賀玉婷 劉錦錦

【摘 要】本文首先介紹計(jì)算思維的概念和研究現(xiàn)狀，分析了小學(xué)生培養(yǎng)計(jì)算思維的重要意義;然后，提出計(jì)算思維應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)教學(xué)的策略，并構(gòu)建基于計(jì)算思維的小學(xué)科學(xué)教學(xué)模式圖，并以“種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)”一課為例具體闡述此模式如何應(yīng)用。最后提出培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維的建議，以期為小學(xué)科學(xué)和其他學(xué)科教學(xué)研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維;小學(xué)科學(xué);教學(xué)模式

【中圖分類號(hào)】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2022）04-076-03

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)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(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)。[1]從應(yīng)用的角度上看，通過計(jì)算思維對(duì)問題進(jìn)行分解、約簡(jiǎn)，并通過轉(zhuǎn)化和仿真的手段去研究問題，可以使很多復(fù)雜的問題通過類似模式化的方法迎刃而解。[2]培養(yǎng)人們的計(jì)算思維，是讓人們學(xué)會(huì)像計(jì)算機(jī)那樣解決問題的思維方式。

經(jīng)過文獻(xiàn)分析可知，小學(xué)計(jì)算思維的培養(yǎng)策略多應(yīng)用于信息技術(shù)教學(xué)、編程教學(xué)等方面。另外，將計(jì)算思維應(yīng)用于其他學(xué)科教學(xué)的研究卻比較少。其實(shí)，計(jì)算思維不能僅局限在信息技術(shù)課、編程教育等途徑進(jìn)行培養(yǎng)，小學(xué)其他學(xué)科同樣可以將計(jì)算思維融入教學(xué)中，尤其是小學(xué)科學(xué)課也可以將計(jì)算思維方法融入其中，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維的意義

首先，有助于學(xué)生高階思維的發(fā)展。在小學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維很大程度上培養(yǎng)了學(xué)生的高階思維習(xí)慣，讓學(xué)生能夠從問題出發(fā)，分解問題并一一解決。不將學(xué)生的思維局限在知識(shí)的學(xué)習(xí)上，而是讓學(xué)生充分地發(fā)散思維，發(fā)現(xiàn)問題所在，重視思維過程。

其次，有助于學(xué)生身心發(fā)展。計(jì)算思維的培養(yǎng)讓學(xué)生學(xué)會(huì)了從多個(gè)角度看待問題，能夠讓學(xué)生學(xué)會(huì)理性地看待問題，并針對(duì)此問題進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)，建構(gòu)出一套合理的解決方案，在各種問題的解決上同樣適用，這對(duì)于學(xué)生今后的身心發(fā)展有極大的幫助。

最后，有助于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)提升。近年來，科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)已漸漸成為小學(xué)教育的核心內(nèi)容，計(jì)算思維的培養(yǎng)也為學(xué)生綜合素質(zhì)的提升提供一份助力。培養(yǎng)計(jì)算思維最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠讓學(xué)生養(yǎng)成理性看待問題的良好習(xí)慣，可以讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)“三思而后行”的處理方式，極大提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，甚至是綜合素質(zhì)。

將計(jì)算思維應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)教學(xué)的策略

小學(xué)科學(xué)教師可以有意識(shí)地強(qiáng)化學(xué)生的分解問題、構(gòu)建計(jì)劃、設(shè)計(jì)思路、數(shù)據(jù)計(jì)算及分析能力。尤其是針對(duì)小學(xué)科學(xué)中的一些實(shí)驗(yàn)課程，教師可以提醒學(xué)生嘗試自己來設(shè)計(jì)與課本不同的實(shí)驗(yàn)方案以及用數(shù)據(jù)來測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果。基于此，本研究設(shè)計(jì)了基于計(jì)算思維的小學(xué)科學(xué)教學(xué)模式圖，如圖1所示。首先，明確要探究的對(duì)象、問題、目的，讓學(xué)生能夠清晰地知道自己要做什么，從哪些方面入手。其次，教師可以提出一些探究建議，補(bǔ)充探究所需要的能力，之后讓學(xué)生自己來規(guī)劃他們的實(shí)驗(yàn)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、流程、記錄方式。最后，讓學(xué)生將自己的數(shù)據(jù)與課本內(nèi)容相結(jié)合，教師從旁引導(dǎo)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。整個(gè)探究過程有計(jì)劃、有目的、有順序地開展，加深學(xué)生對(duì)于該問題的印象，久而久之對(duì)于問題的探討學(xué)生們會(huì)形成一種有條理的習(xí)慣，這個(gè)過程就包含了計(jì)算思維的形成。

基于計(jì)算思維的教學(xué)設(shè)計(jì)

下面以教科版五年級(jí)上冊(cè)“生物與環(huán)境”單元的第一課“種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)”（2課時(shí)）為例，具體闡述如何應(yīng)用本模式開展基于計(jì)算思維的小學(xué)科學(xué)課教學(xué)。

1.提出課題，發(fā)現(xiàn)問題

教師活動(dòng)：從生活出發(fā)引出學(xué)習(xí)課題“種子發(fā)芽”，出示小麥的成長(zhǎng)過程，提問：“你認(rèn)為綠豆種子萌發(fā)需要什么樣的條件呢？你如何來證明種子萌發(fā)真的需要你所說的條件？”

