例談面向計算思維的小學信息技術教學策略

李豐葉 劉曉東

《普通高中信息技術課程標準（2017版）》和《江蘇省義務教育信息技術課程綱要（2017年修訂）》規定計算思維是信息技術學科的核心素養之一。信息技術課程的發展方向應從知識教育和技能教育轉向思維教育。在小學信息技術教材中，有一些課程內容主要是以理論知識為主的，教師在教學這些課程時，受多方面因素的影響，教師過分關注知識的語言表征，常以是否記憶來考察知識的學習狀況，從而造成思維發展的缺失，課堂上學習氣氛沉悶，學生學得興味索然。

如何讓學生對枯燥的信息技術理論知識感興趣呢？如何在學習中發展學生的思維呢？王榮良教授認為，在學習信息技術知識時，如果采用的是機械記憶方法，則思維的運用是很少的。如果學生能理解知識，運用舊知識，產生新知識，引導學生使用計算機學科方法思考問題，是可以培養學生計算思維的。建構主義認為學習者的知識不是依靠教師講解獲得的，而是通過學習者主動意義建構獲得的。學習者在一定的教學情境下，依靠教師和其他同學的引導和幫助，運用所需的學習資料，意義建構地去理解知識，而不只是記憶知識。陳明選教授指出，要使學生真正地理解知識，應該注重理解性主題活動的創設，圍繞核心概念組織一系列相關的理解性活動，使學生在活動中理解概念，在理解中提高能力。因此我們在教學信息技術知識時要為學生提供一種既有趣又有意義的實踐活動，讓他們能夠沉迷其中，通過問題引領讓學生在活動中理解知識，幫助學生完成知識的建構，讓知識學習與思維發展同步進行。下面筆者以蘇科版小學六年級信息技術教材第1課《認識機器人》為例，來談一談如何面向計算思維來進行信息技術學科知識教學。

真實體驗，問題啟思中領會概念

在《認識機器人》一課中，認識機器人的三個基本特征是本課的重點，在筆者可見的教學設計中，有的教師是直接講解機器人的特征，有的是讓學生觀看一段有關機器人的動畫片后讓學生談談機器人的特征。據筆者課前對學生訪談了解到，學生對機器人這一類事物的認識大多停留在動畫片中的仿人形機器人上，不知道生活中一些自動化工作的機器就是機器人，也就是說學生大腦中對機器人沒有表象的表征。因此如果直接講解“機器人特征”這一知識，對學生來說只是一串字符，學生最多只是死記硬背，不能正確理解，更別說點燃學生思維的火花了。

在小學階段，學生注意新鮮、感興趣的事物，對周圍世界有強烈的好奇心和探索欲望，喜歡操作具體形象的物體。因此筆者提供給學生形狀各異、能完成不同任務的多個樂高機器人，每組分配一爪，讓學生先去“玩”機器人，觀察機器人在完成什么任務。玩的過程就是學生真實體驗的過程，學生就能在大腦中對機器人有了表象的表征。當然真正的理解還需要引導學生不斷地思考，教師要選擇恰當的時機向學生提出引導式或啟發式問題，引導學生積極思維，教師給予適當的點撥，在語言的交流中將思維推向深處。

【認識機器人特征環節】

各小組根據“機器人說明書”上的問題提示，共同“玩”機器人。

師：同學們，機器人好玩吧？誰來說說你的機器人會干什么呢？

生.我的機器人是一條智能的魚，人靠近它它就會游動起來。（學生邊演示邊說）

師：這個機器人它怎么會知道我們人靠近了呢？猜測一下！

生：有眼睛，有感應。

師：我們把機器人的眼睛、感應叫傳感器，有了它機器人就能像人一樣感知到外界環境。那它怎么一感應人靠近就會游動呢？

生：猜一猜。

師：其實事先我們已經給機器人的大腦輸入了一個程序，告訴它當感應到有人時就游動。所以它像個有大腦的人一樣會判斷;并能根據事先編制的程序完成游動這個動作。

師：它的身體像什么？

生：像條魚。

師：它的身體由許多部件組成，是—個仿魚形機器人，具有一定的結構形態。哪一組再來介紹一下你們組的機器人呢？

另一組學生上來介紹自己的機器人，教師通過問題繼續引導學生思考并逐步揭示機器人三個特征。

師：同學們，看了這些機器人，你覺得機器人一定要像人一樣嗎？

生：不一定。

師：是的，機器人的形狀不一定要像人，但它一定像人一樣有大腦，能按照事先編制的程序工作。這是機器人與普通機器最主要的區別。除此之外，機器人還具有一定的結構形狀，能完成一定的動作，這是機器人的三個基本特征。

