指向計算思維培養(yǎng)的逆向教學設計與實踐
——以“農(nóng)場管理系統(tǒng)”單元為例

吳瑩穎 福建省廈門市湖里區(qū)教師進修學校附屬小學

逆向教學設計包含明確預期結果、確定預期結果達到的證據(jù)、安排學習和教學活動三個階段。基于大概念、大單元的逆向教學設計能將分散的知識點有機重組，有利于學生更好地建立體系化、結構性、立體關聯(lián)的知識建構，引導學生在真實的生活情境中恰當?shù)剡B接、理解和使用離散的計算概念，提升學生的計算思維。筆者基于可視化編程軟件，以小學信息技術“農(nóng)場管理系統(tǒng)”單元為例，具體闡述指向計算思維培養(yǎng)的逆向教學設計。

● 以終為始，以結果組織教學

逆向教學設計，以終為始，以結果組織教學，目標設計先行于活動設計，從而避免重“技術”缺“素養(yǎng)”、重“活動”缺“內(nèi)涵”的信息技術教學兩大設計誤區(qū)，更好地幫助學生建構立體的知識結構，明確預期結果，緊扣學生核心素養(yǎng)發(fā)展，促進學生思維的培養(yǎng)。

根據(jù)《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》，結合計算思維三維目標，將“農(nóng)場管理系統(tǒng)”單元的預期結果分為三大層面：①知識層（計算概念）。熟練掌握坐標、條件、變量、重復等基本命令。②實踐層（計算實踐）。學會分析問題、尋找信息之間的關系、優(yōu)化算法。③觀念層（計算觀念）。能夠合理使用平臺身份，借助平臺創(chuàng)作、展示、交流，具有知識產(chǎn)權保護意識，尊重數(shù)字作品所有者的權益。此預期結果貫穿整個單元教學始終。

● 以實為證，落實證據(jù)設計

在逆向教學設計中，評價設計先于活動設計。在明確“做什么”之后，需落實“怎么證明”。通過設計表現(xiàn)性任務，以評價量規(guī)的形式驗證學生能否達成預期學習結果，實現(xiàn)“教—學—評”的一致性。在“農(nóng)場管理系統(tǒng)”單元設計中表現(xiàn)性任務是學生通過綜合運用坐標、條件、變量、重復等基本命令制作農(nóng)場數(shù)據(jù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能簡單模擬植物從種子到開花結果的過程，并統(tǒng)計相應的農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量。完成這一任務需要學生熟練掌握坐標、條件、變量、重復等基本命令，同時學生將親身經(jīng)歷分析問題、算法設計、優(yōu)化算法等計算實踐過程。這一任務能夠呈現(xiàn)學生對計算概念的掌握情況，綜合分析問題、解決問題的計算實踐能力水平以及質(zhì)疑、表達、分享的計算觀念水平（如下表）。

● 以行促學，增進學習理解

在“農(nóng)場管理系統(tǒng)”單元中，教師根據(jù)預期結果設計了四個任務，以任務促進學習，以任務檢驗學習。通過四個任務引導學生在活動的過程中理解、應用、遷移所學，體驗計算實踐的過程，提升計算觀念，從而達成預期的學習結果，提升學生的計算思維水平。

教師構建單元場景：我們經(jīng)常會看到或聽到農(nóng)戶農(nóng)產(chǎn)品滯銷、瓜果蔬菜賤賣或爛在地里的新聞，這是市場供需問題引起的，而如果把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和銷售過程中的數(shù)據(jù)匯總起來，可實現(xiàn)“供需平衡”。學生通過討論，以思維導圖的形式預設了自己的《農(nóng)場管理系統(tǒng)》設計圖（如下頁圖1）。在此情境之下，教師設計了四個任務：播種、生根發(fā)芽、開花結果、谷物糧倉。每個任務側重學習不同的計算概念，由簡單命令到復雜命令，逐層遞進。教師通過九個問題、九個活動聯(lián)結四個任務，使主題活動逐步深入，整體結構設計如下頁圖2所示。