學(xué)生活動(dòng)：從小麥的生長(zhǎng)過程中猜測(cè)出種子萌發(fā)所需要的條件，小組合作，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的問題所在，即如何證明種子需要這些條件。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生從相似的發(fā)芽生長(zhǎng)過程中進(jìn)行類比，自行發(fā)現(xiàn)綠豆種子的萌發(fā)條件，并引導(dǎo)學(xué)生逐漸靠近對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，并思考如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.分解問題，逐個(gè)答疑

教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，并提出實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生們應(yīng)該怎么做，讓學(xué)生自行交流，發(fā)現(xiàn)問題;之后針對(duì)學(xué)生的問題進(jìn)行答疑，并進(jìn)行方法傳授。

學(xué)生活動(dòng)：針對(duì)教師問題展開小組合作討論，實(shí)驗(yàn)過程中可能用到哪些東西，怎么設(shè)置對(duì)照組，提出可能遇到的問題，積極參與。

設(shè)計(jì)意圖：應(yīng)用計(jì)算思維的“分解問題”要素，在驗(yàn)證猜想的大問題下分解成小問題，逐個(gè)攻破，學(xué)生提問教師答疑，既實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主題的課堂，又突出了計(jì)算思維的教學(xué)思想。

3.小組合作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

教師活動(dòng)：發(fā)放學(xué)習(xí)單，提出設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的錯(cuò)誤之處做出修正，要求學(xué)生完成表單填寫。

學(xué)生活動(dòng)：小組合作動(dòng)手設(shè)計(jì)，通過教師的提醒討論所要驗(yàn)證的因素，小組分工完成實(shí)驗(yàn)流程、因素的探究、對(duì)照組的設(shè)置、數(shù)據(jù)的收集方法、記錄方法、數(shù)據(jù)分析等相關(guān)步驟，并進(jìn)行方案交流匯報(bào)，吸取經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生能夠按照自己的方法，從身邊的材料出發(fā)，合作設(shè)計(jì)自己的實(shí)驗(yàn)方案，且在此處突出了計(jì)算思維的設(shè)計(jì)以及架構(gòu)建立的要素，充分發(fā)揮計(jì)算思維在教學(xué)過程中的應(yīng)用與重要作用。

4.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)

教師活動(dòng)：由于實(shí)驗(yàn)的過程是學(xué)生在課下進(jìn)行的，因此教師可實(shí)時(shí)提醒學(xué)生實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度，注意事項(xiàng)，數(shù)據(jù)收集規(guī)范等問題。

學(xué)生活動(dòng)：按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的流程、分工完成自己的工作。

5.數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論

學(xué)生活動(dòng)：該步驟需要學(xué)生自己根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及種子萌發(fā)的一般規(guī)律進(jìn)行對(duì)照，發(fā)現(xiàn)自己的實(shí)驗(yàn)是否達(dá)到預(yù)期效果，得出本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，即綠豆種子的萌發(fā)與哪些因素有關(guān)。

6.交流分享，評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)

教師活動(dòng)：發(fā)布任務(wù)，讓學(xué)生就自己的實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)論、心得、注意事項(xiàng)等方面展開一個(gè)交流匯報(bào)，匯報(bào)方式多樣，并要求學(xué)生給自己和其他小組的實(shí)驗(yàn)匯報(bào)打分，滿分十分，完成自評(píng)互評(píng)。并提出綠豆生長(zhǎng)的相關(guān)問題，提醒學(xué)生從自己的實(shí)驗(yàn)過程出發(fā)。

學(xué)生活動(dòng)：針對(duì)教師所提出的問題展開以小組為單位的匯報(bào)，并說出自己的結(jié)論、心得、實(shí)驗(yàn)存在哪些不足等，思考老師所提出的問題并進(jìn)行回答。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，延伸問題，探討綠豆生長(zhǎng)過程的條件，為下節(jié)課的實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維的建議

1.對(duì)于學(xué)校的建議

學(xué)校應(yīng)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)引起重視，要明確計(jì)算思維的培養(yǎng)絕不局限于在信息技術(shù)或編程課程上應(yīng)用，計(jì)算思維培養(yǎng)是可以與任何學(xué)科課程相融合的，將其應(yīng)用在日常教學(xué)中是很有必要的。因而，學(xué)校應(yīng)大力開展計(jì)算思維培養(yǎng)活動(dòng)，加強(qiáng)教師相關(guān)培訓(xùn)，積極開展計(jì)算思維教學(xué)研究工作。

2.對(duì)于教師的建議

計(jì)算思維的培養(yǎng)是一項(xiàng)長(zhǎng)期、持續(xù)且需要教師引導(dǎo)的教學(xué)工作，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的前提是教師自身要具備計(jì)算思維的能力和習(xí)慣。建議教師要注重提升自身的計(jì)算思維，并注重將計(jì)算思維融入自己的教學(xué)中，有意識(shí)地用計(jì)算思維來解決教學(xué)、生活中的相關(guān)問題，并關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)、生活中計(jì)算思維的應(yīng)用。

綜上所述，將計(jì)算思維融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)活動(dòng)，是一個(gè)很有意義的探索方向。計(jì)算思維融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)，既培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維，又提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。計(jì)算思維的培養(yǎng)不能僅局限于信息技術(shù)課，小學(xué)各學(xué)科都要重視學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

注：本文系河南省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度一般課題“館校合作背景下小學(xué)科學(xué)教育項(xiàng)目開發(fā)與應(yīng)用研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2021YB0263）研究成果

參考文獻(xiàn)

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