小學(xué)信息科技課程中計(jì)算思維培養(yǎng)策略

王夏君

計(jì)算思維作為信息科技課程的核心素養(yǎng)，是學(xué)科本質(zhì)的重要體現(xiàn)。新課標(biāo)背景下，教師要基于核心素養(yǎng)發(fā)展要求，清晰認(rèn)識(shí)信息科技課程核心素養(yǎng)體系，依據(jù)素養(yǎng)導(dǎo)向，進(jìn)行面向核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施。本文介紹了筆者對(duì)計(jì)算思維概念的認(rèn)識(shí)和理解，并結(jié)合教育實(shí)踐案例闡述了如何將計(jì)算思維作為教學(xué)目標(biāo)落實(shí)于課堂教學(xué)中，從而發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

一、計(jì)算思維的概念

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能已經(jīng)滲入我們生活的方方面面，并逐漸改變著我們的生活、工作和學(xué)習(xí)方式。計(jì)算思維作為信息時(shí)代學(xué)生應(yīng)該具備的重要思維技能，其價(jià)值日益凸顯，已成為信息科技教育重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

2006年，周以真教授首次把計(jì)算思維定義為：運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類(lèi)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)。2011年，她再次更新了對(duì)計(jì)算思維的定義：計(jì)算思維是一種思想過(guò)程，獨(dú)立于技術(shù)；計(jì)算思維是一種特定類(lèi)型的解決問(wèn)題的方法，能夠設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)、人類(lèi)或者兩者組合執(zhí)行的問(wèn)題解決方案。《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對(duì)計(jì)算思維的定義給出了詳細(xì)的闡釋?zhuān)河?jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問(wèn)題解決過(guò)程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)等思維活動(dòng)。

從定義當(dāng)中可以看出，計(jì)算思維是問(wèn)題解決方案形成過(guò)程中的一系列思維活動(dòng)，是一種解決問(wèn)題的獨(dú)特方法和思維過(guò)程，它的核心是解決問(wèn)題。

二、面向計(jì)算思維的信息科技課程教學(xué)

1.以程序設(shè)計(jì)內(nèi)容為依托，滲透計(jì)算思維的培養(yǎng)

程序設(shè)計(jì)作為信息科技學(xué)科的重要教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)計(jì)算思維的有效途徑。中小學(xué)程序設(shè)計(jì)教學(xué)的目的不是培養(yǎng)程序員，而是讓學(xué)生更深入地思考和理解計(jì)算機(jī)的工作原理，掌握程序設(shè)計(jì)的基本思想，在設(shè)計(jì)算法、編寫(xiě)程序、調(diào)試優(yōu)化的過(guò)程中學(xué)會(huì)科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、高效且富有創(chuàng)造性地解決問(wèn)題的方法和過(guò)程。

例如在“神奇的畫(huà)筆”一課中，筆者以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維為目標(biāo)，設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生通過(guò)明晰任務(wù)、分解問(wèn)題、設(shè)計(jì)算法、編程調(diào)試，學(xué)習(xí)體會(huì)計(jì)算思維的分解、抽象、模塊化、調(diào)試等思想方法。教師出示組合圖案，引導(dǎo)學(xué)生觀察并發(fā)現(xiàn)圖案是由六個(gè)正方形旋轉(zhuǎn)一定角度組合而成，然后帶領(lǐng)學(xué)生根據(jù)正方形的性質(zhì)歸納出“畫(huà)正方形的算法”，逐步把復(fù)雜的問(wèn)題分解為簡(jiǎn)單的問(wèn)題，確定了解決問(wèn)題的步驟。

接下來(lái)學(xué)生可以發(fā)散思維，畫(huà)出更多包含正方形在內(nèi)的組合圖案。教師這時(shí)可以順勢(shì)提問(wèn)“能否把重復(fù)使用的相對(duì)固定的腳本程序用一個(gè)命令模塊替代，來(lái)優(yōu)化程序腳本”，引出過(guò)程調(diào)用，指導(dǎo)學(xué)生在創(chuàng)建自制積木優(yōu)化程序腳本的過(guò)程中，體會(huì)過(guò)程調(diào)用和模塊化編程的思想。整個(gè)教學(xué)過(guò)程滲透著對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

2.以“不插電”活動(dòng)為載體，融入計(jì)算思維的核心要素

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》將課程定名為“信息科技”，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)基本概念和基本原理的理解，提升學(xué)生知識(shí)遷移能力和學(xué)科思維水平，體現(xiàn)“科”與“技”并重。綜合學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)興趣，圍繞課標(biāo)要求，筆者設(shè)計(jì)了部分“不插電”的信息科技課程內(nèi)容（例如“計(jì)算機(jī)怎么存儲(chǔ)數(shù)據(jù)”“購(gòu)物網(wǎng)站上如何對(duì)商品進(jìn)行排序”“如何搜索想要查詢的內(nèi)容”等），旨在帶領(lǐng)學(xué)生初步探尋計(jì)算機(jī)科學(xué)背后的知識(shí)。在教授這些信息科技的相關(guān)概念和原理時(shí)，不是必須依賴于計(jì)算機(jī)，但是可以通過(guò)活動(dòng)設(shè)計(jì)，將信息科技的學(xué)科方法和思維訓(xùn)練融入其中。

