盧華

〔摘? ? 要〕? 人工智能的發(fā)展為中國(guó)基礎(chǔ)教育改革帶來(lái)了新的方向。本文探討了如何運(yùn)用計(jì)算思維促進(jìn)小學(xué)信息科技課程的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，從而幫助學(xué)生更科學(xué)地提高學(xué)習(xí)成績(jī)。

〔關(guān)鍵詞〕? STEM課程；信息科技；計(jì)算思維；開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? ? （2024）? 15? ? 064-066

當(dāng)前，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)不斷變化，教育改革和進(jìn)步出現(xiàn)許多方向，如數(shù)字化轉(zhuǎn)型、人工智能教學(xué)、STEM課程教學(xué)等。本文主要對(duì)小學(xué)信息技術(shù)STEM課程的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行了探索和分析。

一、STEM課程是什么？

（一）STEM課程的概念

STEM教育是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四個(gè)學(xué)科首字母的縮寫(xiě)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的科技理工能力，鼓勵(lì)學(xué)生在理工方面的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，為開(kāi)創(chuàng)科學(xué)創(chuàng)新的新局面打下基礎(chǔ)。

（二）STEM課程重點(diǎn)

STEM課程側(cè)重于加強(qiáng)學(xué)生四個(gè)方面的教育：科學(xué)素養(yǎng)，即利用物理、化學(xué)、生命科學(xué)和地球科學(xué)的知識(shí)來(lái)理解自然并參與影響自然的過(guò)程；技術(shù)能力，是指使用、管理、理解和評(píng)估技術(shù)的能力；工程能力，是指對(duì)技術(shù)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程的理解；數(shù)學(xué)素養(yǎng)，是指學(xué)生在不同情境下發(fā)現(xiàn)、表達(dá)、解釋和解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的能力。

二、STEM課程的教學(xué)特點(diǎn)

（一）開(kāi)放性

STEM教育的教學(xué)特點(diǎn)在于其開(kāi)放性，不僅能夠向?qū)W生傳達(dá)知識(shí)，而且主要目的是完成教學(xué)項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生全面應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。此外，STEM課程強(qiáng)調(diào)實(shí)用性，要求學(xué)生在實(shí)踐中能夠解決具體問(wèn)題，使他們對(duì)知識(shí)的深刻理解來(lái)自生活的不同方面。在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，學(xué)生不需要考慮應(yīng)用哪門(mén)學(xué)科，而是將綜合的知識(shí)直接應(yīng)用到解決方案中。通過(guò)這樣的思維練習(xí)，在學(xué)生的腦海中無(wú)形地打破了不同學(xué)科之間的障礙，擺脫傳統(tǒng)思維模式的束縛。

（二）應(yīng)用性

傳統(tǒng)教育重在向?qū)W生傳達(dá)知識(shí)，而STEM課程的核心目標(biāo)主要培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因此，學(xué)生應(yīng)該將知識(shí)獲取與實(shí)踐作業(yè)相結(jié)合，而不是僅僅局限于課本上的知識(shí)。因?yàn)閷?duì)知識(shí)的深刻理解來(lái)自生活的各個(gè)方面，所以他們能夠?qū)嶋H應(yīng)用知識(shí)，而不僅僅局限于課本知識(shí)。在這一教學(xué)哲學(xué)框架內(nèi)獲得的知識(shí)更加全面，符合小學(xué)科學(xué)課程改革對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的要求。

三、計(jì)算思維的特點(diǎn)

計(jì)算思維是基于技巧，而非機(jī)械技巧的思維模式，是人而非計(jì)算機(jī)的思維模式，需要從抽象層面思考的一種內(nèi)在思維能力。信息技術(shù)和計(jì)算思維是相通的，都是人們通過(guò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，通過(guò)與計(jì)算機(jī)聯(lián)系而掌握的能力，以及對(duì)內(nèi)化能力的欣賞。但兩者也有最根本的不同：信息技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是人本身運(yùn)用電腦工具的能力，而計(jì)算思維則更側(cè)重于作為電腦科學(xué)家的人的思維能力。

四、計(jì)算思維與比較中的信息科技素養(yǎng)

