小學信息科技編程教學中計算思維的培養

呂鑫

隨著信息科技的快速發展，編程教學逐漸成為小學信息科技教學的重要內容，旨在培養學生的計算思維，提高學生解決問題的能力。計算思維是一種以計算機科學為基礎的思維方式，包括抽象、建模、算法設計、問題解決等能力。而小學信息科技編程教學是培養學生計算思維的重要途徑，在小學信息科技編程教學中，培養學生的計算思維具有重要意義。教師應根據教學內容和學生的實際情況布置不同層次的學習任務，讓學生在完成任務的過程中發展計算思維。

一、小學信息科技編程教學中培養學生計算思維的意義

（一）培養小學生的信息素養

信息素養是信息化社會中人們必備的素質，包括信息獲取、信息處理、信息評價和信息創新等方面的能力。編程教學是培養小學生信息素養的重要途徑之一。通過學習編程，學生可以掌握一種新的信息處理工具，提高信息獲取和處理能力。同時，編程教學還可以培養學生的邏輯思維能力和數學思維能力，有助于學生更好地理解和應用所學知識，提高獲取、理解、評估和利用信息的能力。此外，信息科技編程教學讓小學生通過學習編程語言和使用編程工具了解計算機的基本原理和基礎知識，并通過編程讓學生學會利用計算機解決問題，提高信息素養。這種學習過程還能培養學生的信息搜索和評估能力，使他們更好地獲取和利用信息。

（二）培養學生抽象建模能力，激發學生的創新意識

計算思維的核心是抽象建模，它是一種將現實問題轉化為計算機可處理的形式化模型的能力。在編程教育中，教師通過引導學生觀察、分析、歸納和概括等方式，將實際問題轉化為計算機可處理的模型，如數學模型、算法模型等。同時，編程教育還可以通過項目實踐和團隊合作等方式，培養學生的團隊協作能力和創新精神。信息科技學科中的計算思維是一種通過抽象建模、系統思考和算法設計來解決問題的思維方式。在信息科技編程教學中，學生需要將現實生活中的問題抽象化，用計算機語言表達出來，并設計算法解決問題。因此，在訓練的過程中能夠培養學生的抽象建模能力和邏輯思維能力。此外，學生在編程過程中常常需要面對各種問題和挑戰，這一過程有助于培養學生的抽象思維能力和創新能力，激發學生的創新意識。

（三）促使學生形成良好的思維習慣

計算思維是一種科學的思維方式，包括問題的分解、抽象、建模、算法設計等步驟。在編程教育中，教師引導學生解決問題，能夠有效培養學生的計算思維習慣。同時，信息科技編程教學注重學生的思維過程和思考方式。學生需要進行問題分析、邏輯推理、算法設計等活動。通過編程培養學生良好的邏輯思維意識，提高學生的問題分析能力和解決能力。此外，編程需要學生與他人合作解決問題，有利于培養學生的溝通交流能力，這種良好的思維習慣不僅有助于增強學生的創新意識，還對其學科學習有積極影響。

二、小學信息科技編程教學中培養學生計算思維的原則

（一）基于學生層次開展教學

小學信息科技編程教學是培養學生計算機思維和解決問題能力的重要途徑。小學生的認知能力和學習能力在不同年齡段有所不同。因此，信息科技編程教學應根據學生的學習習慣進行個性化教學。教師可以根據學生的學習特點設置各種不同的編程任務，確保教學內容適合學生的認知水平。同時，每個學生的編程基礎并不相同，教師應根據學生的不同層次制定相應的教學計劃和教學方法。對于初學者，教師可以從基礎編程概念和技能開始教授，如變量、循環、條件語句等；對于有一定編程基礎的學生，教師可以引導他們深入研究特定領域和編程語言，如Python、Java等。此外，教師可以根據學生的興趣和特長，采取多樣化的教學模式，以滿足不同學生的需求，并根據學生的學習意愿設計不同難度的編程問題，循序漸進地提升學生的編程能力。

（二）針對問題進行深度分析

堅持引導學生學會深度分析編程問題十分關鍵。編程不僅是學習語法和語言，更重要的是學會分析和解決問題。因此，在小學信息科技編程教學中，教師應鼓勵學生針對問題進行深度分析，而不只是簡單地找出問題的解決方法。學生需要學會思考問題的背景和原因，分析問題的本質和關鍵點。通過深度分析，學生能夠更好地理解問題，找到更高效的解決方案。同時，深度分析能夠培養學生的邏輯思維和問題解決能力。比如，教師可以引入一些實際的編程案例，讓學生了解問題的背景和要求，然后通過討論，找出解決問題的最佳方案。此外，教師可以讓學生自主設計程序，培養他們的創新應用能力。

