【摘 要】計(jì)算思維作為信息科技學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，一直是教學(xué)關(guān)注的重點(diǎn)。如何在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維呢？本文通過對(duì)教學(xué)案例的首次執(zhí)教和兩次迭代過程，反思總結(jié)出具備計(jì)算思維的學(xué)生特質(zhì)和以培養(yǎng)學(xué)科思維方式為課堂主線的教學(xué)方式。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維；問題解決；課程迭代

【中圖分類號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2024）08-072-02

案例背景

計(jì)算思維自提出到確定為信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)，其重要性不言而喻。計(jì)算思維是“個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案過程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)”。執(zhí)教圖形化編程畫筆模塊時(shí)，筆者逐漸意識(shí)到：只練習(xí)編程技能，留下的僅是舞臺(tái)區(qū)靜止的線條，唯有在繪制動(dòng)畫的過程中，讓學(xué)生思維最大限度地動(dòng)起來，才能訓(xùn)練強(qiáng)有力的思維技能。筆者以對(duì)三屆學(xué)生循環(huán)執(zhí)教的“畫城堡”一課為例，分析不同時(shí)期的三個(gè)版本設(shè)計(jì)，并分享探索計(jì)算思維教學(xué)過程中的一些思考和認(rèn)識(shí)。

案例描述

1.0版本：以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的編程教學(xué)

首次執(zhí)教“畫城堡”一課，是接手信息科技教學(xué)工作的第一年。備這節(jié)課時(shí)，筆者的教學(xué)理念停留在理論學(xué)習(xí)時(shí)接觸的教學(xué)方法和策略，第一版教學(xué)設(shè)計(jì)參考了教師教學(xué)用書，采用的是任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，讓學(xué)生在圖形化編程軟件里用新建積木塊的方法畫出組合圖形“城堡”。

本課按照“出示任務(wù)、分析任務(wù)、完成任務(wù)、拓展任務(wù)”的任務(wù)驅(qū)動(dòng)思路組織教學(xué)，將模塊化程序思想的學(xué)習(xí)融入到任務(wù)實(shí)現(xiàn)中。實(shí)際教學(xué)中，在調(diào)用積木塊時(shí)，學(xué)生沒有考慮畫筆起始位置、方向帶來的問題，課上大部分精力耗費(fèi)在腳本測(cè)試上，并沒有感受到模塊化程序設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。部分學(xué)生為了完成任務(wù)，直接使用畫筆控件和坐標(biāo)控件，畫出城堡圖，根本沒有調(diào)用功能塊。這樣，本課的模塊化思想只是在新知講授時(shí)被提及，隨后就不了了之。

2.0版本：關(guān)注模塊化算法在問題解決中的應(yīng)用

某次教研活動(dòng)中，筆者做了題為“基于計(jì)算思維的圖形化編程教學(xué)策略的探索”的交流講座，案例反思過程中對(duì)這節(jié)課進(jìn)行了迭代修改。計(jì)算思維是要培養(yǎng)學(xué)生用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法解決問題，鏈接本課就是讓學(xué)生掌握腳本設(shè)計(jì)中模塊化的方法。2.0版本教學(xué)設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于讓學(xué)生理解“積木塊”這個(gè)基礎(chǔ)概念，也就是對(duì)模塊化算法的理解。

2.0版本的教學(xué)思路突出了對(duì)模塊化思想有深入的理解，從“是什么？為什么？”到“如何定義？”形成全面的認(rèn)識(shí)。考慮到1課時(shí)安排和本節(jié)課的難度，筆者在1.0版本上將原有的任務(wù)1進(jìn)行了再分解，增設(shè)了一個(gè)新任務(wù)；結(jié)合1.0版本出現(xiàn)的問題，提供半成品支架，提高了任務(wù)達(dá)成度；小結(jié)時(shí)點(diǎn)明，定義積木塊的過程就是模塊化思想的體現(xiàn)；同時(shí)拓展總結(jié)部分，增加生活中模塊化思想的應(yīng)用，從而幫助學(xué)生理解算法的必要性。

經(jīng)過兩版教學(xué)修改后，學(xué)生任務(wù)完成率得到了提升。筆者和其他教師交流后，都感覺到以上兩個(gè)版本設(shè)計(jì)，學(xué)生能達(dá)成從“學(xué)”到“用”，但是脫離本課情境，離實(shí)現(xiàn)從“用”到“建”、鏈接“模塊化”思想來解決實(shí)際問題，還有一定的差距。

3.0版本：突出在問題解決過程中發(fā)展計(jì)算思維

隨著《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）的頒布，學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向的重要作用得到進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)。在學(xué)習(xí)研讀新課標(biāo)的過程中，筆者對(duì)本課進(jìn)行了第二次迭代，聚焦如何設(shè)計(jì)問題和活動(dòng)，發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維。

