信息技術傳統(tǒng)模塊中培養(yǎng)計算思維的教學設計模式研究

王蕾

教學現場

隨著《普通高中信息技術課程標準》（2017年版）（以下簡稱“課標”）的頒布，有關計算思維的主題活動在全國各地中小學信息技術教研、研訓活動中陸續(xù)開展起來。在可觀的課型中，我們看到了一種有趣的現象：多數的課題都與程序設計內容相關，或是基于編程活動開展的機器人、人工智能主題課。凡此種種，讓人產生一種錯覺，即計算思維就是編程模塊中特有的思維方式，只有在與程序編寫相關的內容中，才能體現計算思維。

問題分析

計算思維是個體在計算機科學領域中所具備的思想方法和思維活動，它不僅僅限于編程模塊，而是涉及計算機科學學習的更廣闊的領域。目前，計算思維的相關教學應用研究多集中于算法與程序設計等內容，對軟件應用類課程少有涉及。那么，其他模塊應該如何踐行計算思維？本文將以傳統(tǒng)的WPS演示單元模塊為例，探索基于計算思維的信息技術教學設計方式。

計算思維的含義與發(fā)展

計算思維概念的提出者周以真認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計，以及人類行為理解的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。[1]最新版的“課標”中描述，計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。兩個定義都指向計算機科學領域，不少研究及實踐關注指向計算思維培養(yǎng)的程序設計教學問題，主要源于計算思維與程序設計的契合性彰顯于外，易于發(fā)現。但是，計算機科學的范圍遠遠大于程序設計，傳統(tǒng)教學模塊都被囊括其中。

Mitch Resnick認為計算思維是一種特別重要的表達形式，意味著能夠創(chuàng)建、建立和創(chuàng)造展示物，因此需要頻繁使用計算媒體。[2]據此定義，文字、圖片等媒體都可以幫助學生表達，可以形成可視化的展示。因此，文字編輯、圖片處理等的學習都可以培養(yǎng)計算思維。

落實在中小學信息技術教學模塊中，體現為相關模塊對計算思維培養(yǎng)的關注。具備計算思維的學生，在信息活動中能夠采用計算機可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結構模型、合理組織數據;通過判斷，分析與綜合各種信息資源。由此可見，計算思維并非僅僅是程序設計模塊的教學指向，換言之，計算思維并非程序設計教學的專利，在信息技術的其他模塊中也有體現，如辦公軟件模塊、畫圖模塊、計算機基礎模塊等。

傳統(tǒng)模塊中培養(yǎng)計算思維的教學探索

我國計算思維培養(yǎng)的教學探索，在中小學才剛剛起步。現有的教學實踐研究傾向于將教學內容側重于算法和程序設計內容中所涵蓋的計算思維應用，研究中較少涉及具體的傳統(tǒng)教學模式與過程。隨著研究的深入，研究者和教學實踐者也從不同的角度探討了如何通過計算機基礎課程教學培養(yǎng)計算思維。

傳統(tǒng)的軟件應用類教學內容中同樣蘊含著大量計算思維的元素，但其表現形式卻與程序設計等有所不同。傳統(tǒng)的軟件應用類課程的核心并不僅僅是對軟件功能的介紹，而是應用軟件完成各種任務，這些任務大多與設計密切相關。根據計算思維的定義，基于計算機工具開展的問題解決是計算思維的核心所在。對于應用軟件而言，問題解決常常表現為設計過程、解析任務，達成具體的作品形式。因此，落實計算思維需要通過以上三個過程，進而為此類教學內容的教學設計提供依據。

WPS演示單元中基于計算思維的教學設計過程

計算思維強調學生合理運用計算機科學來進行問題的求解，通過使用合理的工具來完成對設問的解答。在傳統(tǒng)的WPS演示單元中，計算思維的設計過程需要進行針對性的實踐。在WPS演示模塊的教學目標的閾值中，思維可以細化為三個過程——設計思維、解析思維和迭代思維，它們分別指向學生的問題分析、解決途徑和問題解決三個過程。在本模塊中，問題解決落實為創(chuàng)作出符合要求的演示文稿作品。

1.設計思維：設計為線性的學習活動

設計思維（Design Thinking）是一種獨特的“在行動中進行創(chuàng)意思考”的方式，其核心關注通過設計過程實現問題解決。計算思維和設計思維有著密切的內在聯(lián)系，計算思維的方法可以與設計思維的過程結合起來。[3]設計思維過程提供了清晰的設計活動開展過程，便于形成教學活動;計算思維則為各個活動步驟提供具體方法。在軟件應用的教學中可以將兩者有機結合，形成軟件應用類課程的一種新設計思路。

