問題解決能力為核心的初中生計算思維培養策略

張俊花

目前，培養學生的計算思維已成為社會和時代的迫切需求。雖然我國教育部門認可計算思維對提高學生問題解決能力的積極作用，并在培養方案中加以強調，但卻缺少針對初中生計算思維進行培養的具體策略。為此，筆者以初中信息技術課程教學為載體，從我國中學教育基本情況出發，總結計算思維的基本內核和特征，探討中學生計算思維的培養策略與實踐方法。

● 計算思維的內涵及特征

《普通高中信息技術課程標準（2017版）》將計算思維界定為：計算思維是以計算機領域的學科方法界定問題、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，并可遷移到與之相關的其他問題解決中的一種學科思維?？梢姡嬎闼季S是普適性的存在，它是一種同時包含數學思維、工程思維和科學思維的綜合性思維，是一種基于信息技術解決問題的能力。故而，計算思維實質上是一種靈活運用計算工具和方法解決問題的思想方法或者思維活動，可以有效地搭建跨學科的對話橋梁，促進人的整體發展和終身發展，具有不可替代的作用。

計算思維可歸納為六大特征，如圖1所示。該思維是一種解決問題的過程，它采用抽象和分解的方法形式化問題，建立結構模型，綜合設計、算法、批判、分析等多種思維工具，形成系統化、最優化的問題解決方案，并運用各種信息資源在不斷交互思考過程中解決問題。其核心在于學生問題解決能力的培養，其關鍵在于學生計算思維的建立。

● 以問題解決能力為核心的初中生計算思維培養策略

中小學信息技術的學科價值不僅要讓學生掌握必要的知識與技能，更重要的是培養學生運用這些知識和技能解決實際問題的能力。因此，在教學實踐中，教師要充分利用新技術和豐富的網絡資源，以章節知識點為載體，采用以學生自主學習和自主探究為主的教學方式，圍繞問題的解決，引導學生發現問題、分析問題和解決問題，通過激發和培養學生的發散性思維和創造性，促使學生形成計算思維。面向問題解決的計算思維培養的教學策略如圖2所示，其關鍵要素如下。

1.待解決實際問題的提煉

在課程設計中，教師首先要明確一個待解決的問題，該問題應接近現實或真實情境，并對學生有一定的挑戰性，進而發展學生有效解決問題的技能和計算思維能力，確保在將來的工作和學習中，學生的能力能有效地遷移到解決實際問題中。

2.解決問題所需技能或知識

學生所需的一定的知識技能，可以采取兩種方式獲得，一是在教師集中講解時習得所需知識，二是在解決問題的過程中根據需要獲取知識。

3.建立學習小組

要解決真實情境中的具體問題，一個人獨自完成整個學習過程有時會很吃力，通過學習小組的形式展開，便于充分討論和評估所解決問題的方案。

4.問題解決的程序

要求學生能合理完整地設計出小組解決問題的流程，進行合理的分工合作，以保證學習的順利完成。

5.自主學習和創新創造精神

面向問題解決的學習強調學生自主探究、學習、解決問題的過程，因此需要學生有積極主動開展學習的精神和創造性解決問題的鉆研精神，否則整個學習計劃將無從開展。

● 以問題解決能力培養為核心的初中生計算思維培養實踐

為進一步驗證上述策略的有效性，筆者進行了課程實踐。下面，以蘇科版《初中信息技術》上冊第六章“加工和制作圖片”授課內容為例，闡述以問題解決能力培養為核心的初中生計算思維培養策略和實踐方法。

1.情境引入——確定問題

加工與制作圖片屬于信息技術基礎知識，教學目標是使學生初步感悟信息技術在人類生產生活中的重要價值，在數字化表達與創新活動中初步培養信息意識、計算思維和信息社會責任。為此，在問題的確定環節，教師可以通過情境引入：新年即將到來，你想給好朋友或家人送去祝福嗎？新年賀卡是一種比較實用的送祝福的方式，也是很多人都可以接受的一種方式。那么，如何制作一張賀卡呢？

