鄧彩虹 福建師范大學(xué)平潭附屬中學(xué)

計(jì)算思維本質(zhì)上是一種思維活動(dòng)，這種思維活動(dòng)需要內(nèi)化為個(gè)人解決問題的能力，并“條件性”地體現(xiàn)在各種問題的解決中。筆者認(rèn)為，創(chuàng)設(shè)不同的情境，啟發(fā)學(xué)生分析解決問題，并能夠?qū)⒁话惴桨浮⒉襟E清晰準(zhǔn)確地表述出來，有利于提高學(xué)生的計(jì)算思維。下面，筆者以福建教育出版社出版的信息技術(shù)七年級(jí)下冊(cè)第二單元“走進(jìn)程序設(shè)計(jì)”第6課《探秘智能小車中的分支結(jié)構(gòu)》為例，探究在教學(xué)過程中如何創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境鏈培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

● 核心素養(yǎng)培育下的初中編程教學(xué)問題

1.教學(xué)內(nèi)容較為單一

初中信息技術(shù)教材采用C語言作為編程語言，在教學(xué)實(shí)踐過程中，筆者發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生雖然在小學(xué)階段已經(jīng)學(xué)過圖形化編程，具備一定的抽象思維能力，擁有初步的編程思維，但在初學(xué)C語言時(shí)仍然很吃力，同時(shí)，傳統(tǒng)的教學(xué)拘泥于編程知識(shí)、技巧的簡單傳授，容易讓學(xué)生覺得編程學(xué)習(xí)很枯燥。例如，在教學(xué)《探秘智能小車中的分支結(jié)構(gòu)》一課時(shí)，傳統(tǒng)教學(xué)大多數(shù)是以學(xué)習(xí)語法規(guī)則、代碼編寫為主線，枯燥的編程學(xué)習(xí)容易讓學(xué)生失去興趣，理解和應(yīng)用也就大打折扣。

2.學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)比較簡單

在教學(xué)實(shí)際中，大多數(shù)教師僅在教學(xué)的導(dǎo)入部分或某一教學(xué)活動(dòng)中創(chuàng)設(shè)情境，未能將情境學(xué)習(xí)理念貫徹整個(gè)編程教學(xué)過程。同時(shí)，開放式交互情境的學(xué)習(xí)情境較少，對(duì)促進(jìn)學(xué)生協(xié)作開展知識(shí)構(gòu)建的作用不大，也不利于學(xué)生思維活動(dòng)的深化。

3.計(jì)算思維培養(yǎng)重視不足

目前，很多初中編程教學(xué)沿用傳統(tǒng)的講練結(jié)合教學(xué)模式，忽視計(jì)算思維培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，使學(xué)生缺乏主動(dòng)思維的意識(shí)。計(jì)算機(jī)解決問題的思路是由人來決定的，所以教師不能拘泥于具體的編程語句或代碼的簡單傳授，要注重培養(yǎng)學(xué)生在抽象的編程學(xué)習(xí)過程中運(yùn)用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的思想來解決問題的計(jì)算思維能力。

● 創(chuàng)設(shè)情境助力培養(yǎng)計(jì)算思維

在中小學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)過程中，編程是體現(xiàn)計(jì)算思維的最佳方式之一。教師在教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂活動(dòng)、效果評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)上要恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用各種教學(xué)方法，使學(xué)生能夠在掌握所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮自己的想象和創(chuàng)造力解決實(shí)際問題。

