指向計算思維的小學信息科技問題解決式教學策略

石凱

摘要：本文以“教室智能照明系統”項目為例，詳細地闡述了指向計算思維的小學信息科技問題解決式教學策略的實踐，并得出以下思考：①真實問題是學生學習的起點；②學習支架是學生思維的腳手架；③計算思維是學生學習的聚焦點。

關鍵詞：計算思維；小學；問題解決式；信息科技

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2024）02-0063-03

熊璋教授提出：“計算思維是信息科技學科里最本質的（東西），也是我們最應該拎出來的。”[1]但目前仍有很多信息科技教師對計算思維培養的認識存在偏差或誤區，有的教師認為計算思維只不過是炒作名詞概念，有的教師認為計算思維可以通過步驟講授等傳統方式進行傳授。筆者認為，在小學信息科技教學中必須牢牢把握計算思維這一核心目標，采用問題解決式教學培養具有良好計算思維品質的學生。下面，筆者以“教室智能照明系統”項目為例，具體談談指向計算思維的小學信息科技問題解決式教學策略的實踐與思考。

計算思維與問題解決式教學

計算思維是一種有效利用計算機原理和工具解決問題的策略，它隸屬于問題解決的范疇，其概念的通用界定包含四個步驟：①分解。把問題分解成更小的部分。②模式識別。在這些較小的組件中尋找模式。③抽象。專注于重要的細節，忽略無關的干擾。④算法設計。先找到解決小問題的方法，并逐步找到主要問題的解決方案。

問題解決式教學可以借助實物、多媒體、游戲、故事等創設直觀性、趣味性、挑戰性的問題情境，通過調動學生學習計算問題的內驅力，引導學生建構信息科技知識體系，啟迪創新思維，培養計算思維素養。

指向計算思維的小學信息科技問題解決式教學模式

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）中指出：“具備計算思維的學生，能對問題進行抽象、分解、建模，并通過設計算法形成解決方案；能嘗試模擬、仿真、驗證解決問題的過程，反思、優化解決問題的方案，并將其遷移運用于解決其他問題。”根據新課標內容，筆者通過實踐構建了指向計算思維的問題解決式教學模式（如下頁圖1）。

問題解決式教學案例分析—以“教室智能照明系統”項目為例

“教室智能照明系統”項目以新課標中“過程與控制”部分要求為依據，結合教室里的真實照明問題，讓學生在解決問題的過程中充分理解過程與控制系統的實現過程，內化計算思維解決問題的學科思維方法，實現學科知識與學科核心素養的雙重螺旋上升。

1.發現真實照明問題，增長抽象思維

問題解決的第一步是提出問題，而且提出的問題要與學生的日常生活學習緊密相關。在“教室智能照明系統”項目中，教師首先播放了視頻—《教室里照明燈的煩惱》，引導學生分析教室里的照明問題。學生發現無人時開燈浪費電，光線暗時不開燈會傷害眼睛。于是，教師引導學生思考是否可以設計開發一個教室智能照明系統來解決教室照明問題，并使用“如果……那么……否則”自然語言描述教室智能照明問題解決方案。學生經過小組討論后得出如下解決方案：①如果有人，那么燈亮；否則，燈暗。②如果光線暗，燈亮；否則，燈暗。③如果有人且光線暗，燈亮；否則，燈暗。通過一系列思維的碰撞，學生將復雜的智能教室照明系統抽象為判斷是否有人、判斷光線亮度的過程，抓住了解決問題的核心要素。教師成功引導學生根據生活中的真實經歷提出問題，組織學生通過思維碰撞共同界定問題、分析問題，并用最簡單的語言抽象問題，有效幫助學生把生活經驗轉換成算法思維，啟發學生用計算機科學思想思考問題。

2.分解復雜計算系統，發展計算思維

在將復雜問題進行分解時，可以引導學生使用思維導圖、流程圖等可視化工具分析解決問題的關鍵要素，將一個大問題分解為多個小問題，并根據已有知識經驗嘗試不同的解決方案，一步步促進計算思維的發展，并真正成為真實世界問題的解決者。

