小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)實(shí)施策略研究之計(jì)算思維的培養(yǎng)

陳永存

【摘 要】隨著大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的普及和應(yīng)用，計(jì)算思維能力已經(jīng)成為新時(shí)代數(shù)字公民必須具備的基本能力之一，也成為國(guó)內(nèi)外教育領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文從領(lǐng)悟計(jì)算思維概念、有效問(wèn)題鏈設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)生活化的學(xué)習(xí)任務(wù)和程序算法交流四個(gè)方面闡述基于計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)實(shí)施策略。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維;信息技術(shù)教學(xué);教學(xué)策略

計(jì)算思維作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是當(dāng)前中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)，也是小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展的重要組成部分。計(jì)算思維培養(yǎng)融入信息技術(shù)課程將成為教學(xué)發(fā)展的新常態(tài)，成為教學(xué)的重難點(diǎn)。

對(duì)于一線信息技術(shù)教師的實(shí)際課堂教學(xué)而言，如何利用信息技術(shù)培養(yǎng)具有計(jì)算思維能力的學(xué)生，如何著力圍繞信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)實(shí)際，讓學(xué)生的計(jì)算思維得到強(qiáng)化和發(fā)展，是新時(shí)代每一位信息技術(shù)教師面臨的新挑戰(zhàn)與新問(wèn)題。本文將從領(lǐng)悟“計(jì)算思維”概念入手，結(jié)合Scratch編程教學(xué)實(shí)踐，針對(duì)計(jì)算思維到底如何培養(yǎng)的問(wèn)題，展開(kāi)深入探究。

領(lǐng)悟計(jì)算思維概念是有效培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的前提

2006年，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授提出了計(jì)算思維（Computational Thinking）的定義。周教授認(rèn)為：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(wèn)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)。2017年教育部頒布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出，計(jì)算思維是指?jìng)€(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(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。

根據(jù)以上的定義，我們可以這樣認(rèn)為：計(jì)算思維是人的思維，是人類的一種對(duì)于問(wèn)題求解的方法和途徑;具備計(jì)算思維的學(xué)生，在信息活動(dòng)中，就能夠采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問(wèn)題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù);通過(guò)判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決問(wèn)題的方案;總結(jié)利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程與方法，并遷移到與之相關(guān)的其他問(wèn)題解決中。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們擁有了計(jì)算思維之后，就可以把一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，利用一定的系統(tǒng)得到完美解決。

有效問(wèn)題鏈設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的重要教學(xué)策略

隨著新課程改革的持續(xù)深入，使得信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)無(wú)論是教學(xué)觀念還是教學(xué)方法均需要進(jìn)行創(chuàng)新。課堂提問(wèn)是最為常見(jiàn)且行之有效的教學(xué)方法之一，建立在課堂提問(wèn)基礎(chǔ)上的問(wèn)題鏈又是一種新型教學(xué)方法。它強(qiáng)調(diào)將一個(gè)個(gè)存在聯(lián)系的問(wèn)題當(dāng)作貫穿課堂教學(xué)的線索，在串聯(lián)信息技術(shù)知識(shí)的同時(shí)，又對(duì)學(xué)生的能力進(jìn)行鍛煉，最終提升教學(xué)效率。問(wèn)題鏈中的問(wèn)題是結(jié)構(gòu)性的、相互聯(lián)系的，是從易到難、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的，是層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的成序列的問(wèn)題。問(wèn)題鏈設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到課堂教學(xué)的效益與學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)效果。

教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)需要，緊緊圍繞核心知識(shí)點(diǎn)，突出教學(xué)問(wèn)題的基本內(nèi)涵，充分體現(xiàn)問(wèn)題的多樣性、邏輯性、創(chuàng)新性，設(shè)計(jì)一系列科學(xué)、有效的教學(xué)問(wèn)題。在教學(xué)問(wèn)題鏈設(shè)計(jì)中，問(wèn)題與教學(xué)目標(biāo)之間、各個(gè)問(wèn)題之間的邏輯具有內(nèi)在一致性，問(wèn)題難度應(yīng)有層次，既能體現(xiàn)知識(shí)發(fā)展的階段性，又能符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律;既讓學(xué)生充分經(jīng)歷知識(shí)的發(fā)生與發(fā)展的過(guò)程，又在一個(gè)個(gè)問(wèn)題解決的過(guò)程中，讓學(xué)生的計(jì)算思維能力得到有效訓(xùn)練。因此，在實(shí)際信息技術(shù)課堂教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合教學(xué)實(shí)際來(lái)進(jìn)行問(wèn)題鏈的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)問(wèn)題鏈的目的是將核心知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為聯(lián)系緊密、層次鮮明，具有啟迪性、開(kāi)放性、挑戰(zhàn)性的一系列問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生圍繞問(wèn)題鏈展開(kāi)積極思考與探究，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生一種解決問(wèn)題的渴望;促使學(xué)生在問(wèn)題的引導(dǎo)下，展開(kāi)更深層次的思考，能夠讓學(xué)生的計(jì)算思維經(jīng)過(guò)由淺入深的思考過(guò)程，使學(xué)生親身經(jīng)歷質(zhì)疑到釋疑的過(guò)程。學(xué)生借助問(wèn)題的展開(kāi)，逐步探究問(wèn)題的本質(zhì)，有效幫助學(xué)生掌握核心知識(shí)，提升探究能力，豐富學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，提高學(xué)習(xí)效率;從而進(jìn)一步提升學(xué)生的計(jì)算思維能力，最終促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