2.學生討論——數據采集，分析與表達

教師引導學生討論：賀卡一般包含哪些元素？制作賀卡的一般步驟是什么？

學生討論并總結：賀卡的元素一般有背景、有代表性的圖案、簡要的文字等。

制作賀卡的一般步驟是：創意設計——素材搜集——設計制作——修改升華——發布作品。

3.明確任務，項目規劃、生成，選擇和規劃方案

教師要求學生兩人為一組，合作設計并制作一張個性新年賀卡，時間為兩課時。具體要求：①賀卡的主題是恭賀2021新年。②賀卡尺寸統一設置為寬800像素，高600像素。

③賀卡設計有創意，能體現新年送祝福的元素，具體內容自行設計，需要的素材請選擇適當的搜索引擎進行采集。④認真、規范填寫賀卡規劃表。⑤賀卡樣式不限，可以綜合利用圖層、選取工具、文字工具、圖層選項等。⑥完成的作品保存為.psd和.jpg兩種格式，并把完成的作品以“組號+姓名”命名并提交。⑦作品展示，選出你最喜愛的新年賀卡，并互送祝福。

4.創作指導——問題分解，方案評估，方案優化

由于賀卡制作是一個比較系統的任務，教師要幫助學生更好地完成任務，引導學生分解問題，明確制作步驟。問題分解如下表所示。

5.實踐效果評估

在本次實踐中，教師只給定了制作新年賀卡的主題，賀卡的設計、素材的搜集以及賀卡的制作全由學生獨立完成，當教師展示學生的新年賀卡時，學生臉上都洋溢著自豪和快樂的神情，這說明他們在解決問題時學有所獲。

第一，通過問題解決，學生體驗到了制作圖片作品的流程、方法與步驟，也積累了制作作品的經驗。①學生在了解問題后，先對問題抽象——制作賀卡;②制訂解決方案即解決問題的步驟——設計賀卡、搜集素材、制作賀卡、發布賀卡;③對問題進行分解——賀卡中包含的元素和圖案;④進行數據采集與分析——搜集賀卡素材，并對素材進行質量分辨;⑤實施解決方案——運用圖像工具制作賀卡，同時在搜集素材及制作的過程中對最初的設計方案不斷地進行修改、調試。上述一系列的流程鍛煉了學生的計算思維以及解決問題的能力。

第二，學生的自主學習和創新能力得到了鍛煉。在教師不提供素材的條件下，學生要想設計出滿意的賀卡，首先要有好的設計創意，創意的形成過程鍛煉了學生的創新創造能力。而從設計、搜集素材到制作再到不斷修改，這一過程鍛煉了學生的自主學習能力。

第三，學生體驗了問題解決的程序，獲得了問題解決的經驗。學生根據問題提出解決問題的方法，然后制訂計劃與步驟，并按照計劃與步驟逐步開展活動。

第四，學習小組為學習助力。在解決問題的過程中，從討論解決問題的步驟到按計劃實施方案，教師都會鼓勵學生與小組內的同伴進行分享與探討，如“把我的創意說給你聽請你來評價，制作的過程中有個技術我忘記了請你來幫忙，賀卡初步制作出來了請你來找茬”。解決真實情境中的具體問題，是一個綜合性實踐過程，一個人的力量比較薄弱，學習小組助力則會事半功倍。

● 結束語

本文提出了一種以初中生信息技術課程為載體、以問題解決能力為核心的初中生計算思維培養策略，總結了計算思維的特征，基于所提出計算思維培養策略，將學習過程置于真實的問題情境中，采用教師組織、“學生協作學習+自主探究”的學習方式進行了教學實踐，不僅讓學生在問題解決中掌握信息技術知識，還激發和培養了學生的發散性思維和創造性能力，促進了學生計算思維能力提升。

本文為南京市第11期個人課題“以問題為導向的初中生計算思維培養方法研究”研究成果。