在WPS演示單元中，計算思維可以借助設計思維的形式進行問題的求解。

（1）原設計

在《插入媒體文件》一課中，傳統(tǒng)的設計方式是教師課前準備好相應的素材：聲音文件、視頻文件、動畫文件。在課堂上，教師一一演示這些文件的插入方式，再讓學生進行操作，從而完成教學任務。在實際授課中，我們發(fā)現該種線性的“演示+練習”形式雖然能夠滿足課時的需要，但是學生的作品形式單一，而且學生未能深入理解不同媒體文件之間的區(qū)別，一旦重置其他文件，相當數量的學生會出現無法成功插入媒體文件的情況。

（2）思考焦點

計算思維過程強調問題的求解，在傳統(tǒng)的授課方式中，教師純“演示”的方式，未能有效地給予學生足夠的概念認知機會，即學生無法理解媒體文件之間的區(qū)別，所以當文件內容發(fā)生變化時，學生無法解決問題。

（3）改進型設計

通過設計思維，將問題進行重新設計，通過任務探究等形式，讓學生對新概念進行必要的認知，在此基礎上，推進教學過程的進度。

南京市科睿小學陳佳老師在《插入媒體文件》一課中，首先從已有經驗入手，給學生一定的復習機會，再引入新的文件類型，引發(fā)學生思考。以下為學習的過程片段。

師：同學們，我們上周學習了在WPS中插入圖片的方法，先請同學們嘗試插入“新年詩會”的活動圖片。

學生將素材庫中的主題圖片插入到學件中。

師：（展示兩個幻燈片，一號演示文稿中間有視頻展示，二號演示文稿只有圖片展示）我為新年詩會制作了兩個宣傳幻燈片，你們喜歡哪一種？

學生選擇自己喜歡的類型，指出帶有視頻文件的演示文稿更能凸顯主題。

教師打開素材庫，嘗試加入視頻文件，并拋出問題：哪些文件可以插入？哪些文件無法插入？

學生在操作過程中，發(fā)現了插入選項卡與插入的文件類型之間有關聯(lián)，產生了具體的認知結論，選項卡的類別和文件類型之間有著必然的聯(lián)系。

教師根據學生的探究結果，進行“視頻”“音頻”格式的講解，并提供更多素材，幫助學生對媒體文件進行甄別。

教學評析：在以上的設計過程中，學生的求知思路是從需要出發(fā)，通過知識的遷移推進問題探究的過程，在產生學習需要的基礎上，積極實施探究行為。這樣的思維過程中，學生能夠深入理解媒體文件格式的概念、插入選項的方式等內容，實施了明確的意義思維過程。

2.解析思維：解析為內容的認知導向

解析模式也叫邏輯思維，是指經過仔細研究、逐步分析，最后得出明確結論的思維過程。在信息技術教學中，通過對已形成作品的剖析，形成感性的知識目標概念，初步建立問題解決的導向思路，從而明確后續(xù)學習的具體目標。

（1）原設計

《設置動畫效果》是WPS演示文稿的經典課例，在傳統(tǒng)的設計思路中，常會借用“古詩配畫”“猜謎游戲”等形式串聯(lián)整個教學環(huán)節(jié)。經過多次的教學實踐，這樣常見的形式已經不能滿足教師對設計新穎的要求，學生在學習過程中，對此設計形式缺乏必要的呼應度。

（2）思考焦點

“古詩配畫”“猜謎游戲”等情境雖然能夠串起整個教學過程，但也存在問題：首先，從主題上看，兩者的作品表達形式單一，學生只能采用順序播放的形式來組織素材，無法選擇更為豐富的動畫形式。其次，問題的求解過程固化，沒有形成完整的思維體系，導致學生只能簡單地進行技能操作，而缺乏思考的過程。

（3）改進型設計

在2018年3月的賽課活動中，南京市瑯琊路小學的劉凱晨老師執(zhí)教了《動態(tài)明信片》一課，他采用了解析化的思維模式，將看似復雜的實時問題進行了分解，幫助學生建立了問題解決的良好路徑。設計思路如下。

情境渲染：教師分析主人公旅行青蛙的游歷經歷→它一路記錄下游程，拍攝了照片。

需求分析：爸爸媽媽很想念蛙寶寶，希望能得到它的明信片→為了生動，希望明信片能動起來。

問題化解：去過的景點很多→設置多頁面效果。

遇到的朋友很多→動畫對象增加數量。

每天的日記不同→提取關鍵細節(jié)（如圖1）。

設計實施：第一天→小倉鼠+地洞里=看星星（對應動作路徑）

第二天→小蝴蝶+貓頭鷹=迷路（對應鞏固練習動作路徑）

第三天→娃娃魚+蝸牛+瓢蟲=公交站臺（對應自定義動畫）

第四天→小螃蟹+小溪邊=漂流（對應鞏固練習自定義動畫）

教學評析：在本課的設計中，旅行青蛙不僅具有時尚的身份標識，自身具有“動”的屬性，還有明確的任務指向。設計中，教師將較為復制的動畫制作過程，分解到每一天的日記中去，讓學生通過具體小任務的達成，自然地完成整體大任務。在授課中，本課受到了學生們的熱烈響應，教學效能達成度高。