圖1

圖2

1.任務一：播種（學習坐標）

單元任務 預期結果 學習證據(jù)播種1.學會分析問題的方法2.熟練掌握使用“當角色被[按下]積木，使用“移動到X/Y坐標”積木塊1.根據(jù)任務情境分析問題，能夠應用思維導圖，繪制設計圖2.能夠實現(xiàn)當種子被單擊時，種子被移入農(nóng)場對應的位置生根發(fā)芽1.熟練掌握“等待[ ]”積木2.熟練掌握“下一個造型”積木3.學會使用“重復執(zhí)行”積木塊4.學會優(yōu)化算法1.能夠用語言描述“重復執(zhí)行”與“重復執(zhí)行[ ]次”的區(qū)別2.能夠模擬植物從種子到生根發(fā)芽的過程3.記錄問題與解決方法，討論交流，優(yōu)化算法開花結果1.學會使用“當[ ]”積木2.學會使用偵測積木3.學會設計算法、舉一反三1.能夠實現(xiàn)當鐮刀碰到果實時，果實移動到糧倉2.能夠歸納總結“偵測—決策”模型，實現(xiàn)其他“觸碰—果實移動”的效果谷物糧倉1.熟練掌握變量積木2.學會優(yōu)化算法3.能夠表達、分享、質(zhì)疑1.能夠通過變量實現(xiàn)果實數(shù)量的統(tǒng)計2.結合變量，實現(xiàn)需求與供給的計算3.借助平臺展示自己作品，用語言描述自己的作品、簡述自己在完成時遇到的問題與解決問題的過程等4.與同伴討論交流，優(yōu)化算法，改進作品

在這一任務中，教師展示《播種》范例，引導學生思考問題1：制作這個案例需要添加什么角色？發(fā)生什么事件？通過任務分析，使學生學會分析程序，提取程序要素，化繁為簡。接著，提出問題2：如何實現(xiàn)“當種子被單擊時，種子將被移入農(nóng)場對應的位置”？教師先展示一張電影票，學生根據(jù)非連續(xù)性文本閱讀，分析座位，再通過電影票的座位遷移到坐標的學習。教師通過連續(xù)追問，以“找一找”為活動，引導學生說出“坐標對應點”的思考方式，從而使學生思維外顯，再以“播種”這一活動，讓學生逐步掌握坐標這一計算概念。

2.任務二：生根發(fā)芽（學習造型切換、重復命令）

在這一任務中，學生需要實現(xiàn)模擬種子的生根發(fā)芽，當種子被種下2秒鐘后，種子逐漸開花結果。教師通過以下問題鏈引導活動的發(fā)生：①如何實現(xiàn)種子的生根發(fā)芽？（造型的切換）②為什么種子變成果實后又變回種子？（重復次數(shù)）學生在自主探究之后，發(fā)現(xiàn)“種子變成果實之后又變回種子這一問題”，從而引導學生思考“重復執(zhí)行”與“重復執(zhí)行[]次”的區(qū)別，掌握重復的計算概念，體驗發(fā)現(xiàn)問題、優(yōu)化算法的過程，培養(yǎng)學生勇于試錯的能力，在不斷調(diào)試中收獲成長。

3.任務三：開花結果（學習條件、偵測命令）

在學生熟練掌握坐標、造型切換等命令的基礎上，引導學生實現(xiàn)當鐮刀碰到果實時，果實移動到糧倉的動畫效果。此任務進一步鞏固了坐標、造型切換等命令，同時引入新的條件命令的學習。在這一環(huán)節(jié)中教師引導學生發(fā)散思維：除了“鐮刀碰到果實，果實移動”這樣的效果之外，還能做出什么其他的效果呢？最后歸納總結“偵測—決策”模型，引導學生建立更抽象的模型結構，促進知識遷移。

4.任務四：谷物糧倉

在該任務中，教師將此任務劃分為三個分層任務進行教學。任務1：實現(xiàn)果實數(shù)量的統(tǒng)計。在這一任務中，教師以動態(tài)的糧倉數(shù)量清點場景模擬總量的變化，以真實場景下的直觀數(shù)據(jù)變化，引導學生區(qū)分變量與常量，從而引導學生學會創(chuàng)建變量，利用變量實現(xiàn)果實數(shù)量的統(tǒng)計。任務2：需求量統(tǒng)計。在這一環(huán)節(jié)中加入隨機數(shù)的理解，引導學生學會變量與隨機數(shù)的綜合應用。任務3：供需比率計算。教師簡單講解供需比率，介紹供需比率公式：商品供需比率=商品供應量/商品需求量。引導學生應用運算公式與變量的嵌套來模擬供需比率的變化過程。通過三個逐層遞進的任務，引導學生熟練掌握變量，在實踐過程中不斷優(yōu)化算法設計，并在與同伴的討論、分享、交流中進一步提升計算觀念，優(yōu)化作品。

任務之間由簡到難，層層遞進，從簡單命令到復雜命令，從分析問題到算法設計，從表象到抽象，通過這四個任務的串聯(lián)，形成一個完整的作品。學生在活動中有清晰的目標架構，有完整的評價指導，能夠在任務中綜合應用離散的計算概念，形成立體關聯(lián)的知識建構，體驗計算實踐的過程。除此之外，在教學過程中還進行了跨學科融合，滲透道德教育以及跨學科學習。