PBL在高中学生计算思维能力培养过程中的应用
——以算法与程序设计教学为例

敖 培

（上海市晋元高级中学，上海）

随着计算机技术在各个领域的广泛使用，计算思维的培养受到越来越多学者的关注。正在修订的《普通高中信息技术课程标准》中明晰了计算思维是四大信息技术学科核心素养之一。算法与程序设计是高中信息技术课程中的选修模块，是一门实践性较强的课程。它要求学生在理解相关理论知识的基础上，能够独立编写程序解决实际问题。在内化知识和实践创作的过程中需要学生具有较为严密的逻辑思维能力——计算思维。在算法与程序设计课程教学过程中，采用何种教学模式才能有效地培养和提升计算思维是一个值得关注和研究的问题。

一、算法与程序设计课程教学引入PBL培养学生计算思维素养的优势

周以真教授提出，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。文献［3］参考ISTE和CSTA，界定计算思维包含数据收集、数据分析、数据表示、问题分解、抽象、算法与程序、自动化、仿真和并行化九个核心概念，以及自信、坚持、容忍、处理问题和交流五个态度。

基于问题的学习（Problem-Based Learning，PBL）是以学习者为中心，来自于真实世界的问题为核心的教学模式。在这种教学模式中，学习者通过对所获得资料进行小组讨论、归纳总结，从而得出问题的答案。

算法与程序设计是高中信息技术课程中的选修模块，在算法与程序设计课堂教学中引入PBL教学模式对培养和提高学生计算思维具有以下优势：

第一，PBL教学模式以教师情境导入问题，学生以搜集资料、分析问题、解决问题为主线进行课堂教学，而计算思维培养过程包括问题抽象、理论支撑、设计系统等主要过程，两者活动过程相吻合。

第二，PBL教学模式中所选取的问题来源于生活实际，能够激发学生学习兴趣，活跃学生思维。

第三，PBL教学模式将教学内容从验证类转变成为实际应用类和拓展创作类，学生在自主探究抽象问题的过程中，其计算思维可以得到训练和提升。

第四，通过计算逻辑严谨的解决问题过程，学生的计算思维可以得到有效的强化。

第五，学生通过分组讨论，可以交流解决问题的不同方案，丰富自身的思维方式。

二、算法与程序设计课程教学引入PBL培养学生计算思维素养课堂教学设计流程

在算法与程序设计课堂教学中，以培养和提升学生计算思维为目标，以实际问题解决为纽带，教师基于创设问题情境→提出问题→引导学生解决问题→总结评价的PBL教学过程，采用有助于学生计算思维培养和提升的方式和方法，对学生学习过程进行及时有效的监控和指导。学生在进入问题情境→明确问题→解决问题→总结评价的学习过程中，以自主探究和小组讨论的方式，运用数据收集、数据分析、数据表示、问题分解、抽象、算法与程序、自动化、仿真和并行化等计算思维方法内化相关知识，培养自信、坚持、容忍、处理问题、交流等能力和素养。教学设计流程如图1所示。在教学实践中，对于一个知识点的教学，教师往往不能全面涉及9个核心内容和5个态度的计算思维训练，而只需要根据具体的教学内容，有重点地培养和提升其中几项计算思维即可。

三、教学设计案例

本次教学以算法与程序设计模块中的“For循环语句”教学为例进行教学设计。在教学过程中，教师通过引入界面动态变化的“炫彩闪格”程序，激发学生学习的兴趣。“炫彩闪格”程序设计和运行状态下的界面如图2所示。通过设置层次性问题，引导学生进行思考。通过分组讨论的形式进行思维碰撞，深化对For循环语句和时钟控件使用的相关知识的理解。通过上机实践“炫彩闪格”程序，内化所学知识，并在此基础上拓展思维，完成作品的再创作。

1.教学目标

（1）知识与技能

①掌握For循环语句的一般格式和使用方法，能根据实际要求正确写出For循环语句。

②理解For循环语句的执行过程，能够灵活运用For循环语句编程解决重复问题。

（2）过程与方法

通过动态程序实例，设置层次性问题，引导学生思考解决问题。

（3）情感态度与价值观

以程序演示导入主题，激发学生学习兴趣。在实践编程过程中，体验设计和创作的快乐。

图1 算法与程序设计课程教学设计流程

图2 “炫彩闪格”程序运行状态和设计状态下的界面

2.教学活动

教学活动

本文围绕算法与程序设计教学，并以“For循环语句”教学为例，采用PBL教学模式，以学生为中心，以实际问题解决为纽带设计教学活动，以期使学生在分析和解决问题的过程中体验计算思维的内涵特征，丰富计算思维方式，提升计算思维素养。