值;饮食与运动分析健康状况,学生为自己而学习,思维敏捷,干劲十足。学生在课堂中的表达欲望与能力,我明显看出优化过程的重要性。有了驱动问题,学生的计算思维之门被打开,提炼问题的思路越来越流畅,学生的计算思维在优化子问题时还不断得到刺激。
  三、重视学习错误。在迭代中培养计算思维
  波普尔从试错理论出发,提出了一个著名的口号:从错误中出发。学生都会犯错,学生真实的学习存在着各种各样的错误。项目式学习允许学生犯错误,也允许学生改正错误,在试错渐进的迭代过程中培养学生的计算思维。
  学习浙江省义务教育教科书信息技术七年级上《第十七课制作数据图表》时,适逢双十一期间。学生对双十一的关注远超我的意料,他们迫切想了解:“2017年的双十一销售额是多少?”、“双十一产生了多少要被废弃的塑料袋?”等问题。搜索因特网,学生抽象出如图2所示的数据。他们想使用图表制作:按年份变化的销售额。学习课本内容,他们构造出制作图表的步骤,并完成了图3所示的图表。很明显,图表未实现学生心中所想,错误集中在水平轴和绘图区。我很清楚:导致此错误的源头在于抽象过程或构造过程,选择修改俩过程中的某一个点,即可输出正确结果。同桌合作,分别入手,有同学最先在构造过程尝试出:“选择数据源”对话框中,添加“水平(分类)轴标签”的数据,可形成图4所示的图表;继续修改“选择数据源”对话框中的“图例项(系列)”,可形成图5所示的图表。学生的错误在构造中不断地被修改,这就是迭代的过程,留给学生十分深刻的印像。经我的提醒,修改年份列数据类型为文本也可完成图5所示的图表,学生都恍然大悟:抽象数据时,需要区分数据类型。
  从错误图表改正到正确图表的过程,就是计算思维迭代的过程,它一次次地启动着学生抽象>表达>构造>自动化计算的车轮,学生的计算思维在一次次迭代瞬间被碰撞,学生对辛苦研究而成的正确而记忆深刻。
  计算思维是学生俯身与计算机交流的入口,它是一种可以培养的思维。课堂中落地项目式学习,无论是真实情境的建立,还是驱动问题优化出子问题,或由错误迭代出正确的结果,都是课堂重要的组成部分,都依托学生计算思维才能创造出精彩的生命力。在这些过程中,学生学得那么主动,那么开心,学科专业素养在快乐中得到提升。但我的项目式学习中还需要加入小组合作,让计算思维被碰撞得更剧烈。
  参考文献
  [1]王荣良:《计算思维教育实施过程中的冷思考》,《中国信息技术教育》,2017(18):21-25。
  [2]胡明明:《我们终将改变潮水的方向——一份“项目式学习”落地中国的解决方案》,新校长传媒,2017-10-13。
  [3]《风靡全球的项目式学习到底是什么?》,新奇点,2016-12-23。
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