小學(xué)信息技術(shù)教材中的計(jì)算思維挖掘與教學(xué)案例淺析

蔡榮華 萬(wàn)夢(mèng)思

摘要：計(jì)算思維是當(dāng)前教育領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)話題，在中小學(xué)階段如何將計(jì)算思維更好地融入課堂教學(xué)，一直是一線教師比較關(guān)注的內(nèi)容。通過深度挖掘小學(xué)信息技術(shù)教材南方版六年級(jí)下冊(cè)第一單元中的計(jì)算思維內(nèi)容和對(duì)案例進(jìn)行分析，以期為一線教師在用教材進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和課堂教學(xué)中融入計(jì)算思維提供新的視角。

關(guān)鍵詞：中小學(xué)信息技術(shù)教材;計(jì)算思維;教學(xué)案例

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）14-0080-02

1 引言

計(jì)算思維這一概念的公開提出是周以真教授在2006年通過美國(guó)的權(quán)威刊物發(fā)表的，同時(shí)周教授還強(qiáng)調(diào)了計(jì)算思維的重要性，它應(yīng)該跟讀、寫、算一樣成為每個(gè)人都應(yīng)該掌握的一種基本能力。周教授認(rèn)為，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[1]。根據(jù)周教授的觀點(diǎn)，計(jì)算思維是通過仿真、遞歸、抽象、自動(dòng)化、冗余、分解等一系列核心的方法將復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的基本的解決問題步驟，并且將問題解決。美國(guó)國(guó)際教育技術(shù)協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱ISTE）對(duì)基礎(chǔ)教育階段的計(jì)算思維培養(yǎng)給出了操作層面的定義，包括六個(gè)要素[2]。目前針對(duì)計(jì)算思維國(guó)內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的定義，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都對(duì)計(jì)算思維的定義和操作提出了自己的理解，南安普敦大學(xué)的CynthiaSelby博士和John Woollard博士提出的計(jì)算思維包括算法思維、抽象、分解、概括和評(píng)估這五個(gè)要素[3]，如圖1所示。

Selby博士和 Woollard博士關(guān)于對(duì)計(jì)算思維的定義比較適合中小學(xué)信息技術(shù)教育，本次文章里也是借用這個(gè)定義認(rèn)為計(jì)算思維是由抽象思維、算法思維、分解思維、概括思維以及評(píng)估思維這五個(gè)思維要素組成的。其中抽象是計(jì)算思維最本質(zhì)的特征之一，是通過去除繁雜和冗余提煉出相同事物共有的特征和規(guī)律;分解指的是將復(fù)雜的問題分解成一系列比較容易理解的小問題;算法指的是具體解決問題的一系列步驟;概括指的是在抽象的基礎(chǔ)上提取解決問題的通用信息，然后通過提取的通用信息去解決類似的問題;評(píng)估指的是在完成任務(wù)之后對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并于預(yù)期的結(jié)果比較。

通過對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行綜述筆者發(fā)現(xiàn)，在中小學(xué)階段計(jì)算思維的培養(yǎng)主要是通過信息技術(shù)課程實(shí)現(xiàn)的，信息技術(shù)課程是學(xué)科核心素養(yǎng)和計(jì)算思維培養(yǎng)的落腳點(diǎn)與著力點(diǎn)。但是筆者發(fā)現(xiàn)當(dāng)前中小學(xué)信息技術(shù)課程中的一線教師在講課時(shí)過分注重知識(shí)技能的講解和步驟的操作，缺乏從課程的頂層設(shè)計(jì)思想去培養(yǎng)學(xué)生的思維，教學(xué)中并沒有充分的融入計(jì)算思維。中小學(xué)信息技術(shù)課程的目標(biāo)不僅僅是要教會(huì)學(xué)生掌握基本的知識(shí)技能和原理，讓學(xué)生能夠?qū)W會(huì)使用信息技術(shù)去解決基本的問題，更重要的目標(biāo)是要培養(yǎng)學(xué)科背后隱藏的思維，也就是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，所以筆者通過深度挖掘中小學(xué)信息技術(shù)教材中的計(jì)算思維內(nèi)容和探究教學(xué)案例，以期為中小學(xué)的一線教師在使用信息技術(shù)教材設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和融入計(jì)算思維的過程中提供嶄新的視角。

2 《算法與程序設(shè)計(jì)初體驗(yàn)》中計(jì)算思維挖掘與教學(xué)案例探究

在計(jì)算思維培養(yǎng)的方法中，通過編程來(lái)實(shí)現(xiàn)一直是大家公認(rèn)且有效的一種方法，本次分析的教材是南方版小學(xué)信息技術(shù)教材六年級(jí)下冊(cè)第一單元的內(nèi)容即《算法與程序設(shè)計(jì)初體驗(yàn)》，整個(gè)單元包括四次課程和一次活動(dòng)，主要學(xué)習(xí)的內(nèi)容是scratch程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，了解編程的基本概念和解決問題的一般步驟，表1是第一單元的基本內(nèi)容組成和對(duì)教材中計(jì)算思維內(nèi)容的挖掘。

