運用思維可視化工具培養計算思維的研究
——以三年級“畫圖”課程為例

江蘇蘇州高新區秦馀小學校 張曉雯

2016年9月13日上午， 中國學生發展核心素養總體框架應運而生。 隨后在此基礎上，各學科也開始探索自己的學科核心素養。 2018年江蘇省教育廳印發了《江蘇省義務教育信息技術課程綱要（2017年修訂）》，綱要中提到“義務教育信息技術學科核心素養包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任等方面”，要養成這些核心素養需要從信息技術課程性質上把握， 也就是基礎性、工具性、實踐性、發展性。 本論文著重論述如何在畫圖課程中培養小學生計算思維，提升小學生解決問題能力。

一、培養計算思維需從基礎開始

（一）計算思維培養的是什么

計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。

《江蘇省義務教育信息技術課程綱要（2017年修訂）》 中提出了計算思維是信息學科核心素養之一，運用計算思維能識別與分析問題，抽象、建模與設計系統性解決方案， 是解決問題的重要思維能力。 處于小學階段計算思維培養的是學生發現問題、分析問題、提出假設、檢驗假設的能力，也就是學會問題解決。

（二）計算思維也需要從基礎開始培養

很多教師會覺得程序設計模塊的課程中更能培養計算思維，筆者也認同，但是任何一種思維的訓練都需貫穿始終，潛移默化。 再者，程序設計模塊只占整個小學信息技術課程的八分之一（如表1），若研究以此為培養計算思維的起點，不僅培養計算思維的時間較短，還存在斷層，效果也許并不理想。

從表1中可以發現整個小學信息技術課程基礎模塊占比很大，而“畫圖”作為小學生學習的第一款應用軟件，其基礎性、工具性、實踐性不言而喻，所以筆者以此為研究內容。

表1

如何有效培養小學生計算思維？ 通過什么手段或者工具培養？ 首先需要了解小學階段兒童的思維特點。

二、小學生思維特點

心理學家皮亞杰的認知發展規律（感知運算階段、前運算階段、具體運算階段、形式運算階段）表明小學生的認知發展正處在由“前運算階段（2～7歲）”進入到“具體運算階段（7～11歲）”的過程中。 在這個過程中思維不可逆性轉變為思維可逆；思維逐漸去集中化， 能從事物的整體和部分出發看待問題；兒童仍需要從具體事物中獲得邏輯思維。

本研究對象是小學三年級兒童，處于具體運算階段，在解決兩類范疇相結合的復合群集的分類任務上，能夠根據物體各種特性結合的復雜規則進行分類，但仍需要借助具體事物進行思考。這表明兒童需要借助直觀工具，將復雜的問題分解，一步一步解決問題，也就是要將解決問題的思維過程可視化。

三、思維可視化

（一）思維可視化概念及工具

思維可視化是指對原本不可見的思維路徑、方式、 規律運用圖示或圖示組合的方式呈現出來，以期實現增強記憶及加深理解的效果，其本質就是將隱形思維顯性化的過程。

實現思維可視化的工具多種多樣，思維導圖是應用最廣泛的。 思維導圖是由英國心理學家托尼巴贊提出的，最初是學生用來做筆記的，幫助學生在記憶過程中構建可視化的思考框架， 提高學習效率。

（二）思維導圖特點

思維導圖主要由四部分組成：關鍵詞、分支、顏色、圖畫。 其特點概括起來為以下四點：

（1）關注焦點集中在中央圖像上；

（2）以關鍵詞為分支向四周發散；

（3）分支由線條和寫在線條上的關鍵詞、圖像構成，二級主題或相對次要的主題附在較高層次的分支上呈現出來；

（4）各分支相互關聯，構成互相連接的節點。

考慮到三年級兒童對應用軟件的不熟練，筆者以手繪形式構建思維導圖。

四、基于“畫圖”提高學生解決問題的實踐研究

(一)初步嘗試，引導學生發現問題

“畫圖” 是小學生學習信息技術課程遇到的第一款軟件，其有著斑斕的色彩、豐富的圖形、各式工具……一開始就吸引著學生們，教學“畫圖”課程需要利用好學生的好奇心， 保護好他們的求知欲，以及揣摩他們蠢蠢欲動的心理，適當引導后，給予學生初步嘗試的機會，在過程中自然而然地發現問題。

