趙健如 王穎 侯巖 王玉龍

計(jì)算思維作為信息素養(yǎng)的核心維度，已經(jīng)成為每一個(gè)社會(huì)個(gè)體的必備素養(yǎng)。2017年的《地平線報(bào)告（基礎(chǔ)教育版）》中指明，培養(yǎng)中小學(xué)生的計(jì)算思維是21世紀(jì)的一個(gè)重要課題。[1]2017年7月，《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》中指明，國(guó)家對(duì)于人工智能人才的迫切需求，要求實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。[2]《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》中表明要啟動(dòng)中小學(xué)生信息素養(yǎng)測(cè)評(píng)，并推動(dòng)在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。[3]因此，從小學(xué)階段開(kāi)始編程教育的啟蒙，并與中等教育一以貫之，培養(yǎng)小學(xué)生的計(jì)算思維就顯得尤其重要，而如何在編程教學(xué)中有效地培養(yǎng)計(jì)算思維已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

● 計(jì)算思維的概念與內(nèi)涵

1.計(jì)算思維的概念

周以真教授2006年在美國(guó)權(quán)威刊物上發(fā)表了Computational Thinking一文，將計(jì)算思維定義為：“運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)?！盵4]2016年，我國(guó)普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組提出，計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體在尋求問(wèn)題解決方案的過(guò)程中通過(guò)應(yīng)用與總結(jié)計(jì)算機(jī)相關(guān)方法而形成的諸多思維活動(dòng)。

本文所理解的計(jì)算思維是建立在問(wèn)題解決基礎(chǔ)之上的，并吸收了多種觀點(diǎn)通過(guò)總結(jié)而來(lái)，即計(jì)算思維是指學(xué)生在解決問(wèn)題的時(shí)候，在不斷反思優(yōu)化所用方法的過(guò)程中所開(kāi)展的一系列思維活動(dòng)和形成的一系列思維方法。

2.計(jì)算思維的內(nèi)涵

本文在周以真教授和信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)計(jì)算思維的定義的基礎(chǔ)上，將計(jì)算思維具體分為分解思維、抽象思維、算法思維、系統(tǒng)化思維、自動(dòng)化思維（如下頁(yè)表）。[5]

● 小學(xué)編程教學(xué)的現(xiàn)狀與問(wèn)題

自從計(jì)算思維納入信息技術(shù)新課標(biāo)，并列為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一后，各地小學(xué)都結(jié)合實(shí)際情況根據(jù)新課標(biāo)對(duì)信息技術(shù)課程進(jìn)行了改革，增大了編程教育的比重，不過(guò)從總體上來(lái)看，編程教育的普及率還有待提高。本研究通過(guò)實(shí)地見(jiàn)習(xí)和查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解到我國(guó)小學(xué)編程教育目前存在以下三方面的問(wèn)題：①注重編程技法的傳授，忽視思維的培養(yǎng);②教授方法枯燥，無(wú)法激起學(xué)生興趣;③重視結(jié)果評(píng)價(jià)，忽視過(guò)程評(píng)價(jià)。

● 面向計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)編程教學(xué)設(shè)計(jì)流程構(gòu)建

面向計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)編程教學(xué)不再片面強(qiáng)調(diào)知識(shí)、技能的傳授，而更加注重思維的訓(xùn)練與培養(yǎng)，教師要?jiǎng)?chuàng)造快樂(lè)有趣的學(xué)習(xí)環(huán)境，改變傳統(tǒng)的教授形式，對(duì)學(xué)生思維的積極性、創(chuàng)造性進(jìn)行有效激發(fā)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，以解決問(wèn)題、完成任務(wù)為主的多維互動(dòng)教學(xué)，讓學(xué)生保持積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)，根據(jù)自己對(duì)當(dāng)前問(wèn)題的理解，運(yùn)用已有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)提出方案并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決。它的基本環(huán)節(jié)主要包括：確定問(wèn)題或任務(wù)-創(chuàng)設(shè)情境-自主、協(xié)作學(xué)習(xí)-效果評(píng)價(jià)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的學(xué)習(xí)流程比較靈活，避免了單純的以線性方式開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，可以讓學(xué)生充分發(fā)揮想象力，培養(yǎng)其創(chuàng)造性的思維。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的核心理念與當(dāng)前編程教育的訴求高度契合。因此，本研究借鑒任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的實(shí)施模式，融合游戲化學(xué)習(xí)理念，構(gòu)建面向計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)編程教學(xué)設(shè)計(jì)流程，通過(guò)對(duì)課前、課中、課后階段的教學(xué)流程、教師活動(dòng)、學(xué)生活動(dòng)的探究初步建立如下圖所示的教學(xué)設(shè)計(jì)流程。

1.課前階段

（1）任務(wù)、活動(dòng)設(shè)計(jì)