第一課“小貓漫步”任務(wù)場(chǎng)景中的“競(jìng)技場(chǎng)”環(huán)節(jié)需要學(xué)生在前面“淘寶屋”環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上回答出在scratch軟件里為什么不同的指令區(qū)要用不同顏色表示呢？有哪幾種方法讓小貓移動(dòng)呢？這里體現(xiàn)的計(jì)算思維是抽象思維和概括思維，教師在前面的“淘寶屋”教學(xué)環(huán)節(jié)中可以有意識(shí)的以提問的方式來(lái)引導(dǎo)學(xué)生思考相關(guān)的問題，讓學(xué)生形成愛思考的學(xué)習(xí)心理，然后讓學(xué)生對(duì)同類型的問題找出解題的共同點(diǎn)，教師鼓勵(lì)學(xué)生大膽思考，不要局限于一種解題方式，從而讓學(xué)生的抽象思維能力和概括思維能力得到了很好的鍛煉。

第二課“小貓變變變”任務(wù)場(chǎng)景中的“益智園”環(huán)節(jié)是需要學(xué)生動(dòng)手操作獨(dú)立完成作品的，這個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)置的任務(wù)是針對(duì)想要拔高的學(xué)生，在編寫完“小貓變小猴”的程序后，要讓一只小猴變成兩只顏色不一樣的小猴，這里體現(xiàn)的計(jì)算思維是概括思維和算法思維。學(xué)生在“淘寶屋”和“練功坊”環(huán)節(jié)學(xué)到的都是讓小貓變小猴或者讓小貓變小獅子的技能，沒有直接的學(xué)習(xí)讓一只小猴變成兩只顏色不一樣的小猴的內(nèi)容，教師在教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)前面學(xué)習(xí)的小貓變小猴或者小貓變小獅子的共同技能，然后引導(dǎo)學(xué)生將總結(jié)出的共同技能遷移到一只小猴子變成兩只顏色不一樣的小猴子任務(wù)中，然后引導(dǎo)學(xué)生說出解決問題的方法和操作的步驟，讓學(xué)生通過scratch軟件完成，這就很好地培養(yǎng)了學(xué)生的概括思維能力和算法思維能力。

第三課“小貓蓋新居”任務(wù)場(chǎng)景中的“淘寶屋”環(huán)節(jié)需要學(xué)生掌握小貓是如何蓋新居的，需要用到哪些工具，這個(gè)環(huán)節(jié)體現(xiàn)的計(jì)算思維是抽象思維和分解思維。教師可以創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生想象假如自己家要蓋新房，新房里都會(huì)有些什么東西，然后引導(dǎo)學(xué)生將答案遷移到“小貓蓋新居”的問題里，接著教師在進(jìn)一步的引導(dǎo)學(xué)生將蓋新房需要用到的工具進(jìn)行分解，以思維導(dǎo)圖的形式將“小貓蓋新居”的步驟展現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生可以根據(jù)思維導(dǎo)圖的提示和教師的引導(dǎo)用scratch軟件去一步步地實(shí)踐，在此過程中教師將計(jì)算思維融入具體的課堂教學(xué)中，學(xué)生不僅掌握了基本的技能操作，思維方面也得到了很好的培養(yǎng)。

第四課“小貓T臺(tái)秀”任務(wù)場(chǎng)景中的“競(jìng)技場(chǎng)”環(huán)節(jié)是讓學(xué)生分享編寫程序時(shí)的創(chuàng)新之處以及編寫程序時(shí)遇到的困難，這個(gè)環(huán)節(jié)體現(xiàn)的計(jì)算思維是算法思維和評(píng)估思維，這也是一個(gè)比較吸引學(xué)生熱情和興趣的環(huán)節(jié)，在完成“淘寶屋”和“益智園”環(huán)節(jié)的任務(wù)之后，學(xué)生都信心滿滿，想通過這個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)大展身手并且談?wù)勛约旱某晒透形颉＝處熆梢怨膭?lì)學(xué)生大膽的曬出自己編寫的程序，并讓學(xué)生對(duì)程序進(jìn)行簡(jiǎn)單的說明以及編寫程序時(shí)的心得分享，然后讓其他學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，教師有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)編寫的程序過程進(jìn)行分享以及師生之間相互評(píng)價(jià)，學(xué)生不僅在教師的指導(dǎo)下完成了任務(wù)，算法思維能力和評(píng)估思維能力也得到了很好的培養(yǎng)。

3 總結(jié)

信息社會(huì)人們對(duì)計(jì)算思維的關(guān)注也越來(lái)越多，如何在中小學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維已經(jīng)是許多一線教師和學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注的課題，教材并不能夠直接的培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，需要教師將教材中的計(jì)算思維內(nèi)容進(jìn)行深度挖掘，然后在課堂教學(xué)中將計(jì)算思維融入相應(yīng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，并且運(yùn)用一些教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生思考，長(zhǎng)此以往才能培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。計(jì)算思維的培養(yǎng)也不是一朝一夕就能完成的，它是一個(gè)長(zhǎng)期且緩慢的過程，思維是隱性的，看不見也摸不著，計(jì)算思維需要通過解決實(shí)際的問題體現(xiàn)出來(lái)，有關(guān)在中小學(xué)階段采用何種方法和教學(xué)模式來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維到目前為止還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，還需要廣大一線教師和學(xué)者去深入探索和實(shí)踐，以期找到一個(gè)可借鑒的培養(yǎng)中小學(xué)生計(jì)算思維的方法。

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【通聯(lián)編輯：王力】