3.迭代思維：基于問題解決的最優(yōu)途徑

迭代思維是基于迭代算法的利用計算機解決問題的一種基本方法。它讓計算機對一組指令（或一定步驟）進行重復執(zhí)行，在每次執(zhí)行這組指令（或步驟）時，都從變量的原值推出它的一個新值。在此過程中，學生挖掘出解決問題的最優(yōu)路徑，從而指導自己的學習行為。

在WPS演示單元中，計算思維借助迭代思維的形式對學習過程進行合理的探究，引發(fā)學生的深度學習過程。

（1）原設計

《設置幻燈片背景》一課是多媒體單元中較為尷尬的一課，教師們通常感覺此課內容平淡，操作技能要求低，難以出彩，因此該課在教學公開課中被選用的幾率較低。教師在教學過程中，往往采用對比法引入課題，再運用演示背景的設置方法，讓學生模仿操作。在此過程中，學生機械地模仿教師操作，甚至出現無意識的粗暴設置背景的情況，導致整個演示文稿的表現力下降。

（2）思考焦點

問題產生的原因在于學生接受該知識的過程中，創(chuàng)新思維過程缺失，對于知識內容的理解限于技術層面，而沒有達到意義層面的要求?；谟嬎闼季S的教學設計中，學生應根據主題進行必要的作品創(chuàng)新，借助信息化的工具來對內容本身進行合理的優(yōu)化，找到更為貼切的問題解決方案，使得最終制作出較為合理的作品。

（3）改進型設計

南京市姜家園小學的郭蓉老師設計的《有感情的說明書——設置幻燈片背景》一課中，以“為藥品制作有情感的說明書”為主題，將幻燈片的背景作為藥品說明書的配文，串聯(lián)起全部的教學內容（如圖2），設計主線如下。

①明確主題：藥品說明書你能看得懂嗎？引出問題解決的要求。

②提出建議：哪些方式能夠讓你看得更加清楚？引發(fā)學生的思考。

③鼓勵探究：不同的形式，適合增加什么背景的配圖？引起學生對不同背景設置方式的關注。

④迭代算法：根據自己的薄弱地方，在學件中找到相應的鏈接，通過自學的方式了解問題的答案。

⑤最佳路徑：通過學習過程，找到最為理想的表達形式，為學件中的藥品說明書增加適合的背景，做成“有感情”的說明書。

⑥評價提升：如果能夠有更為醒目的元素，增加表現效果，你會選什么？引出外延的內容，為下一節(jié)課留下伏筆。

教學評析：本課的設計，突破了傳統(tǒng)的演、習定勢，將學生的迭代思維作為推動問題求解的主要動力，讓學生在探究中創(chuàng)作了符合個體風格的作品，讓看似枯燥的“藥品說明書”也變得有了情感。

總結與展望

計算思維注重問題求解的最佳形式，幫助學生通過計算機工具進行有效的問題求解。如果說在編程模塊中，計算思維具有顯性的思維特征的話，那么在傳統(tǒng)模塊中，計算思維就呈現出隱性的思維形式，并借助設計思維、解析思維、迭代思維的形式組織教學。

在傳統(tǒng)模塊中實施基于計算思維的設計要注重以下幾個方面：一是，問題求解的多維度。問題需要理性的分析，只有對其進行多維度的解析，才能得出較為合理的解決方案。二是，思維過程的多層次。計算思維在本文中落實為三種表現形式，但是絕不僅僅只有這些方式，在不同的模塊中，計算思維會落實為多種形態(tài)，不可硬性地機械模仿。三是，作品呈現的多樣態(tài)。新課標鼓勵創(chuàng)新，信息技術的作品發(fā)布方式也多種多樣，千變萬化，適合學生自身需求的作品形式，就是好的作品。所謂教無定法、學無止境，因生而宜、因事而定才是信息技術應有的打開方式。

參考文獻：

[1]Wing J M.Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006（3）.

[2]NRC.Report of a workshop on the pedagogical aspects of computational thinking[M].Washington，D.C.：National academies press，2011：67-69.

[3]林旺，孫洪濤.基于軟件應用的計算思維能力培養(yǎng)教學設計[J].中國電化教育，2014（11）.