例如，在《探秘智能小車中的分支結(jié)構(gòu)》一課中，筆者以智能小車在道路行駛中會(huì)遇到的分支為主線，創(chuàng)設(shè)社會(huì)情境、問題情境、應(yīng)用情境、評(píng)價(jià)情境等相互聯(lián)系的學(xué)習(xí)情境，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方法，通過“原理初探”“自動(dòng)過紅綠燈”“自動(dòng)轉(zhuǎn)彎”“無人配送車驗(yàn)證碼取快遞”等環(huán)節(jié)，由淺入深，由易到難，讓任務(wù)層層遞進(jìn)。緊密聯(lián)系的學(xué)習(xí)情境鏈彌補(bǔ)了多元情境教學(xué)中情境創(chuàng)設(shè)不連續(xù)、片段化的不足，避免孤立、零散的情境元素給學(xué)生帶來認(rèn)知和思維發(fā)展存在“跳躍”和“斷層”的情形，有利于學(xué)生形成計(jì)算思維漸進(jìn)發(fā)展的實(shí)踐場(chǎng)域，也避免其在自主學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生厭倦感和枯燥感。進(jìn)而通過學(xué)習(xí)情境鏈“節(jié)點(diǎn)”之間的情境要素“流動(dòng)”，增強(qiáng)項(xiàng)目式編程教學(xué)活動(dòng)中學(xué)習(xí)的交互性，學(xué)生親身體驗(yàn)、參與編程過程，不斷優(yōu)化算法并且編程實(shí)現(xiàn)，將計(jì)算思維逐步“滲透”到自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)中，在情境中不斷促進(jìn)計(jì)算思維的發(fā)展。

● 教學(xué)案例

1.導(dǎo)入社會(huì)情境，激發(fā)學(xué)生興趣

分支結(jié)構(gòu)是程序設(shè)計(jì)常用的基本結(jié)構(gòu)之一，筆者以華為ADS無人駕駛汽車為切入點(diǎn)，讓學(xué)生感受科技的力量，引導(dǎo)學(xué)生思考無人駕駛汽車如何做到眼觀六路、耳聽八方。學(xué)生在思考這個(gè)問題時(shí)，一般都能夠說出無人駕駛小車智能系統(tǒng)需要進(jìn)行判斷，但是對(duì)采用什么樣的傳感器以及如何判斷卻不了解。啟發(fā)學(xué)生思考、討論、表達(dá)無人駕駛汽車的工作原理，向?qū)W生歸納總結(jié)無人駕駛汽車擁有一套模仿人駕駛過程的系統(tǒng)，其中包含感知、定位、規(guī)劃、決策、控制等核心模塊。全車配備了非常多的傳感器，這些傳感器共同感知、共同決策，對(duì)外界進(jìn)行持續(xù)檢測(cè)判斷，分析路況環(huán)境，并且作出駕駛動(dòng)作選擇。從而引入分支結(jié)構(gòu)的定義，讓學(xué)生初步感受分支結(jié)構(gòu)，為后面的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

2.設(shè)置問題情境，培養(yǎng)計(jì)算思維

筆者設(shè)置了兩個(gè)由易到難的問題情境，即智能小車如何自動(dòng)過紅綠燈和自動(dòng)轉(zhuǎn)彎，引導(dǎo)學(xué)生從無人駕駛汽車行駛情境中了解分支結(jié)構(gòu)。

首先引導(dǎo)學(xué)生分析智能小車如何自動(dòng)過紅綠燈，討論當(dāng)傳感器識(shí)別出不同顏色的紅綠燈時(shí)智能小車會(huì)選擇做出怎樣的駕駛動(dòng)作，在情境中了解分支結(jié)構(gòu)，筆者帶領(lǐng)學(xué)生不斷完善智能小車自動(dòng)過紅綠燈的流程圖，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)流程圖，完善程序，調(diào)試運(yùn)行。

在理解并學(xué)會(huì)用分支結(jié)構(gòu)解決智能小車自動(dòng)過紅路燈問題后，繼續(xù)設(shè)置智能小車如何自動(dòng)轉(zhuǎn)彎這一問題情境，引導(dǎo)學(xué)生分析基本檢測(cè)原理，筆者用1代表傳感器探測(cè)到道路邊緣，0表示沒有探測(cè)到，這樣便于學(xué)生理解和描述問題。在這個(gè)情境中向?qū)W生介紹分支結(jié)構(gòu)中使用if語句嵌套的情況，引導(dǎo)學(xué)生自行完善智能小車自動(dòng)轉(zhuǎn)彎的流程圖（如下圖），啟發(fā)學(xué)生思考不同的轉(zhuǎn)彎，判斷條件是什么，并根據(jù)程序流程寫出程序代碼。在這個(gè)過程中指導(dǎo)學(xué)生在使用if嵌套時(shí)要注意分清層次，明白else所對(duì)應(yīng)的應(yīng)當(dāng)是離得最近的if語句，防止發(fā)生邏輯錯(cuò)誤。