小學(xué)編程課教師在授課前要對(duì)學(xué)生、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行分析，根據(jù)學(xué)生掌握編程知識(shí)和技能的實(shí)際程度以及小學(xué)生群體特征，對(duì)任務(wù)、活動(dòng)進(jìn)行合理詳細(xì)的設(shè)計(jì)，將計(jì)算思維的五個(gè)維度與小學(xué)編程教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行融合設(shè)計(jì)，形成系列活動(dòng)任務(wù)。學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中，習(xí)得相關(guān)知識(shí)與技能，進(jìn)行思維訓(xùn)練。

（2）學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)

授課前，教師需要將教學(xué)PPT、引導(dǎo)學(xué)生任務(wù)分析的系列問(wèn)題集以及與課程相關(guān)的各種案例資料整理好，對(duì)一些關(guān)鍵知識(shí)，教師可以制作成微課來(lái)讓學(xué)生學(xué)習(xí)，另外授課教師需要制作任務(wù)學(xué)習(xí)單和課堂評(píng)價(jià)量表。

2.課中階段

（1）任務(wù)導(dǎo)入

在進(jìn)行任務(wù)導(dǎo)入時(shí)，教師要結(jié)合生活場(chǎng)景，創(chuàng)設(shè)有趣并且符合小學(xué)生已有知識(shí)水平的情境。[6]小學(xué)編程的學(xué)習(xí)內(nèi)容邏輯性比較強(qiáng)，實(shí)踐操作較為枯燥，教師可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)游戲情境來(lái)進(jìn)行任務(wù)導(dǎo)入，組織小組活動(dòng)激發(fā)學(xué)生對(duì)編程學(xué)習(xí)的興趣。在情境創(chuàng)設(shè)中，授課教師要巧妙設(shè)疑，觸發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)探究動(dòng)機(jī)。

（2）共同探討，任務(wù)分解

在授課教師導(dǎo)入任務(wù)之后，學(xué)生需要對(duì)具體的問(wèn)題或任務(wù)進(jìn)行分解。考慮到小學(xué)生思維尚不成熟，不具備自己完全獨(dú)立或者只靠小組內(nèi)合作討論來(lái)解決編程任務(wù)的能力。授課教師此時(shí)就要引領(lǐng)學(xué)生對(duì)任務(wù)問(wèn)題進(jìn)行了解、探討以及分解，利用課前準(zhǔn)備好的學(xué)習(xí)任務(wù)單對(duì)其進(jìn)行輔助，將任務(wù)問(wèn)題分為若干個(gè)子問(wèn)題。通過(guò)對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的分解，如設(shè)置選擇和填空來(lái)幫助學(xué)生探尋問(wèn)題本質(zhì)，降低小學(xué)生學(xué)習(xí)編程的難度，為之后的自主探究與小組合作階段奠定基礎(chǔ)。

（3）任務(wù)解決

通過(guò)問(wèn)題界定和任務(wù)分解，學(xué)生對(duì)整體的任務(wù)已經(jīng)有了一定的了解，明確了具體的目標(biāo)。接著學(xué)生自己試著進(jìn)行探尋摸索，然后通過(guò)開(kāi)展小組合作等形式來(lái)解決問(wèn)題。學(xué)生在該階段基于教師提供的“腳手架”資源，借助教師的現(xiàn)場(chǎng)輔助，運(yùn)用計(jì)算思維中的分解、抽象、算法、系統(tǒng)化、自動(dòng)化思維對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析、思考和解決。

首先，進(jìn)行抽象分解。這是計(jì)算思維培養(yǎng)的關(guān)鍵點(diǎn)，授課教師要積極進(jìn)行啟發(fā)指導(dǎo)，幫助學(xué)生抽象問(wèn)題。學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體應(yīng)該自己慢慢地去體會(huì)抽象在問(wèn)題解決中的便捷性，逐步養(yǎng)成對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行抽象的習(xí)慣，并將此遷移到實(shí)際生活中。抽象與歸納的思想可以說(shuō)是計(jì)算思維的本質(zhì)。[7]教師通過(guò)讓學(xué)生對(duì)編程問(wèn)題歸納抽象，使學(xué)生們漸漸習(xí)慣于以這種方式思考問(wèn)題。

其次，進(jìn)行解決方案設(shè)計(jì)。要求學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)化的分析、理解，提取出重要的內(nèi)容，然后小組討論用自然語(yǔ)言描述解決方案，鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)化思維與算法思維。各小組描述的解決方案需要得到教師的反饋與建議。

再次，進(jìn)行流程圖設(shè)計(jì)。流程圖是對(duì)之前的步驟進(jìn)行總結(jié)、梳理和轉(zhuǎn)化。流程圖更接近于程序設(shè)計(jì)，讓抽象的問(wèn)題更直觀化，更容易理解。學(xué)生根據(jù)教師提供的學(xué)習(xí)任務(wù)單對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分解抽象，以此來(lái)提高對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的耐心度。將之前用自然語(yǔ)言描述的方案按照相應(yīng)的順序畫(huà)出流程圖，在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生的思路會(huì)越來(lái)越清晰，系統(tǒng)化思維和算法思維都有所提升。