例如，學習“畫方形和圓形”一課，出示房子圖片（圖1），簡單分析房子的構成（是由哪些圖形組成的？ ），學生的小手已經按捺不住地挪動鼠標了，此時讓他們畫房子，一下就抓住了他們立刻想畫圖的心理，使課堂氣氛變得積極向上。 在繪制過程中，他們會遇到使用錯誤圖形、空間布局、比例大小等問題，教師不用急于糾正，出示例圖后，讓學生自己比較，引導學生結合繪圖過程中遇到的問題，立馬就能發現問題。

圖1

(二)巧用導圖，培養學生分析問題

出現了問題，自然就得解決問題，通常教師會利用任務驅動法、探究學習法、合作學習等方式解決這些問題，這些方法在以往實踐過程中都獲得了很好的效果。 但筆者認為這些方法放在獨立的一堂課中是完全沒有問題的，絕大部分學生能當堂解決問題，但是放在整個課程體系中，就顯得有些孤立了，學生分析問題的方式每堂課都不同，并不利于培養計算思維。 如果制訂出某個基于此類知識的框架，學生利用這種框架去分析問題，那么思維也就能形成一個體系了。 思維導圖就是這樣的框架。

上述例子中，學生面對各種各樣的問題，不知從何下手，教師可以為其分門別類，這些類別涵蓋整個模塊。 將“畫圖”模塊的問題分為：①圖形類別問題；②空間布局大小比例；③繪圖順序。 以“畫方形和圓形”為例，繪制出思維導圖框架（圖2）：

圖2

(三)再用導圖，幫助學生提出假設

在思維導圖的引領下，學生就會順著此框架分析問題。 有了這三方面的思考，在完成組合圖形時，學生就能比較容易著手繪圖。 特別是“繪制順序”，學生以此為據，提出繪畫圖形的順序，方能掌握電腦繪畫的一般步驟， 并為之后的電腦繪圖打下基礎。

初步嘗試時，筆者發現，學生繪圖沒有一定順序，不會先分析整個圖形的結構，都是隨意選擇形狀后，立馬畫，導致圖形松散、歪斜。 例如，有學生先畫了煙，再畫了墻壁及門窗，中間留給屋頂和煙囪的空間所剩無幾，最后的成品也就不太美觀了。 故筆者在教學時，出示幾幅組合圖形（如圖3和4）的繪圖順利，引導學生總結出從“整體到局部，由大到小”的一般繪圖順序，幫助他們提出繪圖順序的假設。

圖3

繪圖順序：

圖4

(四)大膽實踐，檢驗學生所提假設

有了繪制順序的假設，學生就可以按照步驟繪圖了，在此過程中學生會發現提出的假設存在一定問題，那么重新分析問題，再次修正思維導圖，然后再進行繪圖，不斷檢驗假設，完善導圖。

在用思維導圖分析和提出繪圖假設的過程中，教師將逐步放手，從搭建思維導圖框架、設置關鍵詞到引導學生總結繪圖一般順序，再到學生能自主完成思維導圖。 整個學期18堂課，學生漸漸形成了基于畫圖的問題解決策略，形成這個階段的信息技術計算思維。

五、研究總結

本研究利用思維導圖培養學生計算思維，最終效果比較滿意，達到以下幾點：

1.學生思維外顯，及時發現問題所在；

2.學生掌握方法后，課堂效率不斷提高；

3.為后續階段提升計算思維奠定基礎。

研究還有不足， 研究范圍是畫圖課程中繪制“組合圖形”的教學，對于畫圖課程中基本知識點教學沒有使用思維導圖，在今后教學中將擴大思維導圖研究范圍，不斷發掘可培養計算思維的方法。