例如在“初識(shí)二進(jìn)制”一課中，筆者根據(jù)小學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)設(shè)計(jì)了翻卡片游戲，讓學(xué)生借助卡片了解什么是二進(jìn)制、如何將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)。

算法是計(jì)算思維的核心要素，在教學(xué)過(guò)程中為了滲透算法思想，教師帶領(lǐng)學(xué)生歸納出十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)的算法：把表示點(diǎn)數(shù)設(shè)為剩余點(diǎn)數(shù)，從左向右（16、8、4、2、1）依次翻開(kāi)卡片，如果卡片上的點(diǎn)數(shù)大于剩余點(diǎn)數(shù)，關(guān)閉該卡片；否則，打開(kāi)該卡片，從剩余點(diǎn)數(shù)中減去卡片上的點(diǎn)數(shù)。這個(gè)過(guò)程中，教師要重點(diǎn)指導(dǎo)學(xué)生按照以上算法有條不紊地打開(kāi)、關(guān)閉卡片，完成數(shù)制轉(zhuǎn)換，而不是隨機(jī)找卡片湊成待表示數(shù)字。學(xué)生在理解基本概念和原理的同時(shí)感悟到算法在解決問(wèn)題過(guò)程中的重要作用。

3.以項(xiàng)目學(xué)習(xí)為主線，體驗(yàn)利用計(jì)算思維解決問(wèn)題的過(guò)程

計(jì)算思維是把一個(gè)問(wèn)題清晰、具體地描述出來(lái)，并將問(wèn)題的解決方案表示為一個(gè)信息處理的流程。解決方案形成之后，一種方法是通過(guò)計(jì)算機(jī)編程解決問(wèn)題。但是計(jì)算思維不等同于編程，培養(yǎng)計(jì)算思維還有很多其他的方式方法，比如運(yùn)用信息技術(shù)工具與手段解決問(wèn)題或者創(chuàng)作數(shù)字化作品等，這都蘊(yùn)含計(jì)算思維的模式。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)通常包含跨學(xué)科的項(xiàng)目學(xué)習(xí)和學(xué)科內(nèi)項(xiàng)目學(xué)習(xí)，本文中的項(xiàng)目學(xué)習(xí)主要指信息科技學(xué)科課程教學(xué)中的項(xiàng)目學(xué)習(xí)。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生圍繞基于真實(shí)情境的驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，利用信息技術(shù)作為工具、手段、資源，綜合運(yùn)用學(xué)科知識(shí)和方法，小組協(xié)作創(chuàng)作項(xiàng)目作品，從而提升運(yùn)用知識(shí)解決真實(shí)問(wèn)題的能力。

計(jì)算思維和項(xiàng)目學(xué)習(xí)的交集是利用信息技術(shù)解決問(wèn)題的能力。比如在“制作演示文稿”單元教學(xué)中，筆者和學(xué)生共同討論，確立了“故宮小導(dǎo)游”項(xiàng)目主題，并按照確立主題、設(shè)計(jì)方案、作品制作、分享交流的流程實(shí)施教學(xué)。

確立主題之后，學(xué)生可以用思維導(dǎo)圖或者以草圖加文字的方式來(lái)完成項(xiàng)目計(jì)劃。在完成作品的過(guò)程中，針對(duì)分解的每一個(gè)項(xiàng)目子任務(wù)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生回想以前是不是完成過(guò)類(lèi)似的任務(wù)，用以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)解決現(xiàn)在的問(wèn)題，然后總結(jié)完成任務(wù)的方法，比如插入文本框、圖片等就是對(duì)之前“用計(jì)算機(jī)編輯文檔”單元所學(xué)內(nèi)容的遷移運(yùn)用。在這樣的項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生感悟、體驗(yàn)、運(yùn)用了問(wèn)題分解、模式識(shí)別、算法評(píng)估等用計(jì)算思維解決問(wèn)題的方法。

三、小結(jié)

面向計(jì)算思維的信息科技課程教學(xué)，教師需要認(rèn)真研讀課程標(biāo)準(zhǔn)，精心設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，尋求教學(xué)內(nèi)容與計(jì)算思維培養(yǎng)點(diǎn)的聯(lián)結(jié)，幫助學(xué)生提煉運(yùn)用學(xué)科思維解決問(wèn)題的方法，提升學(xué)生知識(shí)遷移能力和學(xué)科思維水平，使之成長(zhǎng)為更好的具有數(shù)字化勝任力的未來(lái)公民。