劉曉玉

摘要：計算思維的培養(yǎng)能夠提高學生應用信息技術思考、解決問題的能力。PBL是一種以問題為基礎展開課程教學的教學模式，教師采用PBL培養(yǎng)學生的計算思維是可行的。因此，本文提出構建一個基于PBL的中小學信息技術計算思維培養(yǎng)教學模型，并通過教學實踐將計算思維的一系列方法運用到具體的教學步驟中，來驗證該模型在培養(yǎng)學生計算思維方面的可行性和高效性。

關鍵詞：PBL教學；計算思維；教學模式

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2018）01-0034-03

培養(yǎng)學生使用信息技術解決實際問題的能力是信息技術課程的核心價值，計算思維的培養(yǎng)能夠提高學生的信息技術知識與技能水平，提高學生應用信息技術思考問題、解決問題的能力，提高他們的自主創(chuàng)新能力。PBL（Problem-Based Learning）基于問題的學習是一種以問題為基礎展開課程教學的教學模式，它提升以學生問題解決能力為教學目標，因此，采用PBL教學模式培養(yǎng)學生的計算思維是可行的。

計算思維和PBL問題式教學

美國卡內基·梅隆大學計算機科學系周以真教授指出，計算思維是思維過程參與制定問題，并給出它的解決方案，在一臺計算機上以人或機器的方式就可以有效地開展。簡單地說，計算思維就是像一個計算機科學家一樣思考。計算思維的培養(yǎng)目的是引導學生像計算機一樣思考處理問題，在中小學教育階段與計算思維關系最密切的莫過于信息技術課程。因此，計算思維作為信息技術學科核心素養(yǎng)之一，日益受到信息技術教育學科領域學者和一線教師的重視。

PBL的主要特點是：以學習者為中心，教學者為學習者提供一些學習資料，讓學習者根據資料自己去探索問題答案；教學模式中的問題來自真實世界，以現(xiàn)實生活中的問題為導向，問題是劣構的，沒有固定答案；注重學生的自主學習和合作學習，注重小組之間合作交流?；谶@些主要特點，筆者將PBL教學與計算思維的培養(yǎng)進行有效結合，以與學生生活息息相關的問題為學習主題，引導他們在分析問題、解決問題的過程中形成計算機式的自動化解決問題思維，實現(xiàn)利用算法快速有效地解決生活中的各類問題。

基于PBL的計算思維培養(yǎng)教學模型構建

（3）式中，pc（prepare）代表學生在課前對相應知識的預習，a（analysis）代表課堂問題情境創(chuàng)設環(huán)節(jié)后的問題剖析過程，l（learning）代表學生圍繞問題利用微課和學案進行的自主學習或合作學習過程，s（summarize）代表利用計算思維中的遞歸等方法提煉算法，總結問題解決方案的過程，i（innovation）代表問題拓展延伸環(huán)節(jié)的創(chuàng)新實踐，利用提煉的算法創(chuàng)造性地解決實際生活問題。

基于PBL的計算思維培養(yǎng)教學模型如下圖所示，該模型將教學分成教學過程、教師活動、學生活動三個部分，教師基于PBL，運用QTct系列教學手段和策略圍繞計算思維的五大要素（抽象、分解、算法、糾錯和歸納）來引導和組織學生的學習過程，學生則運用QSct，通過分解問題理清思維、提煉算法訓練思維、訓練延伸發(fā)散思維、歸納總結沉淀思維幾個步驟實現(xiàn)計算思維的意識形成和能力提升。

面向計算思維培養(yǎng)的中小學信息技術教學實踐案例

根據所提出的計算思維培養(yǎng)模型，筆者就八年級“Flash動畫的設計與制作”這一單元知識點的教學展開實踐研究。為了更好地定量表達該模型在這兩方面的作用，筆者用Ect表示教學效果，用Cct表示學生的計算思維能力。

1.挖掘生活教材，設計問題情境

教學開始的第一步是教師設置面向計算思維培養(yǎng)的生活化問題或項目。問題項目的設計與教學效果和計算思維能力培養(yǎng)具有如下關系：

（4）式中，p1即QTct函數(shù)中的變量p1，標識教師所做的課前準備和設置的問題情境，f1是p1的教學函數(shù)，E1代表該模型第一步的教學效果；（5）式中，pc即QSct函數(shù)中的變量pc，標識學生的課前準備，g1是pc的學習質量函數(shù)，C1代表該模型第一步的計算思維培養(yǎng)效果。