培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)包括資訊意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)位學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、資訊社會(huì)責(zé)任。這四個(gè)方面各有特點(diǎn)，同時(shí)又相互支撐、相互滲透，共同促進(jìn)數(shù)字技能和學(xué)生技能水平的提高。教學(xué)理念的深刻轉(zhuǎn)變體現(xiàn)在課程名稱(chēng)的變化上。突出技巧性的操作和知識(shí)點(diǎn)、技巧和能力的培養(yǎng)，使學(xué)生知其所以然，融會(huì)貫通；以技術(shù)為先導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)對(duì)世界的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)面對(duì)問(wèn)題時(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在技術(shù)的指導(dǎo)下，學(xué)生能夠得出結(jié)論并整合知識(shí)，提高適應(yīng)性能力和創(chuàng)造力。

五、運(yùn)用計(jì)算思維開(kāi)發(fā)信息科技STEM課程

（一）教學(xué)理念更簡(jiǎn)單，教學(xué)方法更多樣

STEM課程主要目的在于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力。所以，教師必須熟練地運(yùn)用電腦思維來(lái)教學(xué)。學(xué)生在學(xué)習(xí)復(fù)雜的學(xué)科知識(shí)時(shí)往往感到枯燥乏味，教師就可以用情景教學(xué)、講故事、提問(wèn)題等多種教學(xué)方法來(lái)吸引學(xué)生的注意力。教師把枯燥乏味的課堂變成輕松愉快的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過(guò)運(yùn)用不同的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。最后，教師應(yīng)該知行合一，讓學(xué)生學(xué)以致用。通過(guò)實(shí)際操作，學(xué)生可以親身體驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣，從而在未來(lái)的學(xué)習(xí)和生活中產(chǎn)生更大的動(dòng)力。例如，在動(dòng)畫(huà)制作軟件的教學(xué)中，蒙版的應(yīng)用是一種重要的動(dòng)畫(huà)制作方法，教師應(yīng)以幫助學(xué)生理解蒙版動(dòng)畫(huà)原理、掌握蒙版動(dòng)畫(huà)應(yīng)用為教學(xué)目標(biāo)。大多數(shù)學(xué)生已經(jīng)掌握了動(dòng)畫(huà)插值和形狀插值動(dòng)畫(huà)，并對(duì)幀和圖層的概念有了很好的理解?；谶@一基礎(chǔ)，我將教學(xué)任務(wù)情境化，并設(shè)計(jì)了一個(gè)場(chǎng)景，讓宇航員費(fèi)俊龍、鄧清明、張陸在神舟十五號(hào)飛船成功發(fā)射后觀察地球的自轉(zhuǎn)，“地球自轉(zhuǎn)”動(dòng)畫(huà)需要學(xué)生自己動(dòng)手做出來(lái)。在這個(gè)背景下，我運(yùn)用了地理學(xué)、信息技術(shù)、空間幾何學(xué)和繪畫(huà)等學(xué)科的知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)STEM教育項(xiàng)目。

（二）廣泛使用多種教學(xué)資源

在STEM培訓(xùn)中，強(qiáng)調(diào)廣泛使用跨學(xué)科知識(shí)對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的提升至關(guān)重要。網(wǎng)絡(luò)為教師提供了豐富的資源，小學(xué)教師可以積極利用網(wǎng)絡(luò)資源，如收集科普視頻、科普動(dòng)漫等豐富教學(xué)內(nèi)容，以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。另外，教師可以通過(guò)組織一些課外活動(dòng)，如知識(shí)競(jìng)賽、小游戲等，讓學(xué)生在活動(dòng)中體會(huì)到知識(shí)的樂(lè)趣，從而促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展和提高，培養(yǎng)學(xué)生的信任感，以避免科學(xué)理論被認(rèn)為是枯燥乏味的。在《認(rèn)識(shí)畫(huà)圖》教學(xué)中，教師旨在幫助學(xué)生掌握操作技巧，能將“翻轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)”和“伸縮/扭轉(zhuǎn)”兩種指令靈活運(yùn)用于繪圖軟件中，使之在調(diào)整形狀時(shí)更具美感。這樣的教學(xué)方式對(duì)學(xué)生審美能力的培養(yǎng)、操作技能的培養(yǎng)都有很大的幫助。在課堂教學(xué)中，教師可以先從幾何構(gòu)成、色彩搭配等藝術(shù)角度，將圖形怎樣調(diào)整的問(wèn)題向?qū)W生簡(jiǎn)明扼要地講解，使之與審美習(xí)慣和圖形調(diào)整的整體思路更加吻合。然后，教師可以講解具體的操作指令，比如：在講解“翻轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)”指令時(shí)，可利用數(shù)學(xué)課上學(xué)生所學(xué)知識(shí)，簡(jiǎn)單講解“水平翻”“垂直翻”“以一定角度翻”等概念，并通過(guò)操作實(shí)例演示這些操作所能達(dá)到的效果。此外，教師還可以在這方面向?qū)W生深入淺出地介紹其他軟件的不同圖形操作方法，以便于學(xué)生看清調(diào)整圖形的內(nèi)容，具有更廣闊的視角。這樣的教學(xué)方法可以幫助學(xué)生更好地掌握操作技能，提升他們的審美能力，豐富他們的綜合素質(zhì)。