在解決上述兩個(gè)問題情境的過程中，筆者通過引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用思維技能進(jìn)行問題求解，使學(xué)生明白分支條件和分析程序流程是分支結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)程序過程中視情況選擇適當(dāng)?shù)姆种дZ句，學(xué)生在解決問題的過程中，理解了分支結(jié)構(gòu)的原理，在情境中培養(yǎng)了計(jì)算思維。

3.拓展應(yīng)用情境，促進(jìn)知識(shí)遷移

隨著課堂任務(wù)的推進(jìn)，筆者與學(xué)生逐一研究在解決問題過程中存在的困難，并通過分解步驟進(jìn)行講解，引導(dǎo)學(xué)習(xí)由淺入深地掌握重難點(diǎn)。經(jīng)過前面兩個(gè)課堂任務(wù)，學(xué)生對(duì)分支結(jié)構(gòu)有了一定的理解。這時(shí)，筆者合理提高課堂任務(wù)難度，提出無人配送車驗(yàn)證碼取快遞在程序設(shè)計(jì)中如何使用分支結(jié)構(gòu)這一應(yīng)用情境，進(jìn)一步思考如何防止被人以不斷地輸入驗(yàn)證碼的方式進(jìn)行暴力破解，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作探究，通過探討如何增加系統(tǒng)的安全性，做到拓展延伸，進(jìn)階啟發(fā)思維，加深對(duì)分支結(jié)構(gòu)的理解，增強(qiáng)信息安全意識(shí)，更好地突破本節(jié)課的教學(xué)重難點(diǎn)。

4.構(gòu)建評(píng)價(jià)情境，樹立社會(huì)責(zé)任

筆者向?qū)W生提出了擴(kuò)展思考：你想擁有無人駕駛汽車嗎？為什么？鼓勵(lì)學(xué)生圍繞無人駕駛汽車的優(yōu)勢(shì)與存在的問題展開交流探討和評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生客觀、理性地對(duì)待無人駕駛汽車。初中學(xué)生已經(jīng)具備了一定的信息安全保護(hù)知識(shí)，因此，在學(xué)生討論過程中教師要適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)信息安全責(zé)任意識(shí)，如通過學(xué)生分組討論，用表格、思維導(dǎo)圖等方式列出無人駕駛汽車行駛過程中應(yīng)該注意的安全問題以及保護(hù)措施。同時(shí)，教師還可對(duì)學(xué)生的小組討論結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)評(píng)價(jià)，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的信息社會(huì)道德與倫理準(zhǔn)則意識(shí)，樹立正確的信息社會(huì)安全責(zé)任意識(shí)。

● 結(jié)語

本節(jié)課以智能小車在行駛過程中可能會(huì)遇到的分支結(jié)構(gòu)為主線，通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，設(shè)置兩個(gè)由易到難的課堂任務(wù)，讓學(xué)生針對(duì)教師提出的問題進(jìn)行積極探討，再通過如何解決問題、如何編寫程序等問題，層層遞進(jìn)，讓學(xué)生在“做中學(xué)”，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在拓展任務(wù)中，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考如何優(yōu)化程序，提升學(xué)生的高階思維，如學(xué)生可能會(huì)想到限制驗(yàn)證碼輸入的次數(shù)、隨機(jī)驗(yàn)證碼等，這些將成為他們學(xué)習(xí)后面知識(shí)的動(dòng)力，增加學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生解決生活中實(shí)際問題的能力。