小學信息技術課堂中學生計算思維培育策略

陳 輝

（廈門市湖里區教師進修學校，福建 廈門 3610 0 0）

計算思維由美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真教授于2006年3月首次提出，是通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，把一個看來困難的問題重新闡釋成一個大眾知道問題怎樣解決的方法。

2013年，南安普敦大學兩位博士將計算思維內容概括為算法、評估、分解、抽象、概括五個方面；在計算思維行為呈現上，黃以真教授提出了：約簡、嵌入、轉化、仿真、遞歸、并行、預防、保護、恢復、冗余、容錯、調度等外顯性行為。當然，計算思維行為顯現的內容很廣，還有如：規劃、計算、折中、啟發式推理、建模、學習、海量數據等。因此，教師在計算機學科教學中加強計算思維的培育是基本的，也是必然的要求。那么，在如何在小學信息技術學科教學中，落實計算思維課程，達到培育小學生計算思維目的呢？

一、計算思維培育的目標導向策略

計算思維已經成為計算機學科核心素養重要組成部份，它是信息技術學科教學的核心目標之一。如何將計算思維融入具體的課堂教學三維目標是筆者當前進行課堂教學研究的重要內容。

在實踐探究中，筆者將計算思維那些抽象的概念與教材相結合：筆者先領會教材中與計算思維內容相關的概念，理解其運行的方式，體驗其所蘊含的思想方法。然后在教學設計過程中根據教材內容融入教學目標。

1.在知識目標中融入

在閩教版四年級《制作課程表》一課就可將概括、約簡、轉化、計算等具體的計算思維行為目標融入到教學目標中，教師通過下列表格比較就可以看出：知識目標的教學上已經實施融入計算思維行為培育；第一個目標筆者教學點是要求會將文字內容的表述形式轉化為表格的形式顯現，這就是為培育計算思維所設定的知識目標。

2.在過程目標中融入

教師在課堂上可以將計算思維的培育融合在教學的整個過程，幫助學生在學習過程中養成借助計算思維解決問題的習慣。比如在閩教版三年級上冊的《管理文件》一課教學中，筆者不僅通過文件夾的屬性教學讓學生了解文件歸類、分解，還讓學生在復制與粘貼學習中理解保護、恢復的方法，從而培育計算思維。而且，在整個教學過程中我以文件管理的屬性、歸類、存儲三種算法思維來貫穿這節課的知識目標，以海量數據形成的查找困難延伸出文件查找效率的調度、規劃等作為課堂拓展，將計算思維的培育融合在教學的整個過程。

二、計算思維培育的教學內容導向策略

計算思維的核心是計算機科學與算法技術融合，計算思維的形成需要有計算機專業的課程基礎。因此，在小學信息技術課堂教學的計算思維培育中，編程和機器人的教學內容對培育學生計算思維至關重要。

按廈門市的信息技術課程課時設置，只有三四年級有開設信息技術課，按教材內容也只有計算機基本操作、畫圖、網絡搜索引擎、辦公軟件幾項內容，學生無法學習到編程和機器人課程。因此，筆者對教材內容進行增刪調整，在三年級下學期增設編程教學，四年級下學期增設機器人教學。

1.可視化編程教學

編程是計算機課程的核心內容之一，其蘊含的分析問題、解決問題的方法處處都用到算法，而算法正是計算思維的核心內容之一。根據小學生年齡特點，可視化編程軟件必然成為編程教學利器，以Scratch為主的可視化編程教學有效培育了學生計算思維。

在運用scrach實現角色運動的教學活動中，就要學習平移、旋轉，要理解坐標、循環等數學計算概念，即實現了計算、轉化、遞歸等計算思維培育。再如設計貓抓老鼠游戲時，就要用到控制語句中的“如果”“那么”的條件判斷，這樣的判斷在編程中運用非常廣泛，它也是計算機解決問題的一種算法行為表現，通過算法培育了學生計算思維。

2.智能機器人教學

機器人課程是一門涉及自動控制、計算機、人工智能等方面的綜合性課程。因此，在信息技術課堂教學中增加機器人課程，可以有效地培育學生的計算、嵌入、調度、規劃、抽象、評價等計算思維。

在機器人教學中，學生從認識機器人到開展機器人仿真練習，從了解機器人的基本特征到機器人實體搭建規劃、建模，從掌握機器人的結構到傳感器的嵌入、計算、評價。在“巡邏機器人”課程學習中學生認識了RC軟件編程平臺。例如在機器人自動化的編程設計中學生對計算、順序、循環、容錯有了感性認識，在探究避障機器人、控溫機器人、循跡機器人制作中，學生在硬件上就認識了傳感器的嵌入和實驗過程的評價，在軟件編程課程中學會了算法的分支結構等計算思維。

三、計算思維培育的教學方法導向策略

計算思維融入教學中關鍵在于教師課堂教學方法的改進，計算思維的培育更多的是一種思維能力的培育，是教師從解決問題的角度出發強調計算思維行為呈現。如對分解、抽象問題的思路，對啟發式推理、學習的探究等都是計算思維培育的有效教學方法。

1.啟發引導式教學

計算思維培育不一定要改變教學內容，關鍵是教師教學方法的定位、選擇與轉化，這便需要運用啟發式教學的方法來實現計算思維的培育。例如，《計算機組成》這節課中有計算機處理器的知識點教學，筆者的引導流程是：問題一：計算機雙核與單核CPU差別是什么？答案：雙核CPU性能更好、速度更快。問題二：有什么表現可以看出，答案：在計算機屬性中查看處理器參數。問題三：“雙核”與“單核”CPU怎么樣更快？答案：計算機雙核CPU同時運行當然比一個快。問題四：雙核CPU運行過程中如何分配工作？答案：計算機中有調度算法進行分配。總結：調度是計算機內部最基本的一種安排工作原理，也是一種計算機運算程序，以后同學生可以運用調度方法進行解決問題。現在生活可以經常見到調度方法運用，如去商場購物時先到結賬窗口的人可以先買單出商場，教師也常教同學們考試過程中對容易、簡單的問題優先進行解答等。

以上問題啟發引導教學中，問題二和問題四是需要師生討論，在教師主導下才能形成答案的。在這樣的問題式啟發引導的教學過程中，其啟發、引導過程本身也是計算思維的培育過程。

2.任務探究式教學

任務驅動和任務探究是信息技術教學中的常用教學法，這樣的教學方法也可以有效的培育學生計算思維。

比如在課堂中筆者以一個學生比較熟悉的“豬豬俠”形象，讓學生創編一個簡單的動畫小故事。學生通過規劃、腳本、角色、場景等設計，并對故事的順序進行事件的觸發，學習了算法、序列、并行，同時也學會了概括、抽象、評估等計算思維的運用。

總之，計算思維的培育還有很多策略和方法有待研究、開發，如基于教學方法策略的計算思維培育有主題項目式教學，基于教學目標融入策略有計算思維能力培育的情感目標等；此外，在跨學科融合上的計算思維培育也是今后可以進一步研究的方向。