以学生为中心的项目式分层教学：信息技术课程在北京市十一学校的实践

摘要：本文介绍了北京市十一学校（BNDS）的信息技术课程分层框架，其中涵盖了新课标中的必修、选择性必修和选修等内容，并分享了课程体系、示例和学生表现，希望能为各学校开发自己的信息技术课程提供借鉴。

关键词：计算机科学课程；分层课程框架；信息技术课程

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）14-0049-05

引言

我国教育部在2018年颁布了《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》（以下简称“高中课标”），在2022年又颁布了《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“义教课标”），这两个课标在核心素养等方面为信息技术课程教学提供了前瞻性的指导，但我国大多数中学在实施课标期望的课程框架方面还存在困难。在此之前，较少有系统且合适的信息技术课程的相关教学经验和材料[1]作为高中教师教学以及学生学习的参考，而配合新课标出版的教材也未能适配各学校的实际情况。

目前在我国部分城市，不少走在教育改革前沿的中学非常重视信息技术的教育，有些学校已经实践了完整的课程框架。下面，简要介绍笔者所在的北京市十一学校的分层和系统的信息技术课程以及教学经验。

分层的信息技术课程

自高中课标和义教课标颁布后，北京市十一学校（以下简称“学校”）对信息技术课程体系不断进行改进和完善，将原本的信息技术课程分成了两类，即通用技术课程和信息课程。

信息技术课程在学校开展的实际情况相对复杂，针对六年一贯制、非六年一贯制、国际部的学生分别设有不同的课程体系，本文主要介绍六年一贯制学生的分层课程体系，其中包括义教课标和高中课标要求的必修课程、选修必修课程和选修课程等。如图1所示，每层的课程都是从义教课标和高中课标出发，结合学校学生实际情况融合而成的校本课程。必修课程类似于大学中的计算导论课程，其目标是让学生通过学习特定编程语言（如Python）理解计算机和程序的基本原理。学生可以在短暂的学习后完成一些简单的工作，进而帮助他们解决生活中的实际问题。

第一层级为必修课程，对所有学生在初中阶段开设。第二层级为选择性必修课程，当学生具备使用编程语言和处理简单算法的基本能力后，可以根据个人兴趣在高中阶段选择若干门选修课程，如机器人和人工智能等。第三层级是为对计算机科学专业特别感兴趣的学生提供的选修课程，在这些课程中，学生可以学习更深入、更专业的信息技术知识，如信息学奥林匹克（OI）中的算法竞赛、机器学习和数学建模等。

此外，一些有天赋的学生可以轻松完成常规高中课程甚至大学本科课程，常规课程很难满足这些学生的需求。因此，除了义教课标和高中课标中的课程外，学校为他们提供了创新人才计划，创新人才计划中的学生可以在计算机专业人士的指导下进行自己的研究。

必修课程

必修课程分为计算机科学和程序设计与应用两门课程，旨在让学生通过特定编程语言解决各类问题，理解计算机和程序的基本原理。必修课程对8～9年级的学生开设，共两个学期，每周课时为2×45分钟。所有的任务都在课堂上完成，学生没有家庭作业。

课程分为两个学期，学生在第一学期学习Python的基本语法和逻辑，即基本算法和数据结构，包括Python中的输入输出、分支和循环、枚举等。同时，也会为感兴趣的学生教授一些综合算法，如递归等。除了课堂上的常规讲授外，教师还使用了定制的在线评测（OJ）[2]

平台。在该平台上，教师为学生设计了数百道如A+B的问题（输入a和b，然后打印a+b），供学生练习Python的基本逻辑和语法、算法和数据结构。该网站可在很短时间内判断程序的有效性并给予学生反馈。根据教学实践经验笔者发现，OJ平台的评分和反馈机制可以有效地激发学生的编程兴趣。同时，OJ平台还可以帮助教师分析学生的表现，以改进教学和学习过程。超过60%的学生可以在学期结束时应用程序来解决新问题；约30%的学生可以解决学过的问题；只有少数学生需要反复练习同样的问题来学习。通过一个学期的学习，学生可以学会如何用Python编程，了解计算机的工作原理以及他们在信息社会中的责任。

在第二个学期，教师设计了一系列来源于日常生活的项目，通过简化问题，突出学科概念，并在每个项目中整合算法和数据结构的知识。例如，学生在8年级的语文课中阅读了《三国演义》一书，因此，教师设置了“帮助学生统计该书中出现最频繁的名字”的项目。为了完成项目，学生需要学习计算语言学中的基本概念，如分词和词频统计，并最终使用文件操作和数据结构来完成程序。超过60%的学生可以在教师的指导下完成任务，其中30%的学生可以进一步改进算法，并将这种方法应用于分析其他书籍。第二学期的项目可以帮助学生复习第一学期的知识，而通过构建自己的程序来解决现实问题，也可以帮助学生对知识产生更深层次的理解。

通过必修课程，学生可以在四个维度上强化核心素养，这有助于更好地理解数字世界，并将算法和数据结构应用于解决简单问题。

选择性必修课程

为满足不同学生的个性化需求，学校还设计并实施了多种基于学校的选择性必修课程，这些课程融合了高中课标中选择性必修课程的一个或多个模块的内容。所有学生都可以在高中阶段根据自身的兴趣和精力进行选择。每门课程持续一个学期，每周课时为2×45分钟，学生没有家庭作业。

