李瑶
浙江大学 310058
【摘要】随着人工智能时代的来临，计算思维已成为中小学信息技术学科核心素养的重要组成部分，并得到越来越多的关注。本文从理解计算思维的核心概念入手，明确编程教学是促进计算思维的有效途径。教师以PBL教学模式为基础，引导学生以设计并开发博物馆学习App为主题，提出“明确主题-需求分析-规划设计-探究制作-分享评价”的具体步骤进行教学活动设计，实践证明，此模式能够有效提升初中生的计算思维，并在人文知识面、设计审美、团队协作力等方面也有积极影响，从而达到提升学生核心素养的作用。
【关键词】计算思维 项目式学习 App Inventor
一、引言
随着人工智能、大数据等新技术不断发展，信息技术课程改革也在不断深入，今年省中小学信息技术教材都做了全面的修订。新教材聚焦核心素养的培养，信息技术学科核心素养包括“信息意识”、“计算思维”、“数字化学习与创新”和“信息社会责任”。其中，计算思维作为21世纪必备的关键技能，是信息化社会中数字公民应具备的基本素养。计算思维的定义众说纷纭，2006年美国卡内基·梅隆大学周以真Wing（2006）首次提出“计算思维”的概念，2011年他更新了定义：“计算思维是涉及制定问题以及解决方案的思维过程。”这一说法，较为被认可。
教育的核心是教会学生发现值得解决的问题，并如何解决这些问题。计算思维就是利用信息技术理解和运用跨学科知识去解决真实的问题。本研究根据当前计算思维培养模式的不足，结合PBL教学模式的优势，基于PBL的计算思维培养具体步骤，设计以制作博物馆学习App的项目内容，培养学生的计算思维。
二、项目式学习的内含与特征
（一）项目式学习的含义
基于项目的学习是在一段时间内，团队共同解决一个复杂问题或完成一项综合性任务，学生经历全过程，通过亲身体验、深刻理解来获得核心素养的一种学习方式。项目学习有三个必要条件：1.基础知识的落实。学生需要已具备一定的相关基础知识，才能高效有意义地开展项目学习；2.真实并开放问题的设计。问题是学生实际要面对的，能够激发其兴趣与意愿，问题是劣构的，没有标准答案；3.工具与信息的获得，学生可以通过数字化网络化的工具进行信息资源的获取。项目学习的最终结果必须是能够产出“有形”的产品，例如实物产品或者调研报告的呈现。
（二）项目式学习的问题
1.将项目等同于任务。将项目理解为多个任务或者较复杂的任务。素材信息来源于教师或者网上直接复制粘贴，未经过迭代修改，最终呈现的成果简单，学生的成就感并不高。
2.忽视项目式学习的前期工作。例如忽略对选题的认真探讨，缺少对问题和受众的深入分析，只是为了做作品而做作品，无法针对特定受众对象的真实需求或问题，进行独特的创作，更别说有所创新了。
（三）项目式学习的环节
项目式学习五个基本环节依次是确定主题、需求分析、规划设计、探究制作、分享评价，如图1所示。
确定主题：主题，也就是要解决的问题方向可以是老师精心设计过的，也可以是学生结合自身遇到的问题而提出的。
需求分析：分为应用需求分析和创作需求分析。应用需求分析包括社会需求、用户情况和作品效益等；创作需求分析包括主题思想、作品内容和发布方式等。
规划设计：包括整体结构搭建和功能模块设计。结构搭建描述整个作品的组成部分、运行流程和主要界面；模块设计对各部分进行具体设计。
探究制作：利用前期准备的素材进行界面设计，添加逻辑设计，完善功能。后期在调试修改过程中，实现作品的迭代。
分享评价：分享展示作品，交流点评。应用多维评价，注重过程性表现。
三、基于PBL 模式的计算思维培养构建
（一）以问题识别为导向的主题确定
基于PBL教学模式的计算思维培养是以学生在“真实世界”可能遭遇的非良构的跨学科的问题为学习的起点，引起学生的学习兴趣，而学生的一切学习内容都是以问题为中心。因此，问题识别尤为重要，要让学生面对的问题变得具有解决的价值，让疑问变成创造过程的起点。
（二）以问题分解为导向的需求分析
像计算机一样思考问题，需要将一个大的项目问题分解为一个个子问题，再进一步分解一个个子问题，直到无需求再分解。然后分别取执行一个个最小单位的子问题。最后再按照问题划分的结构将各个小问题的结果组成成整个问题的结果。
（三）以抽象建模为导向的规划设计
抽象建模是培养计算思维过程中的重要一环，通常可以借以流程图作为“思维发声”的支架。流程图对于从问题情境中抽取的对象、指令、模式等通过流程框、输入输出框等加以表征，然后使用顺序、选择、循环等结构构建他们之间的关系，以此方式实现对项目整体的规划设计。
（四）以问题解决为导向的探究制作
