趙瑩瑩

【摘 要】培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，不是讓學(xué)生成為程序員、工程師，而是在未來時代擁有一種適配的思維模式。本文關(guān)注的重點(diǎn)是在初中信息技術(shù)課程中如何培養(yǎng)計算思維，在“積木式智能硬件”課程中選取一個單元作為課程案例，分析計算思維培養(yǎng)的教學(xué)策略，并進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用“大單元”教學(xué)模式將計算思維在初中信息技術(shù)教學(xué)中有效落地。

【關(guān)鍵詞】計算思維;“大單元”教學(xué);積木式智能硬件;教學(xué)模式;編程教育

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【論文編號】1671-7384（2021）09-034-03

當(dāng)前，計算思維教育已在中小學(xué)教育中逐漸滲透推廣，并受到各方的廣泛關(guān)注。核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的“大單元教學(xué)”設(shè)計，要求教師建立好學(xué)科核心素養(yǎng)與學(xué)科核心內(nèi)容之間的關(guān)系，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，選擇有利于培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容和情境素材。

概念的界定

1.計算思維的內(nèi)涵

2017年，新版《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》中對計算思維的具體解釋為：計算思維是指個體運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。具備計算思維的學(xué)生，可以采用計算機(jī)能夠處理的方式界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù);通過對各種信息資源判斷、分析與綜合，運(yùn)用合理的算法形成解決問題的方案;總結(jié)利用計算機(jī)解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關(guān)的其他問題。

周以真教授在2006年首次提出計算思維，而后經(jīng)過完善將計算思維定義為運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。熊璋教授認(rèn)為計算思維是對問題的抽象和建模，運(yùn)用合理的算法求解問題。無論是哪一種解釋，計算思維都被認(rèn)為是一種有效的解決問題的思維方式，它基本可以分為四個部分：問題分解、模式識別、抽象問題、算法設(shè)計。

2.“大單元”教學(xué)

“大單元”教學(xué)是指以大主題或大任務(wù)為中心，對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行分析、整合、重組和開發(fā)，形成具有明確的主題（或?qū)ｎ}、話題、大問題）、目標(biāo)、任務(wù)、情境、活動、評價等要素的一個結(jié)構(gòu)化的具有多種課型的統(tǒng)籌規(guī)劃和科學(xué)設(shè)計。

最近幾年在學(xué)什么和怎么學(xué)這個問題上，世界各國的變化比較活躍。比如美國有翻轉(zhuǎn)課堂、STEM學(xué)習(xí)、基于項目的PBL學(xué)習(xí)（Project-Based Learning）、游戲化學(xué)習(xí)，芬蘭有基于現(xiàn)象的學(xué)習(xí)（Phenomenon-based learning），英國的工作室學(xué)習(xí)，新加坡的少教多學(xué)等等。這些方式雖然看起來眼花繚亂，其實(shí)都有一個共同特征，就是從為追求標(biāo)準(zhǔn)答案的被動學(xué)習(xí)走向?yàn)樾纬山鉀Q方案而展開的主動學(xué)習(xí)，從淺層次的知識點(diǎn)學(xué)習(xí)到知識體系化的深度學(xué)習(xí)。

深度學(xué)習(xí)是當(dāng)前教育改革的重要抓手，指向深度學(xué)習(xí)的“大單元”教學(xué)以學(xué)科核心知識為依托，以學(xué)科核心活動為載體，以生活中真實(shí)的學(xué)科問題為情景，通過單元整體設(shè)計實(shí)現(xiàn)對核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

初中信息技術(shù)課程中以“大單元”教學(xué)模式

培養(yǎng)學(xué)生計算思維的實(shí)踐研究

1.教學(xué)內(nèi)容

程序設(shè)計是基礎(chǔ)教育課程改革的重要組成部分，圖像化編程是目前中小學(xué)非常熱門的教育話題。本課程選用mixly積木式程序設(shè)計軟件，通過程序控制傳感器，做出切實(shí)解決生活中問題的小項目。課程包括無處不在的燈光、電動躺椅、自動感應(yīng)門、旋轉(zhuǎn)廣告牌、誰是門神、不一樣的值周生，自主設(shè)計。課程共16課時，以“大單元”方式進(jìn)行課程的設(shè)計，以學(xué)生為中心，每個項目源于生活中的問題。

例如在大單元“‘聰明的躺椅”中，分成三個模塊，分別為，“讓躺椅動起來”解決的是舵機(jī)聯(lián)動躺椅角度變換;“讓躺椅‘聰明起來”解決的是靠背可以通過按鈕隨意調(diào)節(jié)角度;“讓躺椅智能起來”解決的是加入語音識別等人工智能要素，讓躺椅在整個單元學(xué)習(xí)過程中更加便捷和人性化。

2.教學(xué)模式分析

結(jié)合計算思維的特點(diǎn)和中學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，課程整體設(shè)置由易到難，程序設(shè)計由簡單到復(fù)雜。在課程實(shí)施過程中，教師設(shè)置情景，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生對問題進(jìn)行分解和抽象，為學(xué)生提供自學(xué)材料，輔助學(xué)生完成方案設(shè)計和項目內(nèi)容，最后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分享和迭代。

3.教學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

針對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，筆者設(shè)計了一份前測問卷，主要測試學(xué)生對計算思維的了解程度和計算思維能力水平。后測問卷主要針對學(xué)生對“大單元”教學(xué)模式的學(xué)習(xí)態(tài)度，以及課程結(jié)束后學(xué)生的計算思維能力水平和自我效能感。本次課程涉及3個班，前測問卷共收回107份，后測問卷共收回101份。