計(jì)算思維通過“分解”“模式識(shí)別”“抽象”“算法設(shè)計(jì)”四個(gè)步驟來解決問題，是一種問題解決的思維過程，于是本課的課堂主線由任務(wù)線調(diào)整為思維線。筆者首先引導(dǎo)學(xué)生觀察生活中的建筑，抽象現(xiàn)實(shí)中的建筑為幾何圖形，接著啟發(fā)學(xué)生將城堡分解成更小的、易于拼裝的“基本圖形”，然后通過“定義”基本圖形，將一組腳本模塊化，來完成不同形狀的固化和辨識(shí)，最后調(diào)用定義好的“新積木”，對(duì)腳本進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

3.0教學(xué)設(shè)計(jì)基于新課標(biāo)倡導(dǎo)的真實(shí)性學(xué)習(xí)理念，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，在已有知識(shí)基礎(chǔ)上分析探究學(xué)科原理。為了突出對(duì)模塊化思想本質(zhì)的學(xué)習(xí)，筆者歸納小結(jié)了積木塊在腳本設(shè)計(jì)中的作用，將其優(yōu)勢(shì)細(xì)化在每個(gè)活動(dòng)任務(wù)中，從而解決難點(diǎn)，讓學(xué)生直觀感受到為什么要定義積木塊。

案例反思

“畫城堡”一課的三個(gè)版本設(shè)計(jì)，如圖1所示，展示了筆者對(duì)“計(jì)算思維”從初識(shí)到探索的過程，當(dāng)然，第三個(gè)版本還有很多需要改進(jìn)的地方。迭代的過程是不斷地突破原有思考框架定勢(shì)的過程，也是筆者探索計(jì)算思維教學(xué)的過程，對(duì)于教什么、怎么教，筆者現(xiàn)階段也有了自己的思考。

1.算法學(xué)習(xí)是計(jì)算思維培養(yǎng)的重要內(nèi)容

根據(jù)新課標(biāo)的描述，具備計(jì)算思維的學(xué)生應(yīng)有以下特質(zhì)：一是能對(duì)問題進(jìn)行抽象、分解、建模，并通過設(shè)計(jì)算法形成解決方案；二是能嘗試模擬、仿真、驗(yàn)證解決問題的過程，反思解決問題的方案，并將其遷移運(yùn)用到解決其他問題中。前一條特質(zhì)“通過算法形成解決方案”說明了算法的核心作用，后一條特質(zhì)“解決問題的過程”“解決問題的算法”，都是算法的具體表現(xiàn)。由此可見，算法是計(jì)算思維的核心要素之一，在信息科技課程中，已將算法作為計(jì)算思維培養(yǎng)的重要內(nèi)容。因此，考慮教什么時(shí)，教師可選擇以計(jì)算機(jī)解決問題的經(jīng)典算法為載體，先讓學(xué)生認(rèn)識(shí)并理解這些思想方法的本質(zhì)，感知計(jì)算機(jī)解決問題的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)小學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，具體活動(dòng)設(shè)計(jì)中借助流程圖、學(xué)習(xí)單等支架幫助他們梳理問題解決的過程，以顯性化的方式呈現(xiàn)思維過程，加深學(xué)生對(duì)算法步驟的理解。

2.以培養(yǎng)學(xué)科思維方式為課堂主線

計(jì)算思維作為一門學(xué)科的思維方式和思想方法，要讓學(xué)生從無到有、再內(nèi)化為一種自然的思維方式，去影響將來的生活，這是一個(gè)漫長的過程，需要學(xué)生在若干次情境中運(yùn)用學(xué)科思維方式、已有知識(shí)和技能，不斷分析、解決問題。因此，教師必須站在學(xué)科角度，理清學(xué)科的思維方式、看問題的視角以及解決問題的方法，并以培養(yǎng)這樣的思維方式為主線，讓學(xué)生經(jīng)歷完整的問題解決過程。小學(xué)階段圖形化編程的教學(xué)，不必要求每個(gè)算法問題都由學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)，閱讀理解、修改運(yùn)行等都是有意義的體驗(yàn)，重在讓學(xué)生充分參與到分析問題、模式識(shí)別、數(shù)據(jù)抽象、算法設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中，理解如何將現(xiàn)實(shí)問題轉(zhuǎn)化為計(jì)算模型加以解決。

再次打開圖形化編程畫筆模塊，看著落筆到抬筆之間的這條線，學(xué)生逐漸明白：從現(xiàn)實(shí)世界到腳本，是有這樣一條無比寬闊的道路任其馳騁，只要能夠想到，就可以通過程序來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)富有想象力和創(chuàng)作力的實(shí)踐過程，就是思維無限延伸的過程。

編 輯：馮艷艷