探尋提升小學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)良策

中圖分類號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A論文編號(hào)：1674-2117（2025）17-0061-03

國(guó)務(wù)院印發(fā)的《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)規(guī)劃綱要（2021-2035年）》，以及中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于新時(shí)代進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)普及工作的意見(jiàn)》都明確提出，推動(dòng)在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》也提出了信息科技四個(gè)學(xué)科核心素養(yǎng)，即信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任。作為人工智能基礎(chǔ)的編程教育，是培養(yǎng)計(jì)算思維的重要方式。而信息科技學(xué)科通過(guò)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)來(lái)分析和解決問(wèn)題，因此信息科技課堂教學(xué)就成為提升學(xué)生計(jì)算思維能力的最高效的編程教育途徑之一。

計(jì)算思維的分解模型及五步問(wèn)題解決教學(xué)策略的提出

計(jì)算思維自2006年由美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的周以真教授提出后，經(jīng)過(guò)多位科學(xué)家多年的研究，已形成多種模型。筆者基于小學(xué)生的年齡特點(diǎn)，結(jié)合“北京大學(xué)學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”對(duì)計(jì)算思維的分解模型，提出了提升計(jì)算思維的五步問(wèn)題解決教學(xué)策略（如圖1）。

五步問(wèn)題解決教學(xué)策略的具體實(shí)施

1.可視化表征，理解題意提升模型抽象能力

抽象思維是建立在事物之間既具有普遍聯(lián)系性又具有普遍相似性的基礎(chǔ)之上的，包括模型抽象和邏輯思考兩個(gè)方面。其思維過(guò)程如下：首先，簡(jiǎn)化事物或問(wèn)題；其次，建立模型；最后，研究事物或問(wèn)題的因果關(guān)系，得出一般性和普適性規(guī)律。

圖1

*表示已經(jīng)出圈

圖2

針對(duì)小學(xué)生具體運(yùn)算階段的認(rèn)知特點(diǎn)，教師可將抽象題目轉(zhuǎn)化為貼近生活的問(wèn)題情境，通過(guò)創(chuàng)設(shè)直觀易懂的解題路徑，引導(dǎo)學(xué)生聚焦關(guān)鍵信息點(diǎn)實(shí)現(xiàn)思維突破。

悅悅對(duì)質(zhì)數(shù)非常感興趣，因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)有一些數(shù)是能通過(guò)連續(xù)的質(zhì)數(shù)相加得到的。例如，5+7+11+13+17=53 ，也就是整數(shù)53可以由連續(xù)的質(zhì)數(shù)5、7、11、13、17相加得到。有時(shí)，相加的方案還不止一種，如整數(shù)41就有了種不同的連續(xù)質(zhì)數(shù)相加方案： 2+3+5+7+11+13=41 ，11+13+17=41 ，還有一種就是它自己本身，即 41=41 。但也有的數(shù)是沒(méi)有這樣相加方案的，如整數(shù)20就找不到連續(xù)質(zhì)數(shù)相加的方案，雖然 7+13 或者 3+5+5+7 的結(jié)果都是20，但前者沒(méi)有連續(xù)，后者質(zhì)數(shù)被重復(fù)相加了。悅悅在紙上寫(xiě)了N（ 1?N?100000 ）個(gè)數(shù)，他想知道每一個(gè)整數(shù)Mi （2?Mi?10000 ）到底有多少種連續(xù)質(zhì)數(shù)相加的方案？

學(xué)生學(xué)習(xí)編程的目標(biāo)不僅僅是完成題目，而是要在學(xué)習(xí)的過(guò)程中掌握“編程式”的思考方式，找到一套更具邏輯的方案去解決問(wèn)題。遇到難以解決的題目，教師可以引導(dǎo)學(xué)生把題目的大問(wèn)題，逐層拆分成幾個(gè)環(huán)環(huán)相扣的小問(wèn)題，再分步驟把這些小問(wèn)題逐個(gè)擊破，最終實(shí)現(xiàn)題目的解決。下面，以“連續(xù)質(zhì)數(shù)和”一題的教學(xué)為例，進(jìn)行具體說(shuō)明，如圖3所示。

在教學(xué)時(shí)，筆者先引導(dǎo)學(xué)生逆向求解，把問(wèn)題轉(zhuǎn)化成“連續(xù)質(zhì)數(shù)相加能得到哪些數(shù)？”，再分三個(gè)步驟解決這個(gè)問(wèn)題： ① 怎樣得到連續(xù)質(zhì)數(shù)？ ② 怎樣得到連續(xù)質(zhì)數(shù)的和？ ③ 怎樣記錄每個(gè)“和”出現(xiàn)的次數(shù)？于是就有了如下頁(yè)圖4所示的解題步驟圖。

學(xué)生先寫(xiě)完這個(gè)解題步驟，再根據(jù)每個(gè)小問(wèn)題的解決方法，逐個(gè)編程擊破小問(wèn)題，題自的大問(wèn)題就可以迎刃而解了。當(dāng)學(xué)生習(xí)慣了把大問(wèn)題逐步拆分成小問(wèn)題后，計(jì)算思維就能慢慢提升，解題能力也會(huì)逐步提高。