虛實結合，問題導學中建構認知

在教學中教師要站在學生的角度，了解他們的認知發展水平和已有的經驗，思考他們如何獲得體驗，獲得怎樣的體驗才是有意義的。除了實物體驗外，教師還要根據教學內容給予學生視頻、圖片、多媒體學件等多樣化的體驗。學習體驗是促使學生保持繼續探索的原動力，有了良好體驗才能繼續前進。在獲得有意義的體驗之后，教師要借助問題導學，將各個教學活動的環節有機地串聯起來，實現由易到難逐步遞進的過程。教師要引導學生反思自己原有的知識經驗，把新知識和有關舊知識聯系起來，通過思維加工，重新組織和建構知識體系，提高學生的抽象、概括思維能力，培養學生的計算思維。

在《認識機器人》一課中，在教學機器人的分類時，課前了解到學生對民用機器人有一些應用體驗，學生在生活中用過或者見到過一些相關的機器人，因此這一內容是通過師生對話和生生對話來激活學生的應用感受。對另外三類機器人學生一般沒有直接體驗，因此筆者提供給學生自制的多媒體學件，讓學生自己先去學習、體驗各類機器人，再引導學生交流概括。機器人的概念對于學生和大部分教師來說可能都比較陌生，在學生通過實物和學件體驗了各類機器人后，教師引導學生用自己的話來談談對機器人的感受和感悟，打開學生的思維，幫助學生建構認知。

【認識機器人分類和概念環節】

師：同學們，我們現在所見的這些是專門供我們學習的機器人，我們把它們稱為學生機器人。除此之外，在生活中你還見過哪些機器人呢？

教師根據學生回答隨機出示掃地機器人、跳舞機器人、炒菜機器人等視頻。

師：看來機器人已走進普通家庭，成為我們生活中的好伙伴。這些機器人是幫助人們完成服務工作的，它們都是民用機器人。

同學們，生活中的機器人可不僅僅是我們所見的這些哦，還想看看其他機器^嗎？

學生打開“機器人世界”學件瀏覽其他各類機器人。

師：同學們，你最感興趣的是哪種機器人呢？

師生交流.小結其他各類機器人。

師：同學們，看了這些機器人，你覺得機器人是什么？能用自己的話來說一說嗎？

教師揭示機器人定義。

實驗探究，合作交流中深度理解

“知識的教也是需要經由學生自我的理解、體悟和摸索。”如果缺少了學生的理解、體悟和摸索，只有外部的灌輸和被動接受，學生以這種方式所獲得的知識并不是真正的知識。在學生學習信息技術知識時，我們可以采用以探究學習為主的滲透計算思維的教學方法，在教學過程中將計算思維的思維與方法貫穿于教學過程，潛移默化開展教學，這是一種隱式的計算思維教育方式。教師首先創設教學情境，提出探究性問題，以此調動學生學習的積極性，激發其學習動機。然后讓學生自己通過閱讀、觀察、實驗、思考、議論等途徑去合作探究，讓學生動手又動腦，在操作中進入解決問題的思考狀態。在這一環節中，教師要提供多種支架，以支撐學生的深度理解。對于學生自己摸索耗時較多的知識點，教師要做適當的講解。對于難點部分，有些學生—下子掌握不了，教師可以提供學件等供學生反復觀看學習。對于自主探究有困難的學生，教師要鼓勵組內同伴互相幫助，讓所有學生親身經歷與體驗知識的發生、發展過程，更好地理解知識的本質，掌握學習的方法和途徑。

在《認識機器人》一課中，機器人的組成是教學的重點，也是難點。教學這一部分時，筆者選擇了將形狀統一、結構分明的探索者機器人作為主要教學載體，并根據探索者機器人自編了學習材料，讓學生通過自學材料、小組討論先找一找機器人各個組成部分，在了解各部分作用時也不是簡單地直接告知。比如傳感器的學習，先讓學生認一認形狀，猜一猜作用，動一動操作實驗，說一說作用，與人的功能比一比等，通過這一系列的思維認知活動，促進學生對知識和概念的深度理解。