最后，進(jìn)行編程實(shí)踐。學(xué)生以小組為單位，將前面設(shè)計(jì)好的程序進(jìn)行實(shí)操，進(jìn)而驗(yàn)證之前想法的正確性。上機(jī)進(jìn)行實(shí)踐可以讓學(xué)生對(duì)程序的運(yùn)行過(guò)程有更加清晰的了解，通過(guò)反復(fù)操作，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行中所存在的問(wèn)題。

（4）展示評(píng)價(jià)

各個(gè)小組向大家展示、講解本組的編程作品，教師啟發(fā)大家進(jìn)行思考交流并組織學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)價(jià)、組內(nèi)評(píng)價(jià)以及組間評(píng)價(jià)，找出最優(yōu)化的獨(dú)特的作品。在交流評(píng)價(jià)的過(guò)程中，一些新的想法與創(chuàng)意會(huì)迸發(fā)出來(lái)，授課教師在這個(gè)過(guò)程中還要留心觀察學(xué)生的狀態(tài)，對(duì)學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握的情況進(jìn)行預(yù)判。最后，教師也要對(duì)每組的編程作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，總結(jié)大家存在的問(wèn)題，共同探討解決的辦法，并且對(duì)本節(jié)課的知識(shí)進(jìn)行梳理。

3.課后階段

（1）知識(shí)遷移，思維強(qiáng)化

教師布置同類或相似問(wèn)題的作業(yè)，讓學(xué)生進(jìn)行知識(shí)遷移。通過(guò)對(duì)計(jì)算思維的思考過(guò)程進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)相似問(wèn)題的思考能力會(huì)逐漸提高，自動(dòng)化思維會(huì)慢慢提升。要想提升學(xué)生的計(jì)算思維，教師需要引導(dǎo)學(xué)生使用思維導(dǎo)圖，在課后總結(jié)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，梳理知識(shí)點(diǎn)，最終形成自己的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

（2）進(jìn)行反思，優(yōu)化提升

教師通過(guò)反思總結(jié)一系列課堂活動(dòng)，找出不足并在以后的課堂教學(xué)中不斷改進(jìn)，從而使自己的教學(xué)水平一步步提升;學(xué)生也要不斷提高自己的學(xué)習(xí)能力，養(yǎng)成運(yùn)用已習(xí)得的思維解決問(wèn)題的能力。

（3）課程迭代

對(duì)于教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生的新問(wèn)題、新觀點(diǎn)、新作品等生成性資源，教師要及時(shí)進(jìn)行整理和加工，創(chuàng)造出更好、更新的學(xué)習(xí)資源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)課程的完善、擴(kuò)展與更新，促進(jìn)生成師生共建、動(dòng)態(tài)型的課程資源。

● 結(jié)語(yǔ)

小學(xué)作為編程教育的啟蒙階段，應(yīng)注重學(xué)生編程興趣的激發(fā)、編程意識(shí)的養(yǎng)成和良好的思維習(xí)慣的形成。本研究借鑒任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的操作模式，構(gòu)建了面向計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)編程教學(xué)設(shè)計(jì)流程，并融入了游戲化學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)理念，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣，同時(shí)通過(guò)任務(wù)分解、抽象、可視化表征等關(guān)鍵環(huán)節(jié)和活動(dòng)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)小學(xué)生計(jì)算思維和創(chuàng)新能力的形成與發(fā)展。在實(shí)踐過(guò)程中，如何結(jié)合學(xué)生的生活體驗(yàn)，進(jìn)行目標(biāo)、內(nèi)容、活動(dòng)、任務(wù)的融合性設(shè)計(jì)，如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行抽象建模和知識(shí)遷移等都需要進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：本文為2019年度廣東省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目“技術(shù)驅(qū)動(dòng)的廣東省欠發(fā)達(dá)地區(qū)縣域義務(wù)教育供給診斷預(yù)警與模式創(chuàng)新研究”（項(xiàng)目編號(hào)：GD19CJY02），廣東省普通高校重點(diǎn)平臺(tái)重點(diǎn)項(xiàng)目青年創(chuàng)新人才類項(xiàng)目“基于知識(shí)類網(wǎng)站信息組織模式的智慧學(xué)習(xí)社區(qū)構(gòu)建研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2016WQNCX147）階段性研究成果。2020年佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)術(shù)基金項(xiàng)目“以興趣養(yǎng)成和計(jì)算思維培養(yǎng)為導(dǎo)向的小學(xué)GOC編程游戲化學(xué)習(xí)課例設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)”研究成果。