小學信息技術教學實施策略研究之計算思維的培養

陳永存

【摘 要】隨著大數據、人工智能技術的普及和應用，計算思維能力已經成為新時代數字公民必須具備的基本能力之一，也成為國內外教育領域的研究熱點。本文從領悟計算思維概念、有效問題鏈設計、設計生活化的學習任務和程序算法交流四個方面闡述基于計算思維培養的小學信息技術教學實施策略。

【關鍵詞】計算思維;信息技術教學;教學策略

計算思維作為信息技術學科核心素養之一，是當前中小學信息技術教學普遍關注的熱點，也是小學信息技術教學活動開展的重要組成部分。計算思維培養融入信息技術課程將成為教學發展的新常態，成為教學的重難點。

對于一線信息技術教師的實際課堂教學而言，如何利用信息技術培養具有計算思維能力的學生，如何著力圍繞信息技術學科教學實際，讓學生的計算思維得到強化和發展，是新時代每一位信息技術教師面臨的新挑戰與新問題。本文將從領悟“計算思維”概念入手，結合Scratch編程教學實踐，針對計算思維到底如何培養的問題，展開深入探究。

領悟計算思維概念是有效培養學生計算思維能力的前提

2006年，美國卡內基·梅隆大學周以真教授提出了計算思維（Computational Thinking）的定義。周教授認為：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。2017年教育部頒布的《普通高中信息技術課程標準》中提出，計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。

根據以上的定義，我們可以這樣認為：計算思維是人的思維，是人類的一種對于問題求解的方法和途徑;具備計算思維的學生，在信息活動中，就能夠采用計算機可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結構模型、合理組織數據;通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法形成解決問題的方案;總結利用計算機解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關的其他問題解決中。對學生來說，他們擁有了計算思維之后，就可以把一個復雜的問題，利用一定的系統得到完美解決。

有效問題鏈設計是培養學生計算思維能力的重要教學策略

隨著新課程改革的持續深入，使得信息技術學科教學無論是教學觀念還是教學方法均需要進行創新。課堂提問是最為常見且行之有效的教學方法之一，建立在課堂提問基礎上的問題鏈又是一種新型教學方法。它強調將一個個存在聯系的問題當作貫穿課堂教學的線索，在串聯信息技術知識的同時，又對學生的能力進行鍛煉，最終提升教學效率。問題鏈中的問題是結構性的、相互聯系的，是從易到難、從簡單到復雜的，是層層遞進、環環相扣的成序列的問題。問題鏈設計的優劣直接關系到課堂教學的效益與學生計算思維能力的培養效果。

教師應根據教學需要，緊緊圍繞核心知識點，突出教學問題的基本內涵，充分體現問題的多樣性、邏輯性、創新性，設計一系列科學、有效的教學問題。在教學問題鏈設計中，問題與教學目標之間、各個問題之間的邏輯具有內在一致性，問題難度應有層次，既能體現知識發展的階段性，又能符合學生的認知規律;既讓學生充分經歷知識的發生與發展的過程，又在一個個問題解決的過程中，讓學生的計算思維能力得到有效訓練。因此，在實際信息技術課堂教學中，教師應當結合教學實際來進行問題鏈的設計。設計問題鏈的目的是將核心知識點轉換為聯系緊密、層次鮮明，具有啟迪性、開放性、挑戰性的一系列問題，引導學生圍繞問題鏈展開積極思考與探究，激發學生產生一種解決問題的渴望;促使學生在問題的引導下，展開更深層次的思考，能夠讓學生的計算思維經過由淺入深的思考過程，使學生親身經歷質疑到釋疑的過程。學生借助問題的展開，逐步探究問題的本質，有效幫助學生掌握核心知識，提升探究能力，豐富學習經驗，提高學習效率;從而進一步提升學生的計算思維能力，最終促進學生的全面發展。

如在北京義教版教材Scratch編程單元，在講授“智能手機密碼驗證”一課時，教師從本課的核心知識點有限次循環與選擇結構入手，進行了如下問題鏈設計：誰能說一說生活中智能手機開機密碼是怎樣驗證的？依據智能手機開機密碼驗證過程，你能畫出程序流程圖嗎？想一想，如何利用有限次循環與選擇結構，編寫智能手機開機密碼驗證程序？在編寫智能手機開機密碼驗證程序時，你遇到了什么問題？是怎樣解決的？你能用今天所學知識，設計編寫智能門鎖密碼驗證程序嗎？并說出設計思路。

