小學生計算思維的培養策略

趙鴻

日常生活中許多人習以為常的活動都蘊含著計算思維，菜譜就是算法設計的一個例子。菜譜會將一道菜的烹飪步驟一一羅列出來，比如將食材切成塊狀、將油倒入鍋中加熱等，不會做這道菜的人，只要按照步驟操作，就能做出來。這種把解決問題的過程分解、細化并且明確到每一個步驟和方法的思維活動就是計算思維。在小學信息科技課程教學中，培養學生的計算思維不僅是《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的要求，也是在大數據、人工智能等技術不斷發展背景下的信息時代要求。本文以三年級上冊“賽車游戲”一課為例做具體說明。

一、創設情境，激發學習興趣

興趣是最好的老師。小學生因為年齡較小，生活經驗不足，所以在學習編程時常常會遇到困難，如條件判斷、循環操作等概念對小學生來說既遙遠又抽象，很難理解。因此在教學中，教師要有意識地創設生動具體的場景，引發學生情感共鳴，激發其內在的學習動力。

在教學“賽車游戲”一課時，教師通過無人駕駛汽車導入課程內容，結合學生看過的科幻電影創設情境：在不久的將來，人們如何設計出一輛能自動行駛的汽車？將角色運動和方向調整的相關指令融入學習任務情境中，激發學生的創造愿望和興趣，培養學生的想象力和創造力。創設情境要結合學生的思維發展特征，結合學生的生活實際，拉近學生與所學內容之間的距離。創設的情境還要利于學生動手實踐，教師應鼓勵學生自主探索、動手實踐、合作交流，在自主實踐中深化對知識的理解。同時，創設的情境也要具備寬松、民主、安全、和諧的課堂學習氛圍，讓學生敢于表達，使其在輕松愉快的氛圍中主動學習，讓課堂真正成為學生展示自我的舞臺。

二、分析任務，引發計算思維

具體的課堂教學設計要以任務驅動為平臺，緊扣“賽車游戲”的學習任務，將其概括為“編寫程序腳本，讓賽車從賽道起點跑到終點”，并進一步細化分解為“起步”“連續行駛”“修正方向和停車”這三個具體的子任務。其中，賽車起步時要移動到固定的起點，擺正車頭，初始化賽車的位置和方向，這樣賽車才能順利駛入賽道。連續行駛需要賽車角色能沿著預定的方向連續前進，修正方向和停車則要求賽車在行駛過程中能檢測到彎道和終點，行駛到特定位置時能自主修正方向和停車，實現無人駕駛。

上述過程通過對計算思維的分解與評價，把大任務拆解成具體的小任務，把復雜任務拆解成簡單任務，把陌生的情境拆解成能用已有知識解決的熟悉情境，與圖形化編程的知識點、學生計算思維能力的發展階段相匹配，充分體現了“自頂向下，逐步求精”的結構化程序設計理念。通過任務驅動，學生能夠明確自己的思考過程，把腦海中的想法分解、轉化為圖形化的編程指令，進而引發計算思維。

三、編寫程序，提升計算思維

通過上述情境創設以及任務分析，學生對本課的編寫程序已有了具體了解，需要實現的功能簡單明確，能通過基本的編程指令來描述解決。接下來，要給予學生時間和空間，讓學生自主設計算法以及編寫程序。

賽車在起步時要移動到起點，擺正車頭方向使用“面向90度”控件，這樣就能順利起步駛入賽道。經過任務分解，學生很容易把要實現的功能和圖形化編程指令一一對應起來，加深對各種指令的理解。賽車連續行駛要求賽車角色不斷地執行“移動1步”控件，并和“重復執行”控件搭配使用，組成循環結構。

賽道是彎曲的，賽車連續直線行駛就會駛出賽道進入綠色的草坪區域，要及時修正方向，可以在車頭左右兩側各設置一個傳感器，轉彎時一旦觸碰到綠色草坪就提示修正方向。停車需要檢測賽車是否碰到了紅色的終點標志，碰到即停車。賽車在行駛過程中要每時每刻檢測是否碰到綠地和紅色標志，一旦碰到要立即修正方向或者停車。通過偵測控件實現條件判斷結構，遇到特定情況時程序能采取對應的措施，就像人在開車一樣，滲透了模式識別的理念，用程序來描述現實世界的變化，實現了從無序到有序的轉變。

四、合作交流，完善計算思維

建構主義理論認為，學習是學生依據其已有的知識和經驗所進行的主動建構，鑒于個體的特殊性，各個學生有其不同的學習態度、思維方式和認知風格，每個人都以自己的方式理解教師的要求，因而其活動結果必然存在差異。認識并非純粹的個體行為，而是不同個體之間表達、交流、質疑與反思，據此不斷改進的過程。因此，需要安排小組合作，在小組中交流各自的想法。

小組合作中，經歷不同觀點的碰撞，學生思路得到糾正，疑惑獲得解決，思維漸趨完善，在相互印證中形成共識。在“賽車游戲”中，有的學生對角色左轉或右轉沒做區分，有的分辨不清，有的對角色位置定位不準確，有的沒有意識到要重復檢測彎道和終點。怎么突破這些難點？通過小組交流，學生們受到啟發，紛紛針對各自的疑問進行操作嘗試。通過實際體驗和程序驗證的方法，學生可以清晰地看到每一條指令的執行效果，發現自己的程序哪里出了問題。

五、反思總結，升華計算思維

研究表明，計算思維所要求的核心技能與數學、科學等學科核心素養有明顯交叉，如計算思維的核心技能“抽象”，體現為數學中的“抽象推理”“通過反復推理尋找和表達規律”等。反思是以學生嘗試后獲取的經驗為思考對象，從中抽象概括出知識技能或將知識歸納整理形成結構。其一，學生通過整理本課知識，形成“賽車游戲”起步、連續行駛、修正方向和停車這幾個主要步驟以及每一步的程序編寫；其二，積極思考偵測控件還可以拓展和運用到哪些類似的學習任務中。在學生概括總結的過程中，教師配以板書、流程圖，簡要、直觀地呈現本課知識，在幫助學生形成知識框架的同時，進一步升華其計算思維。

綜上所述，在教學中，教師創設情境激發學生的學習興趣，通過任務分解引發計算思維，學生親身嘗試、主動編寫程序，感受計算思維，在合作交流中改正和完善自己的計算思維，并通過辨析、追問促使計算思維不斷攀升，推動進一步發展。