如在北京義教版教材Scratch編程單元，在講授“智能手機(jī)密碼驗(yàn)證”一課時(shí)，教師從本課的核心知識(shí)點(diǎn)有限次循環(huán)與選擇結(jié)構(gòu)入手，進(jìn)行了如下問(wèn)題鏈設(shè)計(jì)：誰(shuí)能說(shuō)一說(shuō)生活中智能手機(jī)開(kāi)機(jī)密碼是怎樣驗(yàn)證的？依據(jù)智能手機(jī)開(kāi)機(jī)密碼驗(yàn)證過(guò)程，你能畫出程序流程圖嗎？想一想，如何利用有限次循環(huán)與選擇結(jié)構(gòu)，編寫智能手機(jī)開(kāi)機(jī)密碼驗(yàn)證程序？在編寫智能手機(jī)開(kāi)機(jī)密碼驗(yàn)證程序時(shí)，你遇到了什么問(wèn)題？是怎樣解決的？你能用今天所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)編寫智能門鎖密碼驗(yàn)證程序嗎？并說(shuō)出設(shè)計(jì)思路。

綜觀以上的問(wèn)題鏈設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了縱向引領(lǐng)，環(huán)環(huán)相扣，層層遞進(jìn);做到了從易到難、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，先從最簡(jiǎn)單的問(wèn)題入手，再提出一系列問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生從自然語(yǔ)言過(guò)渡到程序流程圖，再?gòu)某绦蛄鞒虉D過(guò)渡到程序語(yǔ)言。問(wèn)題鏈的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生進(jìn)入深度思考的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，通過(guò)對(duì)問(wèn)題的分析與推理，總結(jié)歸納出一般性的規(guī)律，從中找到解決問(wèn)題的方法，最終實(shí)現(xiàn)編寫程序代碼解決智能手機(jī)密碼驗(yàn)證問(wèn)題。與此同時(shí)，在“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—提出問(wèn)題—分析問(wèn)題—解決問(wèn)題”的過(guò)程中，幫助學(xué)生架構(gòu)“已知”與“未知”之間的“橋梁”，建立合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，使學(xué)生真正理解有限次循環(huán)與選擇結(jié)構(gòu)，并能夠正確應(yīng)用有限次循環(huán)與選擇結(jié)構(gòu)編寫程序解決生活問(wèn)題。教學(xué)中，隨著一個(gè)個(gè)問(wèn)題的解決，學(xué)生的計(jì)算思維也得到了有效培養(yǎng)。

設(shè)計(jì)生活化的學(xué)習(xí)任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的有效方法

“源于生活，融于生活，用于生活”，生活化的信息技術(shù)課堂尤為重要。在小學(xué)信息技術(shù) Scratch 教學(xué)的過(guò)程中，為了培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，教師在“以學(xué)生發(fā)展為本”的教學(xué)理念指導(dǎo)下，合理地將小學(xué)信息技術(shù)課程的知識(shí)點(diǎn)與學(xué)生的實(shí)際生活結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)生活化的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生將學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到生活實(shí)際，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)“學(xué)中用”“用中學(xué)”的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)信息技術(shù)、學(xué)習(xí)信息技術(shù)。在利用信息技術(shù)解決生活問(wèn)題的過(guò)程中，借助生活常識(shí)去理解抽象知識(shí)，通過(guò)生活知識(shí)的遷移，建構(gòu)新知識(shí)，在進(jìn)行大膽嘗試與不斷創(chuàng)新過(guò)程中，使學(xué)生逐步建立解決實(shí)際問(wèn)題的方法，知道如何將信息技術(shù)應(yīng)用到日常學(xué)習(xí)和工作中，從而有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