創(chuàng)新的教學(xué)策略與程序設(shè)計(jì)方法，缺一不可。整合式計(jì)算思維不僅改變了內(nèi)容和工具，而且改變了教學(xué)的方式和途徑。在我們的研究課題中，我們對(duì)一系列的程序設(shè)計(jì)策略和方法進(jìn)行了歸納和總結(jié)。首先，使用案例教學(xué)讓學(xué)生能夠獨(dú)立構(gòu)建編程指令集?！俺绦蚧瘜W(xué)習(xí)”主要涉及三個(gè)方面的知識(shí)內(nèi)容：環(huán)境知識(shí)、語(yǔ)言知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)。語(yǔ)文規(guī)律本身的東西，才是語(yǔ)文學(xué)習(xí)的核心。傳統(tǒng)的編程教學(xué)主要采用標(biāo)準(zhǔn)化的方法，從基本的語(yǔ)句格式開(kāi)始，詳細(xì)講解不同語(yǔ)句的各個(gè)元素，最后對(duì)語(yǔ)言規(guī)則舉一反三地介紹。與之相比，我們采用的是案例研究教學(xué)法，先仿照典型程序，歸納基本語(yǔ)句格式或解題基本規(guī)律，然后在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中套用這些規(guī)律或方法，使同類(lèi)問(wèn)題得到解決。學(xué)生不僅能夠掌握編程語(yǔ)言的基本規(guī)則，還能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中，從而更好地理解和掌握編程的核心概念。這種方法可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高他們的實(shí)際技能，并幫助他們更好地理解和掌握程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素。

目前，大多數(shù)中小學(xué)和高中使用源代碼編輯軟件進(jìn)行編程教學(xué)。學(xué)生可以輕松創(chuàng)建游戲和編程產(chǎn)品，這些產(chǎn)品包含故事情節(jié)，只需拖動(dòng)圖形。學(xué)生在“創(chuàng)建應(yīng)用”的編程方法基礎(chǔ)上，完成學(xué)習(xí)編程的一項(xiàng)重要任務(wù)，不再僅僅是寫(xiě)代碼，而是設(shè)計(jì)功能齊全的應(yīng)用。