（三）多角度看待編程問題

編程往往涉及多個領域的知識點，教師在培養學生計算思維的過程中，應堅持引導學生從多個角度看待編程問題。例如，在解決編程問題時，教師可以引導學生從算法、數據結構、優化等多個方面進行思考。同時，編程問題往往有多種解決方法，而每種方法都有其優缺點。學生需要學會比較和評估不同的解決方案，并從中選擇最適合的方法。此外，教師可以讓學生了解不同編程語言和框架的優缺點，進而培養他們選擇合適工具和技術的能力。還應鼓勵學生嘗試不同的解決方案，培養他們的創新思維和實踐能力，而多角度看待問題能夠培養學生的創新意識，激發他們對編程的興趣和探索欲望。

三、小學信息科技編程教學中培養學生計算思維的方法

（一）創建教學情境，激發計算思維

教師可以根據教學內容和學生的實際情況創建與生活、學習密切相關的教學情境，引導學生運用計算機科學的基礎概念進行問題求解，培養他們的計算思維。教師可以設計與學生生活相關的場景，引導他們運用信息科技編程知識來解決問題。例如，在泰山版小學信息科技第6冊第一單元《三維造型初體驗》教學中，教師可以創建一個制作小豬儲蓄罐的情境，引導學生運用Scraino軟件設計三維造型。在制作過程中，學生需要運用計算機科學的基礎概念，如坐標、角度、形狀等，進行問題求解，實現儲蓄罐的三維造型設計。同時，教師可以讓學生利用編程語言創建簡單的三維模型。學生需要運用計算思維理解坐標系、旋轉、縮放等概念，通過編程實現自己想象中的三維模型。這樣，創造生動有趣的教學情境可以激發學生的興趣，培養他們的計算思維和問題解決能力。

（二）布置學習任務，發展計算思維

1.構建問題，發現式引導。

教師在教學中可以設計一系列有趣而具有挑戰性的問題，引導學生通過探索和實踐來解決問題，從而讓學生親身體驗問題的發現和解決過程，培養他們的主動學習能力。因此，教師可以布置一些具有啟發性的學習任務，引導學生發現問題、分析問題、解決問題。例如，在泰山版小學信息科技第6冊第三單元《開發手機應用－手機指南辨方向》教學中，教師可以引導學生開發一個手機應用，根據用戶的行進方向和位置變化實時更新地圖上的方向標志。在開發過程中，學生需要運用計算機科學的基礎概念，如方向、位置、地圖等，進行問題求解，實現手機應用的開發。同時，教師可以布置不同類型的學習任務來發展學生的計算思維。比如，引導學生編程一個手機應用，通過手機傳感器獲取方向信息，并在屏幕上顯示方向指示。這一任務需要學生分析問題、設計算法，運用條件語句、循環語句和傳感器編程等知識，進而培養他們的邏輯思維和創新意識。

2.設計作業，自主式鞏固。

課程結束后，教師需要布置一些與學習內容相關的編程作業，并讓學生獨立完成。通過自主式鞏固，學生可以回顧所學的知識，培養自主學習能力和自我管理能力。因此，教師可以根據學生的學習情況設計一些具有挑戰性的作業，讓學生在自主鞏固的過程中發展計算思維。例如，在泰山版小學信息科技第5冊第3課《幾何圖形“旋”美麗》教學中，教師可以布置一個繪制復雜圖形的作業，讓學生在自主式鞏固的過程中掌握Python編程語言的基礎知識和繪圖技能。在完成作業的過程中，學生需要運用計算機科學的基礎概念，如繪圖、顏色、形狀等，進行問題求解，實現復雜圖形的繪制。同時，教師可以設計一系列的作業任務，讓學生根據不同的要求來繪制圖形，比如，利用循環和條件語句來繪制花朵、動畫效果等。這些任務不僅能夠鞏固編程知識，還能有效提高學生的設計能力和問題解決能力。

