基于計算思維的小學科學教學模式構建及策略

賀玉婷 劉錦錦

【摘 要】本文首先介紹計算思維的概念和研究現狀，分析了小學生培養計算思維的重要意義;然后，提出計算思維應用于小學科學教學的策略，并構建基于計算思維的小學科學教學模式圖，并以“種子發芽實驗”一課為例具體闡述此模式如何應用。最后提出培養小學生計算思維的建議，以期為小學科學和其他學科教學研究提供參考。

【關鍵詞】計算思維;小學科學;教學模式

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2022）04-076-03

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。[1]從應用的角度上看，通過計算思維對問題進行分解、約簡，并通過轉化和仿真的手段去研究問題，可以使很多復雜的問題通過類似模式化的方法迎刃而解。[2]培養人們的計算思維，是讓人們學會像計算機那樣解決問題的思維方式。

經過文獻分析可知，小學計算思維的培養策略多應用于信息技術教學、編程教學等方面。另外，將計算思維應用于其他學科教學的研究卻比較少。其實，計算思維不能僅局限在信息技術課、編程教育等途徑進行培養，小學其他學科同樣可以將計算思維融入教學中，尤其是小學科學課也可以將計算思維方法融入其中，培養學生的計算思維。

培養小學生計算思維的意義

首先，有助于學生高階思維的發展。在小學階段培養學生的計算思維很大程度上培養了學生的高階思維習慣，讓學生能夠從問題出發，分解問題并一一解決。不將學生的思維局限在知識的學習上，而是讓學生充分地發散思維，發現問題所在，重視思維過程。

其次，有助于學生身心發展。計算思維的培養讓學生學會了從多個角度看待問題，能夠讓學生學會理性地看待問題，并針對此問題進行分析、設計，建構出一套合理的解決方案，在各種問題的解決上同樣適用，這對于學生今后的身心發展有極大的幫助。

最后，有助于學生科學素養提升。近年來，科學素養的培養已漸漸成為小學教育的核心內容，計算思維的培養也為學生綜合素質的提升提供一份助力。培養計算思維最大的優點在于能夠讓學生養成理性看待問題的良好習慣，可以讓學生實現“三思而后行”的處理方式，極大提升學生的科學素養，甚至是綜合素質。

將計算思維應用于小學科學教學的策略

小學科學教師可以有意識地強化學生的分解問題、構建計劃、設計思路、數據計算及分析能力。尤其是針對小學科學中的一些實驗課程，教師可以提醒學生嘗試自己來設計與課本不同的實驗方案以及用數據來測量實驗結果。基于此，本研究設計了基于計算思維的小學科學教學模式圖，如圖1所示。首先，明確要探究的對象、問題、目的，讓學生能夠清晰地知道自己要做什么，從哪些方面入手。其次，教師可以提出一些探究建議，補充探究所需要的能力，之后讓學生自己來規劃他們的實驗，明確實驗目的、流程、記錄方式。最后，讓學生將自己的數據與課本內容相結合，教師從旁引導得出實驗結論。整個探究過程有計劃、有目的、有順序地開展，加深學生對于該問題的印象，久而久之對于問題的探討學生們會形成一種有條理的習慣，這個過程就包含了計算思維的形成。

基于計算思維的教學設計

下面以教科版五年級上冊“生物與環境”單元的第一課“種子發芽實驗”（2課時）為例，具體闡述如何應用本模式開展基于計算思維的小學科學課教學。

1.提出課題，發現問題

教師活動：從生活出發引出學習課題“種子發芽”，出示小麥的成長過程，提問：“你認為綠豆種子萌發需要什么樣的條件呢？你如何來證明種子萌發真的需要你所說的條件？”

