基于可視化編程的初中生計(jì)算思維培養(yǎng)策略

郭恒武 馬宗兵 鄭健

摘要：文章在對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)的背景進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上，闡明了如何理解面向初中生的計(jì)算思維，并提出構(gòu)建基于可視化編程的初中生計(jì)算思維培養(yǎng)策略的三大原則，最后指出面向初中計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的方面。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;可視化編程;初中信息科技

中圖分類號(hào)：G642.0? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2022）11-0034-02

計(jì)算思維如同閱讀能力和數(shù)學(xué)計(jì)算能力一樣，是每個(gè)人都應(yīng)該具備的基本思維能力。[1]同時(shí)，具備計(jì)算思維更有利于學(xué)生理解信息社會(huì)本質(zhì)、提高自身數(shù)字素養(yǎng)以及創(chuàng)造性地使用信息科技解決問(wèn)題，因此，計(jì)算思維進(jìn)入初中教育課程具備必要性，一線教師也有必要探討面向初中生的計(jì)算思維培養(yǎng)策略，使計(jì)算思維的培養(yǎng)落到實(shí)處。

● 如何理解面向初中生的計(jì)算思維

計(jì)算思維最早被認(rèn)為和計(jì)算機(jī)編程緊密相關(guān)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和程序設(shè)計(jì)的發(fā)展，人們開(kāi)始重新審視計(jì)算思維?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確指出，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，在問(wèn)題解決過(guò)程中涉及抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)、模擬、仿真、驗(yàn)證、反思、遷移等思維活動(dòng)。

因此，對(duì)于初中生來(lái)說(shuō)，計(jì)算思維是個(gè)體在解決問(wèn)題過(guò)程中產(chǎn)生的思維邏輯和思維活動(dòng)，其中包含五大要素：①通過(guò)抽象、分解、建模來(lái)定義問(wèn)題;②通過(guò)設(shè)計(jì)算法形成問(wèn)題解決方案;③利用模擬、仿真、驗(yàn)證來(lái)解決問(wèn)題;④基于反思改進(jìn)問(wèn)題解決方案;⑤通過(guò)遷移解決其他問(wèn)題。而在初中信息科技課程中，編程的學(xué)習(xí)是絕佳的思維呈現(xiàn)路徑，大量研究證實(shí)編程的學(xué)習(xí)有利于提升學(xué)生的計(jì)算思維。[2]但傳統(tǒng)的編程學(xué)習(xí)往往是枯燥的代碼編寫和滯后的運(yùn)行結(jié)果，對(duì)于初中生來(lái)說(shuō)相當(dāng)不友好。[3]而可視化編程具備體驗(yàn)直觀、容易理解的優(yōu)勢(shì)，符合初中生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和學(xué)習(xí)習(xí)慣，大大降低了初中生學(xué)習(xí)編程的門檻。但對(duì)教師來(lái)說(shuō)，如何基于可視化編程逐步培養(yǎng)和提升學(xué)生的計(jì)算思維還存在不少問(wèn)題，因此，探討構(gòu)建基于可視化編程的初中生計(jì)算思維培養(yǎng)策略很有必要。

● 構(gòu)建基于可視化編程的初中生計(jì)算思維培養(yǎng)策略的原則

1.遵循基于可視化編程的初中生計(jì)算思維培養(yǎng)框架

基于可視化編程的初中生計(jì)算思維培養(yǎng)框架“以學(xué)習(xí)者為中心”為首要原則，框架包含教師活動(dòng)、學(xué)生活動(dòng)和提升學(xué)生的計(jì)算思維各要素三部分。其中，教師活動(dòng)和學(xué)生活動(dòng)作為兩條主線并發(fā)進(jìn)行，學(xué)生活動(dòng)為主體活動(dòng)，教師活動(dòng)為引導(dǎo)活動(dòng)，缺一不可。該框架的培養(yǎng)思路為化整為零，“精準(zhǔn)”培養(yǎng)以提升學(xué)生計(jì)算思維。信息科技教師基于該框架，首先分析各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)可以培養(yǎng)哪些計(jì)算思維要素（抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)、模擬、仿真、驗(yàn)證、反思、遷移等）;其次尋找合適的課堂切入點(diǎn)，為其匹配適合每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的計(jì)算思維培養(yǎng)方法（如畫思維導(dǎo)圖、小組評(píng)選方案、集體討論優(yōu)化和改進(jìn)等）;最后化零為整，帶領(lǐng)學(xué)生回顧整個(gè)問(wèn)題的解決過(guò)程，歸納每個(gè)環(huán)節(jié)所應(yīng)用到的計(jì)算思維，讓學(xué)生體驗(yàn)應(yīng)用計(jì)算思維如何解決問(wèn)題，最終達(dá)到培養(yǎng)計(jì)算思維的目的。