2.問題剖析，理清思維

教學開始的第二步是問題剖析。問題剖析的過程與教學效果和計算思維能力培養(yǎng)具有如下關系：

（6）式中，p2即QTct函數(shù)中的變量p2，標識教師引導學生進行的問題剖析過程，f2是p2的教學函數(shù)，E2代表該模型第二步的教學效果；（7）式中，a是QSct函數(shù)中的變量a，標識學生分析問題的過程，g2是a的學習質量函數(shù)，C2代表該模型第二步的計算思維培養(yǎng)效果。

3.自主探究，解決問題

教學過程中的第三步是學生通過自主探究解決問題。問題解決過程與教學效果和計算思維能力培養(yǎng)具有如下關系：

（8）式中，r即QTct函數(shù)中的變量r，標識教師為學生自主探究提供的過程性學習資料，f3是r的教學函數(shù)，E3代表該模型第三步的教學效果；（9）式中，l是QSct函數(shù)中的變量l，標識學生自主探究解決問題的過程，g3是l的學習質量函數(shù)，C3代表該模型第三步的計算思維培養(yǎng)效果。

4.經驗總結，提煉算法

教學過程中的第四步是學生在作品欣賞、成果展示的基礎上進行經驗總結，利用計算思維中的算法、糾錯元素來訓練計算思維。提煉算法過程與教學效果和計算思維能力培養(yǎng)具有如下關系：

（10）式中，g即QTct函數(shù)中的變量g，標識教師引導學生進行經驗總結、提煉算法的過程，f4是g的教學函數(shù)，E4代表該模型第四步的教學效果；（11）式中，s是QSct函數(shù)中的變量s，標識學生提煉算法的過程，g4是s的學習質量函數(shù)，C4代表該模型第四步的計算思維培養(yǎng)效果。

5.拓展延伸，發(fā)散思維，歸納總結，沉淀思維

教學過程中的最后一步是學生進行個性化作品創(chuàng)作，實現(xiàn)生活的回歸。發(fā)散思維過程與教學效果和計算思維能力培養(yǎng)具有如下關系：

（12）式中，e即QTct函數(shù)中的變量e，標識教師引導學生展開自由創(chuàng)作、發(fā)散思維的過程，f5是e的教學函數(shù)，E5代表該模型第五步的教學效果；（13）式中，i是QSct函數(shù)中的變量i，標識學生自由創(chuàng)作的過程，g5是i的學習質量函數(shù)，C5代表該模型第五步的計算思維培養(yǎng)效果。

在這樣的計算思維培養(yǎng)教學過程中，學生主動參與剖析問題、解決問題，總結問題解決經驗，延伸拓展問題，積極思考，主動動手操作，體驗理清思維、訓練思維、發(fā)散思維、沉淀思維的過程，達到了在掌握知識和技能的基礎上，實現(xiàn)思維的滲透的培養(yǎng)目的?；赑BL的計算思維培養(yǎng)教學模式的數(shù)學模型可表示為：

該案例的教學實驗結果充分驗證了基于PBL的計算思維培養(yǎng)模型的教學效果。QTct和QSct之間的方法集都運用到學生的計算思維培養(yǎng)過程中，引導學生更好地解決問題，達到了提高教師教學效率和訓練學生計算思維的目的，打造了一個基于學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的高效課堂。

總結

計算思維培養(yǎng)的最終目的不是停留在課堂上的問題解決，而是回歸到實際生活中的問題解決，學生在遇到實際問題時，能夠自然而然地應用自己課堂上形成的思維意識和能力來解決問題，這就是計算思維抽象和自動化的特點在學生實際生活中的體現(xiàn)。筆者將PBL和計算思維培養(yǎng)進行結合是一個初步的嘗試，從實踐案例效果來看，利用PBL教學模式來培養(yǎng)計算思維還是比較可行的。下一步，筆者還需進一步探究基于PBL的計算思維培養(yǎng)的策略和方法。

參考文獻：

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