基于計算思維培養的“做中學”教學模式探究

荊曉虹

高中階段的學生已經具備一定的學科基礎知識和基本操作技能，因此，教師應利用學生的前概念和動手能力，幫助他們梳理學科核心知識、建立核心概念框架、培養計算思維，使其具有終身學習、適應未來的社會生活和可持續發展所必須的核心素養。筆者以“做中學”理論為指導，構建了利于學生運用遷移進行學習的基于計算思維培養的“做中學”教學模式。

教學過程包括課前準備、課堂教學和課后反思三個環節，它是一個“做前思，做中思，做后思，思中學”的做、思、學相結合的完整過程（如右圖）。下面筆者以教科版高中信息技術（2004）第四章《表格信息加工》一課為例，詳細說明其中重要步驟及主要實施策略。

課前準備，設定目標

1.挖掘梳理計算思維，將思維培養納入教學目標

對于高中信息技術課程而言，教師能夠充分挖掘出各模塊內容中所蘊含的計算思維，是有效實施計算思維教育的關鍵和前提。因此，在教學活動前，教師要充分挖掘、梳理教學內容所蘊含的計算思維，將其明確納入教學目標。

例如，筆者在講授《表格信息加工》一課時，根據教學目標歸納了抽象、存儲、自動計算等核心概念，并挖掘、梳理出蘊含其中的計算思維，將其列入教學目標。

①理解抽象的概念和選擇合適的方式抽象并存儲數據的計算思維。計算思維是以計算手段研究社會/自然現象及規律，現實世界的各種信息（數值性和非數值性）都可通過抽象符號化，再轉換成0和1，由能實現0和1的各種運算的硬件實現相應的計算和自動計算。信息抽象、數據表示與數據存儲是計算和自動計算的關鍵步驟。

②理解分層抽象和按級使用的計算思維。通過分層與分離，可以將復雜的問題轉化為簡單的問題進行求解，可以將細節信息屏蔽掉，進而為用戶使用計算機提供方便。分層抽象的思維廣泛存在于計算科學中，用于實現復雜問題的求解。

③理解構造思維。計算思維是以設計和構造為特征的“構造思維”，計算思維的核心方法就是“構造”，不僅構造計算環境，而且構造基于環境的問題求解過程，以及構造對問題求解過程的驗證方法。

上述這些計算思維的養成為學生構建信息技術學科核心概念、理解信息技術的內在特點，以及真正成為掌握正確的思維模式和表達方式的信息者奠定基礎。

2.縱向分析前后概念，橫向研究教材內容，充分準備教學資源

在教學設計前，教師要詳細了解學情，梳理學生已有知識和所需前概念，為積累輔助教學資源做準備。同時，教師還要熟悉教材，依據思維目標跨章節研究并重組、融合選取內容，進而為設計突出教學重點的活動做準備。

例如，在講授《表格信息加工》一課前，學生較熟悉Excel的單元格格式設置和編輯等技能，不太理解單元格地址和公式引用等概念；較熟悉Excel中信息的輸入過程，并不關注信息的抽象和數字化表示；等等。因此，筆者在設計教學活動及準備相關素材時，用設錯、置疑、對比等多種策略幫助學生遷移，啟迪他們的思維。同時，在設計活動時，側重引導學生理解核心概念，忽略應用軟件的操作細節，盡可能地用計算思維去幫助學生理解各操作。

由于高中學生掌握的學科相關知識技能的差異比較大，學習時會出現“重操作，輕原理”“多盲從，缺思考”的現象。針對這些情況，筆者選擇了在多媒體網絡機房授課，充分準備了自主學習導學案、教學PPT和教學微視頻案例等多種教學資源，方便學生自主實踐和合作學習時選擇使用。

教學過程

1.情境導入，“做”前思

情境創設是教學設計中最重要的內容之一，教師在教學中需要創設有利于學生建構意義的情境和問題，讓學生在“做”之前能夠充分地思考和準備。本課中，筆者創設的情境是：青春杯校園歌手大賽就要產生前八強，小敏被推薦為技術工作人員，協助完成統計選票和為選手排名的工作。該情境既貼近學生生活實際，激發了學生的學習興趣，也能夠使學生有效地遷移、運用知識技能，并解決問題。

在實施過程的準備階段，教師還要為學生提供必要的技能訓練，強調“做”前準備工作的重要性。因此，筆者幫助學生復習并思考了以下幾個問題：一是人與計算機交互時，最常用的交互方式是什么？二是在Excel軟件環境中，一般的操作步驟是什么？三是Excel中的功能通過怎樣的方式實現？這三個問題的思考和歸納將在后續的自主探索學習中啟發學生大膽實踐，促進“做”的遷移和有效地“做”。

2.做、思結合的學習過程

（1）“做”的活動設計

做是“做中學”教學過程最重要的學習環節。筆者認為，“做”的活動應盡量減少學生模仿操作、“盲目地做，膚淺地學”。只有引導學生做到真正意義上的開放思維，才能真正實現課程的內在價值。因此，活動中的操作技能不必面面俱到，但要精心挑選，既要便于學生運用遷移，又要聚焦計算思維培養。活動可以是解決一個問題，也可以是觀看案例進行對比研究，或是做實驗，等等。