2.基于現(xiàn)有可視化編程計(jì)算思維培養(yǎng)模式

現(xiàn)有的可視化編程計(jì)算思維培養(yǎng)模式對(duì)構(gòu)建面向初中生的可視化編程計(jì)算思維培養(yǎng)策略起著奠基和指導(dǎo)的作用。通過(guò)歸納，可得當(dāng)前初中階段可視化編程計(jì)算思維的培養(yǎng)模式分為人機(jī)交互模式、概念內(nèi)涵視角的培養(yǎng)模式以及工程設(shè)計(jì)視角的培養(yǎng)模式。這三種模式在實(shí)踐層面各有側(cè)重，其中概念內(nèi)涵視角模式側(cè)重對(duì)涉及的計(jì)算思維前期知識(shí)的理解;人機(jī)交互模式即人機(jī)交互的延伸和深化，強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過(guò)對(duì)比機(jī)器和人解決問(wèn)題的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)選擇“最優(yōu)”方案;而工程設(shè)計(jì)視角強(qiáng)調(diào)學(xué)生將計(jì)算思維應(yīng)用到實(shí)踐，通過(guò)計(jì)算思維解決實(shí)際問(wèn)題。教師在應(yīng)用可視化編程培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的過(guò)程中，需要注重三種模式有機(jī)融合，在不同情境下，應(yīng)分配不同的側(cè)重點(diǎn)。

3.策略應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主觀能動(dòng)性

可視化編程助推了初中信息科技課程教學(xué)的高效開(kāi)展，在實(shí)現(xiàn)學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的同時(shí)，有利于教學(xué)活動(dòng)聚焦于學(xué)生對(duì)問(wèn)題的解決和創(chuàng)新。因此，首先，要讓學(xué)生成為計(jì)算思維活動(dòng)的主體，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)情境復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行分層，逐項(xiàng)拆解，并對(duì)拆解邏輯給予合理的解釋。這種思維邏輯解決方式，在不同學(xué)生中會(huì)因?yàn)閭€(gè)體的差異而呈現(xiàn)不同的結(jié)果，教師需要充分尊重學(xué)生的個(gè)體差異，給予個(gè)性化指導(dǎo)。其次，計(jì)算思維的培養(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，教師要注意培養(yǎng)過(guò)程的循序漸進(jìn)，前期以指導(dǎo)和示范為主，為學(xué)生示范一種解決問(wèn)題的流程，讓學(xué)生在逐漸掌握計(jì)算思維中各要素的同時(shí)，嘗試自主利用計(jì)算思維解決問(wèn)題。在問(wèn)題解決時(shí)，教師提供的可視化編程只是一個(gè)方法或者是一個(gè)引導(dǎo)，并不是唯一的答案，需要學(xué)生自主探索和創(chuàng)新，挖掘不同的解題路徑。

● 總結(jié)與展望

計(jì)算思維是算法思維和工程思維發(fā)展的產(chǎn)物，在教育改革中有著舉足輕重的地位。面對(duì)如何提升初中生計(jì)算思維這個(gè)問(wèn)題，教師應(yīng)關(guān)注面向初中生計(jì)算思維培養(yǎng)的策略構(gòu)建研究，利用和開(kāi)發(fā)多種計(jì)算思維評(píng)價(jià)工具和平臺(tái)，為學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)提供針對(duì)性的引導(dǎo)和評(píng)判，同時(shí)還要致力于自身計(jì)算思維專業(yè)能力發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬宗兵，郭恒武.“雙減”背景下面向小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的創(chuàng)客教育實(shí)施路徑[J].基礎(chǔ)教育參考，2022（04）：55-58.

[2]杜鴻羽，馬志強(qiáng)，蘆鏡羽.利用有效失敗促進(jìn)計(jì)算思維發(fā)展的編程教學(xué)設(shè)計(jì)——一項(xiàng)基于設(shè)計(jì)的研究[J].開(kāi)放學(xué)習(xí)研究，2022，27（02）：27-36.

[3]張慧妍.適合高中生計(jì)算思維能力培養(yǎng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言初探[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2016（22）：19-22.

基金項(xiàng)目：2020年深圳市福田區(qū)教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于可視化編程的中小學(xué)生計(jì)算思維與編程教學(xué)實(shí)踐研究”（編號(hào)：FTJYZZ202001）。