（三）嘗試程序編寫，提升計算思維

教師可以引導學生嘗試編寫程序，通過操作式實踐提升他們的計算思維。在編程過程中，學生需要運用計算機科學的算法、數據結構、編程語言等基礎概念進行問題求解，實現程序的編寫。例如，在泰山版小學信息科技第5冊第8課《時針轉動巧設計》教學中，教師可以引導學生學習使用Scraino軟件創作動畫故事，通過人物動作的描繪和細節設計，培養學生的計算思維。學生需要運用Scraino軟件的模塊化編程方式，進行時鐘指針的分解與設計，同時需要進行動畫效果的測試，這一過程中學生要不斷嘗試、實踐和優化程序。教師應引導學生使用編程工具創設指針轉動游戲。首先，學生要設計時針形狀并了解時針轉動的基本指令。其次，學生可以通過編寫程序來控制時針轉動。在這一過程中，學生需要思考如何將轉動抽象為代碼，了解編程的邏輯和語法。比如，學生可以使用Scraino圖形化編程工具，將不同的轉動塊拖拽到代碼區域，然后根據需求調整參數，從而培養觀察問題、分解問題、抽象問題和實施解決方案的能力，提升計算思維。

（四）互相交流，完善計算思維

小學信息科技編程教學需要學生與學生、學生與教師之間的良好互動，從而營造良好的課堂教學氛圍，激發學生的探索欲望。因而，教師可以組織學生互相交流，通過舉一反三、思考式探索完善他們的計算思維。在交流過程中，學生可以分享自己的思路，同時學習同學的經驗，從而拓寬自身視野和思維方式。此外，教師應鼓勵學生制作小游戲、動畫或者模擬應用等創造性的編程項目，以激發學生的創造力和想象力，并要求他們運用計算思維來解決問題。

例如，在泰山版小學信息科技第4冊第三單元《體驗智能技術——聲音圖像變文字》教學中，教師可以引導學生使用語音識別技術將聲音轉換為文字，并使用圖像識別技術將圖像轉換為文字。在學習過程中，學生可以互相交流自己的使用體驗，探討不同技術之間的優缺點，從而不斷完善自身的計算思維。此外，教師可以引導學生使用Python編程工具編寫程序，調用語音識別API，將錄制的聲音轉換為文字，并帶領學生嘗試朗讀故事、提交問題等不同的語音輸入，體驗編程學習過程中的樂趣。教師應引導學生思考如何使用編程來調用智能技術，并將其應用于實際生活中。通過收集和分析轉換后的文字數據，學生能夠了解語音識別的原理和應用，從而切實提升分析問題與解決問題的能力、培養評估解決方案的意識，完善計算思維。

（五）總結知識，鞏固計算思維

在信息科技教學過程中，教師應引導學生總結知識，通過反思和評論式分析鞏固計算思維。在總結過程中，學生回顧學習過程中的思路和方法，加深對知識的理解，同時發現自身的不足之處，并加以改進。例如，在泰山版小學信息科技第6冊第三單元《開發手機應用——變身鋼琴奏音樂》教學中，教師可以引導學生學習使用Python或Scraino等編程語言開發手機應用，通過變身鋼琴奏音樂的方式培養學生的計算思維。學生需要運用所學知識進行手機應用的開發、測試與優化，最終實現變身鋼琴奏音樂的功能。在此過程中，教師可以引導學生總結手機應用開發的基本流程，加深學生對知識的理解，而學生也可以發現自身的不足之處，并加以改進。同時，教師可以引導學生利用App Inventor移動應用開發工具，開發一個手機應用，將手機變成鋼琴，并奏出音樂。學生學習編寫程序，將觸摸屏幕的手勢轉化為音樂音符，并通過手機揚聲器播放出來。這樣，學生通過實踐操作、總結分析來逐步理解音符與編程代碼之間的對應關系，并學會思考如何設計用戶界面和處理用戶輸入，進而逐步培養問題建模、算法設計和系統實現能力，鞏固計算思維。

四、結語

總而言之，在小學信息科技編程教學中培養學生的計算思維具有重要意義。培養學生的信息素養、抽象建模能力和創新意識，促使學生形成良好的思維習慣，有助于提高學生的綜合素質和適應未來社會發展的能力。因此，小學信息科技教師應注重培養學生的計算思維，不斷優化教學方法，為學生提供更好的學習支持，并引導學生實踐操作、思考探索和反思總結，培養他們的創新能力和實踐能力。