案例1：我的源代碼編輯繪圖程序。

教師展示了一個(gè)學(xué)生的源代碼編輯作業(yè)示例——“繪制一幅圖”。

在節(jié)目中體驗(yàn)節(jié)目操作，思考人物，以及與之相對(duì)應(yīng)的作用。

觀察主要?jiǎng)幼鞯氖钱?huà)筆工具，分析圖形腳本，并以直線連接的方式操作，與對(duì)應(yīng)的腳本模組完成“連接”的過(guò)程。

兩人合作，一人負(fù)責(zé)保持現(xiàn)有實(shí)例程序不變，另一人負(fù)責(zé)將對(duì)應(yīng)的指令從“PaintPen”工具元素中刪除，并對(duì)比分析每一條指令的效果。學(xué)生需要根據(jù)自己的意圖，在創(chuàng)建“繪圖”程序的過(guò)程中，對(duì)用戶(hù)與程序之間的交互方式，以及實(shí)現(xiàn)功能的途徑進(jìn)行深入思考。知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)被有機(jī)地融入設(shè)計(jì)意義非凡的“繪圖”程式之中。這樣，學(xué)生就不再只是一個(gè)消費(fèi)者了，而變成一個(gè)技術(shù)的創(chuàng)造者。除此之外，學(xué)生還可以在其基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)編程，甚至寫(xiě)出更“累贅”的程序。這種教學(xué)策略的基本理念是利用、改變和創(chuàng)造。通過(guò)對(duì)模擬設(shè)計(jì)參數(shù)的改變，引導(dǎo)學(xué)生找到別人的解題方法，從而對(duì)技術(shù)的核心要點(diǎn)有進(jìn)一步理解。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生要試著在游戲中加入更多的功能，把學(xué)到的知識(shí)和技能運(yùn)用到解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中去，這樣學(xué)習(xí)起來(lái)才會(huì)更有樂(lè)趣。

案例2：畫(huà)組合圖形。

你能畫(huà)組合圖形嗎？初始角度是多少？畫(huà)這個(gè)圖形的命令是什么？畫(huà)完圖形后，圖形的位置在哪里？第二個(gè)形狀的起始位置在哪里？圖像的初始角度是多少？畫(huà)這個(gè)圖形的命令是什么？將復(fù)雜的組合形狀分解成兩個(gè)簡(jiǎn)單的形狀——等邊三角形和四邊形，這樣學(xué)生在畫(huà)復(fù)雜形狀時(shí)，重點(diǎn)就能分開(kāi)，難度就會(huì)降低，也更容易理解。這種分解方法有助于學(xué)生逐步掌握繪制復(fù)雜圖形的技巧，同時(shí)培養(yǎng)他們對(duì)圖形構(gòu)成的整體認(rèn)識(shí)和抽象思維能力，從而提高他們的邏輯思維和問(wèn)題分解能力。這種教學(xué)方法不僅有助于學(xué)生掌握?qǐng)D形繪制的基本技能，還能夠激發(fā)他們對(duì)圖形設(shè)計(jì)和創(chuàng)作的興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造力和想象力。通過(guò)模式構(gòu)建培養(yǎng)正確的編程方法，對(duì)現(xiàn)代大型軟件系統(tǒng)的成功發(fā)展至關(guān)重要。在編程教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)“個(gè)性化”方法更為嚴(yán)重，即使學(xué)生編寫(xiě)了“大量”程序，他們?nèi)匀粺o(wú)法將其轉(zhuǎn)化為解決類(lèi)似問(wèn)題的過(guò)程。因此，我們主張模式構(gòu)建，這涉及總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和模式，以提供可轉(zhuǎn)移和推廣到更廣泛?jiǎn)栴}解決和應(yīng)用的通用解決方案。通過(guò)模式構(gòu)建，學(xué)生可以學(xué)會(huì)如何將抽象的編程概念與具體的問(wèn)題場(chǎng)景相結(jié)合，從而更好地理解編程思維方法。

案例3：循環(huán)語(yǔ)句。

循環(huán)語(yǔ)句是編程中最有挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)。主要是在使用圖形化編輯器編輯語(yǔ)句時(shí)，需要自己實(shí)現(xiàn)四個(gè)部分的循環(huán)。運(yùn)用模式教授循環(huán)語(yǔ)句能夠幫助學(xué)生建立基本的模式，來(lái)解決循環(huán)結(jié)構(gòu)問(wèn)題：初始條件、循環(huán)條件、控制條件、循環(huán)體。在解決其他類(lèi)似的問(wèn)題時(shí)，學(xué)生只需要根據(jù)具體的題目，相應(yīng)地修改這個(gè)基本模式對(duì)應(yīng)的部分就可以了。模式架構(gòu)下的編程學(xué)習(xí)，能幫助學(xué)生建立良好的編程思路和編程方式。

總之，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)教育的要求也在不斷提高。在給學(xué)生減負(fù)的同時(shí)，提高學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力變得格外重要。因此，本文就信息技術(shù)課程中計(jì)算思維在中小學(xué)階段的發(fā)展與運(yùn)用進(jìn)行了探討。簡(jiǎn)單和高效是新時(shí)代基礎(chǔ)教育改革和發(fā)展的新方向，也是社會(huì)對(duì)人才的迫切需求。

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