通過前測問卷可知，部分學(xué)生對計算思維有簡單的了解，具備將問題分解并按照操作步驟完成任務(wù)的意識，但是在實(shí)踐環(huán)節(jié)還是存在諸多問題。因此在課程的實(shí)施過程中更應(yīng)該關(guān)注學(xué)生的動手操作能力，引導(dǎo)學(xué)生將想法通過技術(shù)實(shí)現(xiàn)出來，讓計算思維服務(wù)于生活，能夠有效落地。學(xué)生在對具體問題進(jìn)行抽象和分解時還會遇到諸多問題，邏輯思維和算法思維還有很大的提升空間，在課程的實(shí)施過程中要著重培養(yǎng)學(xué)生將邏輯分析過程寫成算法并得出結(jié)果的能力。

在課程結(jié)束時，筆者同樣發(fā)放了課程調(diào)查問卷，在對待計算思維的態(tài)度方面和認(rèn)識方面，74%的同學(xué)認(rèn)可計算思維能力在生活和學(xué)習(xí)中的重要性，75%的同學(xué)通過課程的學(xué)習(xí)后能夠準(zhǔn)確選出計算思維的內(nèi)涵。說明學(xué)生對計算思維有了感性的認(rèn)識。

通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步建立了計算思維的思考模型，在遇到生活中的問題時，大部分同學(xué)能夠想到用信息技術(shù)的方式解決，63%的同學(xué)能夠?qū)處熖峁┑姆独绦蜻M(jìn)行修改，80%的同學(xué)認(rèn)為自己能夠?qū)栴}進(jìn)行分解和抽象，但是在操作方面還是存在問題。動手能力的培養(yǎng)是一個長期的過程，說明在接下來的課程中還需要繼續(xù)為學(xué)生創(chuàng)造動手實(shí)踐的機(jī)會。

本次課程以“大單元”教學(xué)為主，是基于項目的自主學(xué)習(xí)，通過問卷可知超過一半的同學(xué)喜歡這樣的學(xué)習(xí)方式，31%的同學(xué)覺得一般，說明學(xué)生有自己的學(xué)習(xí)風(fēng)格，并不是一個教學(xué)模式能夠適應(yīng)所有學(xué)生，因此教師在設(shè)計教育教學(xué)活動時，在考慮大部分學(xué)生喜好的同時，也應(yīng)注意交替變換教學(xué)方式。

在課程實(shí)施的過程中，學(xué)生的參與度比較高，除極個別學(xué)生和病假學(xué)生，其余基本能夠完成項目的設(shè)計。在最后的作品呈現(xiàn)中，涌現(xiàn)了許多創(chuàng)意作品，如智能垃圾桶、電子鋼琴、兒童搖搖車、人體感應(yīng)臺燈等，學(xué)生開始關(guān)注生活中的問題，在創(chuàng)意思維方面也有了顯著的提高。

結(jié)論與展望

（1）基于項目的學(xué)習(xí)方式有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)的動力，是學(xué)習(xí)行為發(fā)生的源泉，學(xué)習(xí)是以解決真實(shí)的問題為目的，通過自身的努力和小組合作達(dá)到目標(biāo)的。

（2）“大單元”教學(xué)有利于學(xué)生系統(tǒng)地把握學(xué)科知識，將學(xué)科知識有效串聯(lián)并應(yīng)用于實(shí)際生活，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)?！啊斆鞯奶梢巍边@節(jié)課中躺椅從動起來到搖桿調(diào)節(jié)到語音控制，是一個不斷完善設(shè)計方案，追求生活更加舒適和便捷的過程。

（3）“大單元”教學(xué)有利于提高學(xué)生分解問題的能力。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，將看似復(fù)雜的大項目分解為可執(zhí)行的步驟，抽象為可用程序設(shè)計表達(dá)的解決方案。經(jīng)過多次活動訓(xùn)練，學(xué)生已經(jīng)具備初步分解問題的思維方式，能將一個大項目問題分解為一個個小項目完成，是計算思維中抽象分解能力的體現(xiàn)。

（4）“大單元”教學(xué)有利于培養(yǎng)中學(xué)生的算法思維，提升程序設(shè)計水平。學(xué)生在進(jìn)行項目調(diào)試和修改的過程中，需要不斷地調(diào)試，當(dāng)遇到程序不能順利運(yùn)行或不能達(dá)到想要的效果時，需要對程序進(jìn)行修改和優(yōu)化。而合作學(xué)習(xí)能夠取長補(bǔ)短，在交流碰撞中促進(jìn)問題的解決，進(jìn)而提升學(xué)生的算法和程序設(shè)計能力。

實(shí)踐證明，基于“大單元”的信息技術(shù)課能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生計算思維的養(yǎng)成。但是基于我國國情，大班授課無法保證每個學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，因此需要教師準(zhǔn)備非常完善的自學(xué)材料，或引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)搜索有效信息找到問題的答案，輔助學(xué)生完成項目，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況自定步調(diào)進(jìn)行學(xué)習(xí)。對于存在盲點(diǎn)的知識和技能，可以通過觀看微課等方式反復(fù)學(xué)習(xí)，再通過小組合作方式將所學(xué)內(nèi)容用于項目的研究，有效促進(jìn)知識和技能的當(dāng)堂轉(zhuǎn)化，有效落地，讓學(xué)習(xí)的過程更有意義，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。

任何教學(xué)模式都不會適用于所有課型，需要教師根據(jù)班情、學(xué)情進(jìn)行調(diào)整，由被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，讓學(xué)習(xí)行為自然而然的發(fā)生。計算思維的培養(yǎng)不能等同于編程課，更應(yīng)關(guān)注學(xué)生的思維培養(yǎng)，以真實(shí)情境的問題解決為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生將問題進(jìn)行分解，用編程工具創(chuàng)建該問題的表征，并在改變模擬參數(shù)的同時運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，以更好地解決生活中的問題。

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