表1所示的选择性必修课程方案包括人工智能与应用、手机APP开发、数据库、网页设计等课程。在每门课程中，学生在特定计算机科学领域完成一系列综合项目。例如，在程序设计与博弈课程中，学生会编写五子棋AI并进行对战。在手机APP开发课程中，学生设计手机APP以自动识别汽车和花朵。在人工智能与机器人课程中，学生训练机器人完成各种任务等。三名学生在人工智能技术课程中为学校的访客设计了一个微信智能校园导航，该导航还应用在2019年联合国首届国际人工智能与教育大会上。[3]

在选择性必修课程中，学生通过编写相对复杂的程序，并处理更为综合的现实问题，进一步发展核心素养。这些能力可以帮助学生在后续的学习中利用信息技术解决更为复杂的问题。

选修课程

所有年级的学生都可以根据自己的兴趣和能力选择选修课程。每门课程的持续时间和每周课时取决于每门课程的具体需求。课程主要由学生的兴趣驱动，一些学生可能会花费多达数十个小时深入研究一个特定项目。选修课程的方案如表2所示，其中包括数学建模、地理信息系统等课程。

选修课程的难度都很高，内容与大学的相应课程相近。例如，在数学建模课程中，介绍了许多著名的偏微分方程（PDE）模型，如军备竞赛模型。学生将使用典型的PDE模型模拟现实问题，并最终用计算机解决它们。在信息学奥林匹克竞赛课程中，学生可以学习复杂的算法和数据结构，并参加相关竞赛。

尽管每门选修课程都较有难度，且大多数选修课程的内容与高考没有直接关系，但学生的参与积极性都很高（课程的标准规模是每学期12人，然而申请者常远超12人）。

创新人才计划

一些有天赋的学生可以轻松完成常规的高中课程，甚至基础的本科课程。同时，他们对一个或多个特定研究领域也有极大的兴趣和天赋。为了满足这些学生的期望，学校与中国科学技术协会联合建立了创新人才计划，以支持这些有天赋的学生。该计划得到了多所大学的支持，每年可以推荐40多名有天赋的学生进入这些大学，在数学、物理、化学、生物、计算机科学或工程科学领域进行科研。经过为期一年的培训，这些学生能够掌握文献搜索、科学调查和数据处理的基本方法。

例如，一名10年级的学生在北航教授的指导下提出了一种新的基于手机的图像表面模型。与传统的解决复杂照明和背景问题的模型相比，该模型基于归一化方法，在发型和面部组合过程中具有更好的效果和计算效率。

课程迭代

高中课标发布已有6年多的时间，而学校建立新的计算机科学课程体系也经历了6年的时间，在这6年的时间里，学校的教师一直在修订框架和其中的课程。随着课程改革的开展，学校更加关注提高学生用计算机解决实际问题的能力，即信息素养。

教师在必修课程中引入了更多跨学科和人文的项目。例如，教师设计了一个“小众点评”的项目。在这个项目中，学生需要构建一个程序对他们的朋友进行点评，这个项目既能让学生了解计算机中的键值关系，也可以引导学生学习如何在互联网上进行适当的评论。

同时，教师还尝试引入现实生活项目，更加重注以学生为中心展开课堂教学。例如，学生可以在文学课上构建自己的背诵小助手，在数学课上使用Python模拟新冠疫情期间的冠状病毒传播规律。

在必修课程中，为了让学生直观感受数据与信息的关系，需要完成一个图像融合的项目，即将两张图片合并为一张。随着课程的推进，很多学生非常有兴致地把他们的证件照进行了合并。在后续的课程中，该项目变为了计算学校的“平均脸”。学生首先使用网络爬虫或其他技术获取校园网上的证件照，然后利用Python提取出其中的信息，计算出每个像素的平均值。后来教师逐渐发现平均脸可以帮助学校判断学生在校园网上传的证件照是否合规。迭代后的项目，综合应用了从数据获取到处理再到分析展示的每个环节，既帮助学生学习到了知识，也帮助学校解决了实际问题，使师生感受了人工智能算法的朴素分类思想。

此外，一些选择性必修和选修课程中学生不太感兴趣的课程会被新的课程所取代，如一门搭建机器人的课程就调整为利用机器人进行AI识别的课程。

最后，针对8年级和9年级的部分学生提出的上述课程内容太简单的问题，学校还在此基础上提出了三年的AI课程框架（如图2），部分课程材料已经开源供参考。[4]

结论

本文介绍了学校的信息技术课程分层体系和教学经验。该体系涵盖了义教课标和高中课标中的必修课程、选择性必修课程和选择性课程，以及基于学生情况的创新人才计划。学生可以通过必修和选择性必修课程发展计算思维和工程能力。实践证明，通过学校和教师的个性化教育和指导，学生更加关注学习知识和提高计算机科学方面的核心素养，而不只面向考试，同时中学生有能力完成义教课标和高中课标中的课程内容。希望通过介绍学校的教学框架和经验，能为其他学校开发自己的信息技术课程提供参考。

参考文献：

[1]D.SUN AND Y.LI.The development status，research hotspots and enlightenment of youth programming education in china and foreign countries： also discuss the implementation strategy of programming education for china in the age of intelligence[J].Journal of Distance Education，2019（03）：47-50.

[2]北京市十一学校.北京市十一学校在线评测平台[EB/OL].https：//onlinejudge.bnds.cn.

[3]人民日报.北京市十一学校将人工智能纳入教学全链条[N/OL].2019-05-24.[2019-05-24].http：//m.haiwainet.cn/middle/3543599/2019/0524/content_31562878_1.html.

[4]郑子杰.北京市十一学校人工智能课程材料[EB/OL].https：//www.bilibili.com/video/BV12R4y1F7UQ？share_source=copy_web&vd_source=ca9ee67f2189c612bd2ca8755b7037a3.