《面向计算思维培养的高中信息技术项目式学习模式研究》开题报告

一、 选题背景与意义

1. 选题背景

《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出，信息技术课程的目标是培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四大核心素养。其中，计算思维被置于核心位置，是学生适应智能时代的关键能力。

当前部分高中信息技术课堂仍存在“软件操作说明书”式的教学，学生被动模仿，缺乏解决复杂问题的思维训练。编程教学容易陷入语法讲解和孤立习题练习的窠臼，学生难以理解编程的现实意义，学习兴趣和动力不足。

人工智能、大数据时代的到来，使得编程与计算思维从专业技能转变为如同读、写、算一样的基础素养。高中阶段是学生抽象逻辑思维发展的关键期，是培养计算思维的黄金时期。

项目式学习（PBL）以学生为中心，通过驱动性问题引导学生在真实、有意义的项目情境中主动探究、协作和实践，被广泛认为是培养高阶思维和综合能力的有效途径。如何将PBL与计算思维的培养有机融合，是当前教学改革的热点。

2. 选题意义

深化对计算思维内涵及其培养路径的理解，探索在高中信息技术学科中落实核心素养的理论框架。

丰富项目式学习在基础教育阶段信息技术学科中的应用理论，构建一种将PBL流程与计算思维要素分解、模式识别、抽象、算法设计深度融合的教学模式。

为一线高中信息技术教师提供一套可操作、可复用的项目式教学方案和案例，帮助教师从“技术传授者”转变为“思维引导者”。

有效激发学生的学习兴趣和内在动机，让学生在完成有挑战性、有趣味性的项目中，潜移默化地形成计算思维，掌握编程技能，提升数字化学习与创新能力。

为新课标理念的落地、教学评价方式的改革提供实践参考。

二、 文献综述与研究动态

1. 关于计算思维的研究
自周以真（Jeannette M. Wing）教授提出后，计算思维的研究从计算机科学领域扩展到基础教育领域。国际教育界（如ISTE标准）和我国新课标均对其进行了本土化定义。现有研究普遍认同计算思维是可培养的，但如何在不同学段、不同内容中进行系统化、显性化的培养，仍是研究重点。

2. 关于项目式学习（PBL）的研究
PBL起源于医学教育，在K-12阶段STEM教育中取得显著成效。研究表明，PBL能有效提升学生的问题解决能力、协作能力和知识迁移能力。在信息技术学科中，已有研究开始探索PBL的应用，但多集中于教学经验的总结，缺乏与计算思维核心要素的系统性关联和实证效果验证。

3. 关于编程教学的研究
高中编程教学正从传统的“语法导向”向“思维导向”转变。Python语言因其语法简洁、应用广泛，已成为高中新课标的首选语言。当前研究关注如何通过游戏化、可视化编程等方式降低学习门槛，但如何通过长周期、综合性的项目来整合知识、深化思维，需要更深入的设计。

本研究创新点在于： 以“计算思维”为明确目标，以“项目式学习”为核心载体，以“Python编程”为具体实践领域，构建一个目标-过程-内容三位一体的教学模型。并通过严谨的教学实验，实证分析该模型对学生计算思维水平、编程技能掌握程度及学习态度的影响。

三、 研究内容与目标

1. 研究内容

高中信息技术计算思维培养现状调查： 通过问卷和教师访谈，了解当前计算思维培养的落实情况、主要教学模式及存在的困难。

“PBL-CT”教学模型的构建： 设计一个以驱动性问题为核心，贯穿计算思维各要素的教学流程。

项目启动与问题分解： 提出与生活相关的复杂问题（如“开发一个班级作业管理系统”、“分析本地天气数据并预测”），引导学生将大问题分解为小问题。

探究与抽象/模式识别： 学生搜集资料，分析问题本质，抽象出关键要素和数据模型，识别可复用的模式。

算法设计与编程： 学生设计解决方案和算法流程，并运用Python编程实现。此阶段是计算思维物化的关键。

测试、优化与迭代： 学生运行、调试程序，根据反馈优化解决方案，体验迭代思想。

成果展示与评价： 展示项目成果，并进行过程性评价和总结性评价，强调对思维过程的反思。

教学实证研究： 选取同一年级两个平行班作为实验班（实施PBL-CT模型）和对照班（采用传统讲练模式），开展一个教学单元（如“Python与数据处理”）的对比教学。

教学效果评估体系构建： 采用多元评价方法，包括：计算思维量表（如Bebras挑战题改编）、项目作品评价量规（Rubric）、编程技能测试、学生访谈及学习反思报告。

2. 研究目标

构建一个行之有效的“面向计算思维培养的高中信息技术项目式学习（PBL-CT）教学模式”。

开发2-3个适用于高中Python教学的典型PBL项目案例库及配套教学资源。

通过实证研究，验证PBL-CT模型在提升学生计算思维水平、编程应用能力及学习积极性方面的有效性。

分析总结实施该模式的关键要点、挑战及应对策略，为一线教学提供实践指导。

四、 研究思路与方法

1. 研究思路
本研究遵循“理论指导-模型构建-实践检验-反思优化”的设计性研究（Design-Based Research）范式。首先通过文献和调查明确问题和理论基础，然后设计开发PBL-CT教学模式和项目案例，接着通过教学迭代进行实施和效果检验，最终形成成熟的理论成果和实践方案。

2. 研究方法

文献研究法。

调查研究法。

准实验研究法。

案例研究法。

行动研究法。

五、 课题创新性与预期成果

1. 创新性

深度融合： 将计算思维的抽象要素具体化为PBL项目中的可观测、可训练的教学活动，实现思维培养与教学模式深度绑定。

评价体系创新： 结合量表测试、项目作品评价和过程性反思，构建多维度的计算思维发展性评价体系，突破单一技能测试的局限。

本土化案例开发： 开发基于中国高中生认知特点和兴趣点的本土化PBL项目案例，增强教学的适切性和实用性。

2. 预期成果

研究报告： 《面向计算思维培养的高中信息技术项目式学习模式研究》结题报告。

学术论文： 在《中小学信息技术教育》等期刊上发表1-2篇相关论文。

教学资源包：《高中信息技术PBL项目教学案例集（Python篇）》。配套的教学设计、课件、学生活动手册、评价量规。优秀的學生项目作品集。

实践推广： 在校内或区域内开展公开课、讲座，分享研究成果与实践经验。

七、 研究计划与进度安排

第一阶段： 深入文献研究，完成现状调查，构建PBL-CT理论模型，设计1个核心项目案例及评价工具。

第二阶段： 开展小范围教学实践，通过课堂观察、学生访谈收集数据，对模型和案例进行第一轮修正。

第三阶段：开展准实验研究，在实验班和对照班实施教学，完成前后测数据收集。

第四阶段： 全面分析定量和定性数据，撰写研究报告和论文，整理并形成最终版教学资源包。