在“教室智能照明系統”項目中，學生已經發現了教室智能照明問題，并學會進行問題抽象得出教室智能照明系統的總體分析。但教室智能照明系統是一個較為復雜的計算系統，學生要學會根據“過程與控制”的原理和“輸入—計算—輸出”三個環節進行系統性思考。因此，教師要引導學生學會使用流程圖（如圖2）將自然語言轉化為算法語言，清楚直觀地展示教室照明系統的工作過程，并逐步引導學生識別出系統中的“輸入”“計算”“輸出”三個環節，從整體到模塊，使其深入理解教室照明系統的工作原理，為后續思考和分析其他的過程與控制系統打下基礎，使學生的計算思維得以有效發展。

3.搭建模擬計算系統，提升算法思維

流程圖給出了計算系統的基本模型，但要把呈現的模型變為現實，學生需要經歷真實的計算系統搭建，在實際編程解決問題的過程中提升算法思維。教師要引導學生抓住流程圖中的關鍵環節，在圖形化編程軟件中找到實現相應功能的控件進行替換進而呈現系統效果。

在“教室智能照明系統”項目腳本搭建的過程中，學生必須處理好順序結構、分支結構和循環結構的控制關系。在本課的程序中，難點在于雙分支語句的嵌套。在“判斷是否有人”的雙分支語句中，如果判斷出“有人”的情況，則在“有人”的條件下嵌套一個“判斷光線是否暗”的雙分支語句。在硬件方面，利用主控板、傳感器和燈等硬件設備搭建模擬實現系統功能。在腳本搭建過程中，學生要根據檢測的值進行合理判斷，針對出現的問題不斷調整參數，模擬照明系統的實現。在本程序中，主要檢測兩個值。首先，利用“人體紅外傳感器”檢測是否有人，如果檢測出的值為“1”則表示有人，否則表示沒人。其次，利用“光敏傳感器”檢測光線值，具體光線值小于多少表示光線暗由學生自己設定。在調試、優化的過程中，學生運用信息科技模擬生活中的過程與控制系統，切實體驗、感受和驗證系統控制的環節和原理，計算思維也得到了進一步強化。

4.真實效果檢測遷移，深化計算思維

新課標提出：“要能夠列舉身邊的控制系統，并能通過識別和區分控制系統的輸入、計算和輸出三個環節描述身邊的控制系統的工作原理，感受信息科技對人們生活的重要影響，激發學生主動了解信息科技未來的發展方向。”問題解決能力是將解決問題的過程中形成的思維模式靈活地應用于生活中的其他領域，這也是促進學生計算思維系統化的關鍵。

在“教室智能照明系統”項目中，教師引導學生進行交流分享，列舉出在學習和生活中的過程與控制系統實例，并用“輸入—計算—輸出”三個環節來描述。教師通過開展交流分享活動檢驗學生對生活中過程與控制系統的認識，促進學生從系統到具體模塊來思考問題，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，學生的計算思維得以進一步深化和延伸。

思考

1.真實問題是學生學習的起點

教室智能照明系統的設計與開發對小學生來說很真實，他們能夠把自己學到的信息科技知識與技能運用到實際生活中去。這樣真實性的學習可以讓計算思維在教學中生發，實現知識的遷移。

2.支架是學生計算思維的腳手架

在學生自行進行問題解決的過程中，教師需要給予支持和幫助，即提供各種各樣的學習支架，如典型范例、流程圖、思維導圖、微視頻等。

3.計算思維是學生學習的聚焦點

在小學信息科技教學過程中，教師要始終將計算思維作為聚焦點，引導學生進行問題的分析、抽象、建模和解決。通過聚焦計算思維，使學生能更加靈活地應對復雜多變的信息，具備持續學習和適應變化的能力。

結束語

指向計算思維的小學信息科技問題解決式教學策略，就是要以學生為中心進行教學設計。教師要基于真實的問題情境，引導學生主動發現問題，并依據學生的最近發展區，設計有邏輯、有梯度的問題鏈，通過問題解決層層推進教學。這種教學方式既讓學生學到了知識，又培養了學生解決問題的能力和創新的精神，并讓學生體會到了探究知識的樂趣。[2]

參考文獻：

[1]熊璋，趙健，陸海豐，等.義務教育階段信息科技課程的時代性與科學性—《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》解讀[J].教師教育學報，2022（04）：63-69.

[2]劉楠，李文勝.問題解決式教學在初中地理教學中的實踐[J].基礎教育課程，2019（06）：61-63.