【認識機器人傳感器環節】

師：同學們找到了哪幾種傳感器呢？

生.我找到了聲音傳感器和超聲波傳感器。

師：觀察—下聲音傳感器的外形有什么特點？

生：我看到它頭上有個小小的、圓圓的零件，有點像我們用的小話筒。

師：同學們猜猜聲音傳感器有什么用呢？

生：可能能感受到我們聲音的大小。

師：我們來試試看！為了避免相互干擾，我們用吹氣的方式來代替聲音，你試著對它吹吹氣看，你發現了什么？

小細合作動手實驗探究。

生：我們發現對著聲音傳感器吹氣后'機器人的風扇就轉動起來了。

師：就是說我們的機器人通過聲音傳感器聽到了聲音，把這個信息傳給了控制系統，控制系統就指揮風扇轉啦。這個聲音傳感器就像是人的什么呢？

生：像是人的耳朵。

用同樣的方式繼續學習超聲波傳感器。

師：這兩個傳感器就像讓機器人長了眼睛和耳朵，那機器人是不是只有這兩個傳感器呢？

看！這些都是傳感器哦，（展示各種傳感器圖片）每多一樣，機器人就多—種感覺器官。通過它們機器人就能檢測到光線、溫度、濕度，甚至是人感受不到的各種信號，在以后的學習中我們會慢熳地認識它們。

遷移應用，問題延伸中發展思維

在實際教學中，教師應對教學內容進行適當拓展與延伸，可以根據本課內容和結合后續的學習，設計拓展性的問題，培養學生的問題意識，提升質疑、釋疑的能力，以此持續激發學生探究的興趣，實現知識的遷移應用，推動學生的思維發展。教師可以展示一個能引起學生驚訝的事件或現象來激活學生的思維，由學生自己發現問題或教師提出問題，并鼓勵教師與學生以及學生與學生之間進行討論和交流。通常這些問題并沒有固定的答案，因此教師的評價不能簡單地說好或者不好，而是要引導學生圍繞問題展開討論，通過分享交流來達到思維的深入。

例如《認識機器人》一課，在最后的拓展延伸環節，筆者讓學生再次“玩”機器人，體會相同外形的機器人完成的任務卻可以不同，從而讓學生了解機器人除了需要有“身體”，還需要給它注入“思想”，理解機器人是通過程序控制來完成指定任務的。同時用“還想做一個怎樣的機器人為我們生活服務呢？”這樣的問題進一步激發學生的想象，實現知識的拓展和遷移。

【課堂延伸環節】

師：同學們，我們的機器人擁有了結實的身體，還具備了一些本領，是不是只能有這幾種本領呢？看，老師這兒存一個跟你們一樣外形的機器人，它會干什么呢？

一組學生來“玩”機器人。

師：是的，老師的這個機器人是輛聲控車，它會躲避障礙自動行駛哦。如果我們給機器人注入新的思想，也就是編制程序，它們就會具有不同的本領。同學們還想做一個怎樣的機器人為我們服務呢？

生：我想讓機器人邊行走邊感應有沒有碰到人，如果碰到就自動打開風扇。

師：你的主意很妙，這樣就是一個自動行走的風扇機器人了。

生：我想設計一個機器人，感應到我靠近時，它會唱歌。

師：我們先給機器人連上蜂鳴器，再編制程序，然后就可以實現了。

老師期待著在以后的學習中，你們的這些精彩想法都能一一實現！

在《認識機器人》這節課中，筆者讓學生四次“玩”機器人，玩是為了激發學生的興趣，玩是為了給學生真實體驗的機會，玩是為了讓學生去實驗和探究，玩是為了更好地發展學生的思維，使其自主地建構知識，學會用知識來解決問題，從而真正讓學生在“玩”中學。計算機學科知識是計算思維的基礎，計算思維的培養需要在計算機學科知識與技能學習過程中實現。只有開展面向思維的學習，才能實現知識應用的靈活性、拓展性和創新性，才能更好地讓學生在信息社會中生存、創新和發展。