如在北京義教版教材Scratch編程單元，教師設(shè)計(jì)“模擬電飯鍋工作過(guò)程——制作倒計(jì)時(shí)程序”一課時(shí)，以學(xué)生全面發(fā)展為出發(fā)點(diǎn)，從學(xué)生身邊的智能電飯鍋生活場(chǎng)景出發(fā)，設(shè)計(jì)三個(gè)不同層次的生活化學(xué)習(xí)任務(wù)。任務(wù)一是“利用角色信息傳遞——模擬電飯鍋預(yù)約、煮飯、保溫，各種燈交替顯示工作狀態(tài)”，學(xué)生通過(guò)分析電飯鍋紅、綠、黃燈的工作狀態(tài)，體驗(yàn)角色傳遞信息的過(guò)程，感受程序內(nèi)部角色的功能和作用，學(xué)習(xí)角色間廣播消息的發(fā)送與接收。任務(wù)二是“使用變量——模擬電飯鍋的倒計(jì)時(shí)顯示”，學(xué)生在分析電飯鍋倒計(jì)時(shí)程序工作過(guò)程中，理解變量的概念、體會(huì)變量的作用，從而培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。任務(wù)三是“編寫程序——模擬電飯鍋的預(yù)約煮飯工作過(guò)程”，學(xué)生通過(guò)分析倒計(jì)時(shí)程序設(shè)計(jì)思路，梳理流程圖，了解程序結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際需要選擇命令搭建腳本程序。三個(gè)任務(wù)層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣，有效地激發(fā)學(xué)生的興趣和主觀能動(dòng)性;學(xué)生在生活知識(shí)的遷移過(guò)程中，建構(gòu)了新知;在大膽嘗試與不斷創(chuàng)新過(guò)程中，形成了新的技能。

程序算法交流是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的主要途徑

教師如何才能做到有效實(shí)施程序算法交流呢？我認(rèn)為應(yīng)做到七要：一要著力創(chuàng)建互動(dòng)討論學(xué)習(xí)空間;二要積極搭建展示交流的平臺(tái);三要注重學(xué)生思維的啟發(fā)與激勵(lì);四要讓學(xué)生敢于提問(wèn)、大膽質(zhì)疑，充分展現(xiàn)自我;五要鼓勵(lì)學(xué)生說(shuō)出自己的思考過(guò)程，主動(dòng)分享自己的觀點(diǎn);六要引領(lǐng)學(xué)生面對(duì)同一問(wèn)題，進(jìn)行共同思考與討論，探索不同的求解算法和路徑，拓展求解思維視野，真正做到取長(zhǎng)補(bǔ)短，互相借鑒;七要讓學(xué)生在思想碰撞與認(rèn)知沖突中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在問(wèn)題分析中學(xué)會(huì)思考，在思考過(guò)程中產(chǎn)生新的見(jiàn)解，在解決問(wèn)題過(guò)程中，內(nèi)化知識(shí)，形成深度認(rèn)知，從而使學(xué)生的計(jì)算思維能力得到有效培養(yǎng)。

計(jì)算思維能力是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)中的重要組成部分，是抽象、螺旋上升的思維活動(dòng)，是學(xué)生必須具備的基本能力。在小學(xué)信息技術(shù)課堂組織教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該主動(dòng)擔(dān)負(fù)起計(jì)算思維能力培養(yǎng)的重任，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，努力探索有效培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的途徑，進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)策略，使學(xué)生在信息技術(shù)課堂教學(xué)中，逐漸養(yǎng)成良好的計(jì)算思維習(xí)慣，不斷提高計(jì)算思維能力，以滿足未來(lái)信息社會(huì)發(fā)展的需要。

張建鵬. 高中信息技術(shù)教學(xué)面對(duì)計(jì)算思維實(shí)施的一些思考[J]. 中國(guó)信息技術(shù)教育，2019（Z3）.

戴玉. 以計(jì)算思維培養(yǎng)為導(dǎo)向的信息技術(shù)教學(xué)策略研究[J]. 中小學(xué)電教，2019（Z2）.

楊曉宇. 巧用問(wèn)題鏈激活高中物理課堂[J]. 中學(xué)物理教學(xué)參考，2020（6）.

陶根來(lái). 巧用問(wèn)題鏈激活提高初中物理課堂效率[J]. 數(shù)物化解題研究，2020（35）.

王榮良. 計(jì)算思維教育[M]. 上海：上?？萍冀逃霭嫔?，2014.

徐斌. 計(jì)算思維培養(yǎng)策略初探——基于初中信息技術(shù)教學(xué)改革的視角[J]. 教育傳播與技術(shù)，2020（6）.