“一課二迭”改進中探討計算思維教學

【摘 要】計算思維作為信息科技學科的核心素養之一，一直是教學關注的重點。如何在教學中培養學生的計算思維呢？本文通過對教學案例的首次執教和兩次迭代過程，反思總結出具備計算思維的學生特質和以培養學科思維方式為課堂主線的教學方式。

【關鍵詞】計算思維；問題解決；課程迭代

【中圖分類號】G434 【文獻標志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）08-072-02

案例背景

計算思維自提出到確定為信息科技學科核心素養，其重要性不言而喻。計算思維是“個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案過程中產生的一系列思維活動”。執教圖形化編程畫筆模塊時，筆者逐漸意識到：只練習編程技能，留下的僅是舞臺區靜止的線條，唯有在繪制動畫的過程中，讓學生思維最大限度地動起來，才能訓練強有力的思維技能。筆者以對三屆學生循環執教的“畫城堡”一課為例，分析不同時期的三個版本設計，并分享探索計算思維教學過程中的一些思考和認識。

案例描述

1.0版本：以任務驅動的編程教學

首次執教“畫城堡”一課，是接手信息科技教學工作的第一年。備這節課時，筆者的教學理念停留在理論學習時接觸的教學方法和策略，第一版教學設計參考了教師教學用書，采用的是任務驅動法，讓學生在圖形化編程軟件里用新建積木塊的方法畫出組合圖形“城堡”。

本課按照“出示任務、分析任務、完成任務、拓展任務”的任務驅動思路組織教學，將模塊化程序思想的學習融入到任務實現中。實際教學中，在調用積木塊時，學生沒有考慮畫筆起始位置、方向帶來的問題，課上大部分精力耗費在腳本測試上，并沒有感受到模塊化程序設計的優勢。部分學生為了完成任務，直接使用畫筆控件和坐標控件，畫出城堡圖，根本沒有調用功能塊。這樣，本課的模塊化思想只是在新知講授時被提及，隨后就不了了之。

2.0版本：關注模塊化算法在問題解決中的應用

某次教研活動中，筆者做了題為“基于計算思維的圖形化編程教學策略的探索”的交流講座，案例反思過程中對這節課進行了迭代修改。計算思維是要培養學生用計算機科學領域的思想方法解決問題，鏈接本課就是讓學生掌握腳本設計中模塊化的方法。2.0版本教學設計重點在于讓學生理解“積木塊”這個基礎概念，也就是對模塊化算法的理解。

2.0版本的教學思路突出了對模塊化思想有深入的理解，從“是什么？為什么？”到“如何定義？”形成全面的認識。考慮到1課時安排和本節課的難度，筆者在1.0版本上將原有的任務1進行了再分解，增設了一個新任務；結合1.0版本出現的問題，提供半成品支架，提高了任務達成度；小結時點明，定義積木塊的過程就是模塊化思想的體現；同時拓展總結部分，增加生活中模塊化思想的應用，從而幫助學生理解算法的必要性。

經過兩版教學修改后，學生任務完成率得到了提升。筆者和其他教師交流后，都感覺到以上兩個版本設計，學生能達成從“學”到“用”，但是脫離本課情境，離實現從“用”到“建”、鏈接“模塊化”思想來解決實際問題，還有一定的差距。

3.0版本：突出在問題解決過程中發展計算思維

隨著《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）的頒布，學科核心素養導向的重要作用得到進一步強調。在學習研讀新課標的過程中，筆者對本課進行了第二次迭代，聚焦如何設計問題和活動，發展學生計算思維。

計算思維通過“分解”“模式識別”“抽象”“算法設計”四個步驟來解決問題，是一種問題解決的思維過程，于是本課的課堂主線由任務線調整為思維線。筆者首先引導學生觀察生活中的建筑，抽象現實中的建筑為幾何圖形，接著啟發學生將城堡分解成更小的、易于拼裝的“基本圖形”，然后通過“定義”基本圖形，將一組腳本模塊化，來完成不同形狀的固化和辨識，最后調用定義好的“新積木”，對腳本進行進一步優化。

3.0教學設計基于新課標倡導的真實性學習理念，創設真實情境，引導學生發現問題、提出問題，在已有知識基礎上分析探究學科原理。為了突出對模塊化思想本質的學習，筆者歸納小結了積木塊在腳本設計中的作用，將其優勢細化在每個活動任務中，從而解決難點，讓學生直觀感受到為什么要定義積木塊。

案例反思

“畫城堡”一課的三個版本設計，如圖1所示，展示了筆者對“計算思維”從初識到探索的過程，當然，第三個版本還有很多需要改進的地方。迭代的過程是不斷地突破原有思考框架定勢的過程，也是筆者探索計算思維教學的過程，對于教什么、怎么教，筆者現階段也有了自己的思考。

1.算法學習是計算思維培養的重要內容

根據新課標的描述，具備計算思維的學生應有以下特質：一是能對問題進行抽象、分解、建模，并通過設計算法形成解決方案；二是能嘗試模擬、仿真、驗證解決問題的過程，反思解決問題的方案，并將其遷移運用到解決其他問題中。前一條特質“通過算法形成解決方案”說明了算法的核心作用，后一條特質“解決問題的過程”“解決問題的算法”，都是算法的具體表現。由此可見，算法是計算思維的核心要素之一，在信息科技課程中，已將算法作為計算思維培養的重要內容。因此，考慮教什么時，教師可選擇以計算機解決問題的經典算法為載體，先讓學生認識并理解這些思想方法的本質，感知計算機解決問題的優勢。針對小學生的認知特點，具體活動設計中借助流程圖、學習單等支架幫助他們梳理問題解決的過程，以顯性化的方式呈現思維過程，加深學生對算法步驟的理解。

2.以培養學科思維方式為課堂主線

計算思維作為一門學科的思維方式和思想方法，要讓學生從無到有、再內化為一種自然的思維方式，去影響將來的生活，這是一個漫長的過程，需要學生在若干次情境中運用學科思維方式、已有知識和技能，不斷分析、解決問題。因此，教師必須站在學科角度，理清學科的思維方式、看問題的視角以及解決問題的方法，并以培養這樣的思維方式為主線，讓學生經歷完整的問題解決過程。小學階段圖形化編程的教學，不必要求每個算法問題都由學生編程實現，閱讀理解、修改運行等都是有意義的體驗，重在讓學生充分參與到分析問題、模式識別、數據抽象、算法設計等環節中，理解如何將現實問題轉化為計算模型加以解決。

再次打開圖形化編程畫筆模塊，看著落筆到抬筆之間的這條線，學生逐漸明白：從現實世界到腳本，是有這樣一條無比寬闊的道路任其馳騁，只要能夠想到，就可以通過程序來實現。這個富有想象力和創作力的實踐過程，就是思維無限延伸的過程。

編 輯：馮艷艷