在运用计算思维开展探究的过程中，学生要查阅相关资料，思考已经掌握的相关问题的信息进行自主学习，之后进行合作学习。教师在过程中及时给予指导与帮助。算法与逻辑是问题解决的关键，探索算法的处理步骤和输入输出的实现，厘清逻辑关系，每一步都与一定的条件与前后任务关联。
（五）以多维表现为导向的分享评价
对于学生的评价，不同于传统的教学评价，要从不同的维度去看待学生的表现，不仅只考虑学生的知识掌握程度，更要考虑学生的思维能力是否提高。过程评价要尽可能地在真实环境中进行，由于学生个体认知基础、能力偏向、兴趣动机等差异，其最终的评价应该综合使用多种方式和手段，以尽可能全面地纳入学生在多维度上的发展信息与细节，从而真实地反映他们的计算思维发展水平。
四、基于PBL 模式的计算思维培养实践
（一）确定主题：贴近学生生活，激发学习兴趣
1.发现问题：
目前，有很多博物馆都推出了导航App，调用手机的定位、蓝牙等功能可以为参观者讲解文物的由来与相关的故事，主要的呈现形式是图片、文字和语音等。从形式上来说，缺少情境性和游戏性，无法吸引到初中生；从内容上来说，大多数导航App面向的是全体大众，内容层次偏成人化，不全适合初中生去理解。
2.确定主题：
教师将项目学习的主题确定为设计一款针对初中生使用的良渚博物院学习App，良渚博物院是一座收藏、研究、展示和宣传良渚文化的考古遗址博物馆。确定主题后对学生进行分组分工，分组采取异质分组的方式，并选定组长。
（二）需求分析：了解用户喜好，体现作品特点
引导学生通过手绘、图表、思维导图等方式去厘清问题解决的思路，同时，项目任务的分解具有一定的顺序性和逻辑性，能够帮助学生不断发现问题。根据需求分析设计好APP的游戏机制、任务类型和内容。
本应用的具体需求分析如表1所示。
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（三）规划设计：把握整体结构，追求功能创新
指导学生先在纸上用笔进行界面的绘制，要求画出每个界面包含的元素、界面布局及界面之间的连接关系。构思好各个界面大致的样子是为第四环节制作探究进行铺垫，更有利于后续项目的有效开展。
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图1App整体结构示意图
在功能上，引导学生发散思维，让学生的想象插上翅膀，不要被技术能否实现而限制住。项目学习就是要不断地产生问题，在尝试解决的过程中获得知识，提高素养。即使设想很美好，经过尝试无法实现，也不要轻言放弃，可以引导学生另辟蹊径，学会变通，这同样也是一种解决问题的能力。
（四）探究制作：兼顾界面逻辑，完成作品迭代
学生通过良渚博物院官网收集相关图片素材，并利用Photoshop工具对素材进行处理，小组内负责界面的同学需要逐步将大致的界面框架搭出来，将所需的组件放置在对应的位置，并都进行组件的重命名，源文件即可进行共享。其余同学在组长带领下进行任务认领，然后各自开始逻辑设计阶段。组长通过逻辑界面右上角的“书包”功能对组员的代码进行汇总整合。
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图2部分界面截图
（五）分享评价：发布最终作品，注重多维评价
项目设计与开发完成之后，生成APK下载的二维码链接，可安装在安卓手机上使用。
注重多维评价，展示学生个性。评价主体不同可包括自我评价、团队评价、教师评价，学生能够依据参考标准进行自我反思。评价角度不同，可以从思考与创造、技术与能力、设计与审美、人际与表达四个方面进行评价。
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五、结语
本文通过App Inventor在线开发平台以项目式学习为方式，为博物馆学习打造了一款适合初中生使用的App。在以学生为主体、教师为引导下，通过确定主题、需求分析、规划设计、探究制作和分享评价五个环节的实践，最终产出了“采纹奇幻旅”良渚博物院学习App。通过实践表明：
（1）App Inventor是一款非常适合初中生进行创意实现的工具，基于博物馆学习为主题的项目式学习具有较强的实用性和可行性，为之后的项目式学习提供很好的帮助与借鉴。
（2）面向实际问题解决的项目式学习，通过设计合理有效的教学操作步骤，能够有效提升学生的计算思维，学生在实践过程中更善于思考、勇于创新、乐于合作、敢于展示。
【参考文献】
[1]. 任友群.新时代,中小学需要怎样的信息技术课[J].人民教育,2019年第1期.
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