學生活動：從小麥的生長過程中猜測出種子萌發所需要的條件，小組合作，發現驗證實驗的問題所在，即如何證明種子需要這些條件。

設計意圖：讓學生從相似的發芽生長過程中進行類比，自行發現綠豆種子的萌發條件，并引導學生逐漸靠近對照實驗的設置，并思考如何進行實驗。

2.分解問題，逐個答疑

教師活動：引導學生發現對照實驗，并提出實驗過程中學生們應該怎么做，讓學生自行交流，發現問題;之后針對學生的問題進行答疑，并進行方法傳授。

學生活動：針對教師問題展開小組合作討論，實驗過程中可能用到哪些東西，怎么設置對照組，提出可能遇到的問題，積極參與。

設計意圖：應用計算思維的“分解問題”要素，在驗證猜想的大問題下分解成小問題，逐個攻破，學生提問教師答疑，既實現了以學生為主題的課堂，又突出了計算思維的教學思想。

3.小組合作，設計實驗

教師活動：發放學習單，提出設計注意事項，對學生實驗設計方案的錯誤之處做出修正，要求學生完成表單填寫。

學生活動：小組合作動手設計，通過教師的提醒討論所要驗證的因素，小組分工完成實驗流程、因素的探究、對照組的設置、數據的收集方法、記錄方法、數據分析等相關步驟，并進行方案交流匯報，吸取經驗進行改進。

設計意圖：學生能夠按照自己的方法，從身邊的材料出發，合作設計自己的實驗方案，且在此處突出了計算思維的設計以及架構建立的要素，充分發揮計算思維在教學過程中的應用與重要作用。

4.進行實驗，收集數據

教師活動：由于實驗的過程是學生在課下進行的，因此教師可實時提醒學生實驗的進度，注意事項，數據收集規范等問題。

學生活動：按照實驗設計的流程、分工完成自己的工作。

5.數據分析，得出結論

學生活動：該步驟需要學生自己根據實驗數據以及種子萌發的一般規律進行對照，發現自己的實驗是否達到預期效果，得出本次實驗的結論，即綠豆種子的萌發與哪些因素有關。

6.交流分享，評價學習

教師活動：發布任務，讓學生就自己的實驗過程、結論、心得、注意事項等方面展開一個交流匯報，匯報方式多樣，并要求學生給自己和其他小組的實驗匯報打分，滿分十分，完成自評互評。并提出綠豆生長的相關問題，提醒學生從自己的實驗過程出發。

學生活動：針對教師所提出的問題展開以小組為單位的匯報，并說出自己的結論、心得、實驗存在哪些不足等，思考老師所提出的問題并進行回答。

設計意圖：對本次實驗進行總結，延伸問題，探討綠豆生長過程的條件，為下節課的實驗做準備。

培養小學生計算思維的建議

1.對于學校的建議

學校應對學生計算思維的培養引起重視，要明確計算思維的培養絕不局限于在信息技術或編程課程上應用，計算思維培養是可以與任何學科課程相融合的，將其應用在日常教學中是很有必要的。因而，學校應大力開展計算思維培養活動，加強教師相關培訓，積極開展計算思維教學研究工作。

2.對于教師的建議

計算思維的培養是一項長期、持續且需要教師引導的教學工作，培養學生計算思維的前提是教師自身要具備計算思維的能力和習慣。建議教師要注重提升自身的計算思維，并注重將計算思維融入自己的教學中，有意識地用計算思維來解決教學、生活中的相關問題，并關注學生在學習、生活中計算思維的應用。

綜上所述，將計算思維融入小學科學教學活動，是一個很有意義的探索方向。計算思維融入小學科學教學，既培養了學生的計算思維，又提升了學生的綜合素質。計算思維的培養不能僅局限于信息技術課，小學各學科都要重視學生計算思維的培養。

注：本文系河南省教育科學“十四五”規劃2021年度一般課題“館校合作背景下小學科學教育項目開發與應用研究”（項目編號：2021YB0263）研究成果

參考文獻

Wing J M. Computational thinking[J]. Communications of the ACM， 2006（3）：33-35.

曹玉峰， 郭津含， 曹恩強. 計算思維在高中化學學習中的應用[J]. 吉林省教育學院學報， 2019（10）： 127-130.