3.實(shí)踐性編程，增強(qiáng)編程能力——提升邏輯思考能力

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，認(rèn)為學(xué)生是認(rèn)知的主體，教師只是作為引導(dǎo)者給予一定的幫助。因此，在學(xué)習(xí)編程的過(guò)程中，學(xué)生需要大量的自學(xué)時(shí)間。同時(shí)，在課堂中，教師除了注重對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)，也要注重對(duì)實(shí)踐編程能力的培養(yǎng)，做到理論與實(shí)踐并重，使學(xué)生真正具備使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力。為此，筆者通過(guò)搭建網(wǎng)站測(cè)試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)學(xué)生編程能力的實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)提供程序框架降低編碼門(mén)檻，有效提升學(xué)生的實(shí)踐信心。

（1）搭建網(wǎng)站測(cè)試平臺(tái)

網(wǎng)站測(cè)試平臺(tái)能自動(dòng)顯示得分、是否超時(shí)、是否爆內(nèi)存等提示，學(xué)生可根據(jù)提示修改程序。在不斷“修改一提交”的過(guò)程中，學(xué)生的思維能力、解題能力、編程基本功不斷提升。

（2）搭建腳手架，設(shè)計(jì)程序框架

學(xué)生自己編一個(gè)復(fù)雜的程序難度較大，教師可以采取“填空+注釋”的方法引導(dǎo)學(xué)生完成程序編寫(xiě)，即把重要的語(yǔ)句空出來(lái)，把難懂的語(yǔ)句注釋清楚，以截圖的形式發(fā)給學(xué)生。學(xué)生根據(jù)程序的前后聯(lián)系和注釋，可以猜想出要填空的語(yǔ)句。

4.合作性學(xué)習(xí)，優(yōu)化創(chuàng)新提升問(wèn)題評(píng)估能力

問(wèn)題評(píng)估是指通過(guò)對(duì)各種算法或問(wèn)題解決方法進(jìn)行估測(cè)和判斷，來(lái)更好地選擇更為優(yōu)質(zhì)的解決策略的一種方式。一般通過(guò)決策準(zhǔn)確性、處理的效率和效果以及解決方法的嚴(yán)謹(jǐn)性等內(nèi)容進(jìn)行考量和評(píng)估決策，以便使問(wèn)題更好地解決。教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)程序的分析能力，并引導(dǎo)他們對(duì)所學(xué)算法與已學(xué)算法進(jìn)行對(duì)比，使其養(yǎng)成問(wèn)題評(píng)估的習(xí)慣。在教學(xué)過(guò)程中，教師可以組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，學(xué)生通過(guò)對(duì)未滿分程序進(jìn)行優(yōu)化、對(duì)比滿分程序、分享程序等方式，掌握最優(yōu)解法。

圖4

（1）小組合作學(xué)習(xí)

小組合作學(xué)習(xí)能幫助學(xué)生進(jìn)行有意義的知識(shí)建構(gòu)。學(xué)生通過(guò)交流討論，找到解決問(wèn)題的突破點(diǎn)，并在質(zhì)疑與碰撞中，訓(xùn)練批判性思維，產(chǎn)生思維火花。

（2）“小老師”講解

在課堂中，教師可以為學(xué)生創(chuàng)造輕松平等的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生充當(dāng)“小老師”上臺(tái)分享滿分程序。這種教學(xué)方式既能提升展示者的自信心與語(yǔ)言表達(dá)能力，又能使觀摩的學(xué)生通過(guò)多角度思維碰撞優(yōu)化解題方案。

5.過(guò)程性總結(jié)，善于積累一提升總結(jié)歸納能力

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)知識(shí)的建構(gòu)。因此，在完成相應(yīng)階段的學(xué)習(xí)之后，知識(shí)點(diǎn)是否建構(gòu)成功是評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果的重要標(biāo)準(zhǔn)。而知識(shí)建構(gòu)最好用的工具就是思維導(dǎo)圖。思維導(dǎo)圖可以用關(guān)鍵詞、圖形和連線等把多個(gè)知識(shí)點(diǎn)連接起來(lái)，化抽象為形象，大大提升學(xué)生的記憶效率和總結(jié)歸納能力。

結(jié)束語(yǔ)

本文將計(jì)算思維訓(xùn)練融入信息科技課程體系，突破傳統(tǒng)編程教學(xué)中單向知識(shí)灌輸?shù)木窒蕖＿@種方法不僅能顯著提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、優(yōu)化思維訓(xùn)練效果，更能系統(tǒng)性地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。計(jì)算思維具有跨學(xué)科遷移特性，使學(xué)生能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)家的思維方式解決多學(xué)科問(wèn)題及現(xiàn)實(shí)生活挑戰(zhàn)，最終形成受益終身的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.e