筆者考慮到學生的層次差異，將本課的實踐活動分為多個小活動，活動之間前后銜接，環環相扣。同時，為了保證學生最大的參與度，采取適當的措施降低進入活動的門檻。

本課的五個實踐活動分別為：活動一，選擇合適的方式錄入選票信息；活動二，去除無效信息，初步處理有效數據；活動三，數據再次加工，初步產生結果數據；活動四，數據排名，初顯結果；活動五，選擇合適的方式呈現結果。在活動一中，讓學生先嘗試遷移解決，再觀看微視頻。從按照原始信息直接輸入“勾”和“圈”，到將原始信息抽象為數字“1”和“0”后輸入，引導學生對比思考。在活動二中，再次安排數據去噪的任務，強調信息抽象和存儲方式的計算思維對信息加工的意義。活動三和活動四中，學生通過不同的操作方法，體驗應用軟件中蘊含的分層封裝和按級使用的計算思維，特別是在排名操作中，隨著簡單運算和函數等自動計算的不同實現，讓學生體會到簡單的菜單操作背后是封裝了的復雜的自動計算指令集，進而理解對復雜的任務也可以分解、分層、封裝，為學生提供更多機會，以便運用合作的力量解決問題。在每個任務的實踐過程中，給學生提供豐富的教學資源，保障學生能參與跟進每個實踐活動，最大限度地調動學生的積極性，也能讓學生體驗假設、構造和驗證的獨特的計算思維。

（2）邊做邊思

在《表格信息加工》的教學中，筆者主要采用任務驅動和案例教學策略，引導學生對已有知識技能進行遷移，自主實踐探索，邊做邊思考，進而有效地訓練學生的計算思維。同時，筆者采用有效的思維引導策略將計算思維滲透到相應活動中，啟發學生思考和關注，具體如下。

思維引導策略一：在活動一中，學生先進行知識遷移嘗試解決所遇到的問題，然后觀看案例視頻，案例中教師采用不合適的方式抽象和存儲數據，從而引起學生質疑、對比，培養其抽象和存儲的計算思維。

思維引導策略二：在活動二實踐之前，學生先交流討論，并嘗試解決問題，然后觀看案例視頻，案例中采用刪除和保留兩種相反的思維方式解決問題，引導學生對比思考，并關注用思維指導行為。

思維引導策略三：在活動三中，學生先看案例視頻，案例進行到一半時，教師向學生設疑求助，激發學生思考和解決問題的主動性。在學生自主探索解決問題的過程中，體驗先假設構造再實踐驗證的解決問題的方法，并滲透運用實踐驗證假設構造的計算思維。

思維引導策略四：在活動四實踐之前，教師提示學生有多種操作方法，鼓勵他們自主探索，然后用案例視頻引導學生理解應用軟件的菜單是分層封裝的自動計算指令集，并使其理解分層封裝和按級使用的計算思維。

思維引導策略五：學生觀看案例視頻，案例采用比較完善的操作引導學生不斷完善自我，利用小敏對成功的追求激發學生精益求精的科學精神。

（3）做后反思

每次實踐活動后，筆者都設計了針對性問題引導學生對自主探究過程進行反思、自我評價和相互評價，進而再次強化學生的計算思維，具體如下。

討論一：你覺得小敏做得好嗎？你有沒有不同的想法或做法？

討論二：我們也跟小敏一起來完成這一步吧，跟同學們交流一下做法，比比哪種更好？

討論三：請你幫助小敏解決困難，一起完成任務。想一想，小敏怎樣可以做得更好？

討論四：完善小敏的操作過程，并幫助小敏完成排名操作。想一想遇到困難時該怎樣獲得幫助？

討論五：你覺得小敏通過這次工作，學到的有哪些？你有哪些收獲？

3.教師“導”出和諧氛圍，促進總結、交流、評價與反思

在《表格信息加工》教學中，教師營造和諧、積極的學習和交流氛圍能夠促進學生的學習興趣，更好地完成教學目標。

本課教學，筆者營造了語言交流和思維交流的學習氛圍。首先，筆者虛擬了與學生相仿年齡的人物小敏，在展示剖析小敏思考和解決問題的過程中，學生也在與小敏交流思想。其次，課堂中采用提問的方式啟發學生用思維指導行為，集體交流，分享智慧。最后，筆者以開放式問題的思考作為總結。學生在“本課你有哪些收獲”的問題引導下，反思、總結并自我評價。當學生回答“我覺得做一件事情之前要多思考，要多個角度思考”“當遇到困難時我們要學會用多種方法嘗試，敢于實踐”“解決問題時，目光要放遠一些，有些方法會在以后幫助我們解決更多復雜的問題”時，就能夠說明，這堂課不僅讓學生懂得學習知識和技能的必要性、掌握知識技能獲取的方法，也使他們懂得了漫長的學習經歷有成功，有失敗，有經驗，有教訓，這都是人生歷程中的寶貴財富。