綜觀以上的問題鏈設計，實現了縱向引領，環環相扣，層層遞進;做到了從易到難、從簡單到復雜，先從最簡單的問題入手，再提出一系列問題引導學生從自然語言過渡到程序流程圖，再從程序流程圖過渡到程序語言。問題鏈的設計，讓學生進入深度思考的學習活動中，通過對問題的分析與推理，總結歸納出一般性的規律，從中找到解決問題的方法，最終實現編寫程序代碼解決智能手機密碼驗證問題。與此同時，在“發現問題—提出問題—分析問題—解決問題”的過程中，幫助學生架構“已知”與“未知”之間的“橋梁”，建立合理的知識結構，使學生真正理解有限次循環與選擇結構，并能夠正確應用有限次循環與選擇結構編寫程序解決生活問題。教學中，隨著一個個問題的解決，學生的計算思維也得到了有效培養。

設計生活化的學習任務是培養學生計算思維能力的有效方法

“源于生活，融于生活，用于生活”，生活化的信息技術課堂尤為重要。在小學信息技術 Scratch 教學的過程中，為了培養學生的計算思維，教師在“以學生發展為本”的教學理念指導下，合理地將小學信息技術課程的知識點與學生的實際生活結合起來，設計生活化的學習任務，讓學生將學到的知識應用到生活實際，給學生創設“學中用”“用中學”的學習情境，引導學生從生活中發現信息技術、學習信息技術。在利用信息技術解決生活問題的過程中，借助生活常識去理解抽象知識，通過生活知識的遷移，建構新知識，在進行大膽嘗試與不斷創新過程中，使學生逐步建立解決實際問題的方法，知道如何將信息技術應用到日常學習和工作中，從而有效培養學生的計算思維能力。

如在北京義教版教材Scratch編程單元，教師設計“模擬電飯鍋工作過程——制作倒計時程序”一課時，以學生全面發展為出發點，從學生身邊的智能電飯鍋生活場景出發，設計三個不同層次的生活化學習任務。任務一是“利用角色信息傳遞——模擬電飯鍋預約、煮飯、保溫，各種燈交替顯示工作狀態”，學生通過分析電飯鍋紅、綠、黃燈的工作狀態，體驗角色傳遞信息的過程，感受程序內部角色的功能和作用，學習角色間廣播消息的發送與接收。任務二是“使用變量——模擬電飯鍋的倒計時顯示”，學生在分析電飯鍋倒計時程序工作過程中，理解變量的概念、體會變量的作用，從而培養了學生解決實際問題的能力。任務三是“編寫程序——模擬電飯鍋的預約煮飯工作過程”，學生通過分析倒計時程序設計思路，梳理流程圖，了解程序結構，根據實際需要選擇命令搭建腳本程序。三個任務層層遞進、環環相扣，有效地激發學生的興趣和主觀能動性;學生在生活知識的遷移過程中，建構了新知;在大膽嘗試與不斷創新過程中，形成了新的技能。

程序算法交流是培養學生計算思維的主要途徑

教師如何才能做到有效實施程序算法交流呢？我認為應做到七要：一要著力創建互動討論學習空間;二要積極搭建展示交流的平臺;三要注重學生思維的啟發與激勵;四要讓學生敢于提問、大膽質疑，充分展現自我;五要鼓勵學生說出自己的思考過程，主動分享自己的觀點;六要引領學生面對同一問題，進行共同思考與討論，探索不同的求解算法和路徑，拓展求解思維視野，真正做到取長補短，互相借鑒;七要讓學生在思想碰撞與認知沖突中，發現問題，在問題分析中學會思考，在思考過程中產生新的見解，在解決問題過程中，內化知識，形成深度認知，從而使學生的計算思維能力得到有效培養。

計算思維能力是信息技術學科核心素養中的重要組成部分，是抽象、螺旋上升的思維活動，是學生必須具備的基本能力。在小學信息技術課堂組織教學過程中，教師應該主動擔負起計算思維能力培養的重任，轉變教學理念，努力探索有效培養學生計算思維能力的途徑，進一步優化教學策略，使學生在信息技術課堂教學中，逐漸養成良好的計算思維習慣，不斷提高計算思維能力，以滿足未來信息社會發展的需要。

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