張松

【摘 要】信息技術(shù)學(xué)科要培養(yǎng)的計算思維是當(dāng)今學(xué)生要具備的核心素養(yǎng)之一，受到了中小學(xué)教師的關(guān)注，就目前研究現(xiàn)狀，計算思維的理論研究成果較為豐富，但應(yīng)用研究仍處在初級階段。筆者試從小學(xué)信息技術(shù)課培養(yǎng)計算思維的實(shí)施策略著手，以Scratch編程課為例，闡述培養(yǎng)計算思維的“建模——解?！边^程。

【關(guān)鍵詞】計算思維;信息素養(yǎng);建模;解模

【中圖分類號】G434 ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【論文編號】1671-7384（2019）04-086-03

計算思維內(nèi)涵

計算思維，自2006年周以真教授在美國計算機(jī)權(quán)威刊物上提出后，受到了國內(nèi)外的關(guān)注和討論。周以真教授定義計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、人類行為理解的涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的系列思維活動。[1]除此之外，國內(nèi)還有很多學(xué)者對計算思維提出了不同的觀點(diǎn)，但大都強(qiáng)調(diào)計算思維作為解決問題的能力特征，且切入角度各有不同。當(dāng)前，教育界對計算思維的界定以2017年《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》為權(quán)威解讀：計算思維是以計算機(jī)領(lǐng)域的學(xué)科方法界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)，通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決問題的方案，總結(jié)利用計算機(jī)解決問題的過程與方法，并可遷移與之相關(guān)的其他問題解決中的一種學(xué)科思維。[2]

計算思維發(fā)展的現(xiàn)狀與重要性

新時代確立了教育價值選擇的新坐標(biāo)系，教育要有新作為，必須以未來為導(dǎo)向，更好地完成“立德樹人”的根本使命。如今，計算思維作為一種核心素養(yǎng)，已經(jīng)受到眾多教育者的關(guān)注與重視，在課堂上我們看到了由重視“技術(shù)教授”到重視“思維培養(yǎng)”的不斷演變，讓學(xué)生在思維意識、思維品質(zhì)、思維習(xí)慣、思維方法等方面都得到良好的提升，對促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展和終身學(xué)習(xí)具有不可替代的作用。根據(jù)搜索文獻(xiàn)并分析得出：我國2010年之前，有關(guān)計算思維的研究以理論研究為主，近幾年開始關(guān)注應(yīng)用研究方面。當(dāng)前計算思維應(yīng)用研究主要集中在高等教育階段，在中小學(xué)課堂教育教學(xué)活動中對計算思維的培養(yǎng)策略、計算思維教學(xué)模式等還處于研究初期，需要進(jìn)一步探索。

小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中如何培養(yǎng)計算思維

在小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)階段，有一個很重要的模塊——程序設(shè)計。根據(jù)小學(xué)生年齡特點(diǎn)，選用的是圖形化編程工具Scratch，課程內(nèi)容的設(shè)置是以解決問題為主導(dǎo)，創(chuàng)設(shè)不同的主題式教學(xué)活動，教師在創(chuàng)設(shè)情境的同時，設(shè)置障礙，使其遇見問題，從而引發(fā)學(xué)生思考，如何利用已有的知識遷移到本問題中來，再通過掌握新技能解決問題，這樣才能真正體現(xiàn)學(xué)習(xí)新技能的需求性和必要性。而引發(fā)學(xué)習(xí)的過程又是一個復(fù)雜的過程，如何聚焦核心素養(yǎng)，如何讓核心素養(yǎng)中提到的計算思維落地，筆者認(rèn)為計算思維的培養(yǎng)是一個“建?！饽！钡倪^程。

1.建模

從具象到抽象這一過程是教學(xué)中的難點(diǎn)，同樣也是信息技術(shù)教育的重點(diǎn)。抽象思維是信息技術(shù)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，根據(jù)學(xué)生的心理發(fā)展特點(diǎn)，從小學(xué)五年級開始，由具象思維到邏輯思維的不斷轉(zhuǎn)變，信息技術(shù)教材內(nèi)容也從WPS系列辦公軟件的應(yīng)用逐步過渡到運(yùn)用Scratch學(xué)習(xí)程序設(shè)計編程。Scratch教學(xué)，一般都是采取以主題單元活動為載體，以解決問題為主線進(jìn)行的。學(xué)生在拿到問題時，首先進(jìn)行問題分析，再進(jìn)行基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)建模過程，最后編寫程序從而解決問題。例如“小貓出題”一課，主題要求小貓隨機(jī)讀出2個數(shù)，并讓這兩個數(shù)進(jìn)行加法運(yùn)算，請學(xué)生計算并輸入答案，小貓立刻作出判斷，若答對了給予表揚(yáng)，若答錯了給予提示。根據(jù)主題要求，我們想到了用數(shù)學(xué)方程中的X、Y來代替小貓讀出的兩個數(shù)，用Z來代表計算出X+Y的和，從而建立數(shù)學(xué)模型：X+Y=Z。通過判斷寫入的答案與Z對比，一樣則顯示“答對了”，不一樣則顯示“答錯了”，通過這個模型就可以解決此問題了。

學(xué)生通過分析問題，能夠想到運(yùn)用已有的數(shù)學(xué)知識來解決生活中的問題，并在腦海里建立數(shù)學(xué)模型，這一過程是學(xué)生邁向計算思維的第一步。

2.解模

如果說建模的過程是在梳理思維框架，那么解模的過程便是選用不同的方式方法為搭好的思維框架填補(bǔ)具體實(shí)施步驟的空白。解模的過程是要把模型中每一步的設(shè)想和預(yù)測用具體的技術(shù)手段實(shí)施檢驗(yàn)，通過類似于工程思維的方式，將“建設(shè)過程”劃分為明確的步驟，通過不斷選擇、判斷、循環(huán)，完善解模過程。在解模過程中要注意對遇到的問題進(jìn)行總結(jié)反思，借鑒建設(shè)工程質(zhì)量管理的“PDCA”循環(huán)管理方法，即計劃（Plan）—實(shí)施（Do）—檢查（Check）—處置（Action），不斷完善解模實(shí)施路徑。

仍然以“小貓出題”一課為例，根據(jù)建立好的數(shù)學(xué)模型，用程序語言的算法來解決問題，便是解模的過程。在已經(jīng)建立好的數(shù)學(xué)模型解題思路基礎(chǔ)上，在Scratch程序語言中定義X、Y、Z變量，并進(jìn)行X、Y變量的加法邏輯運(yùn)算及賦值給Z，再通過判斷語句實(shí)現(xiàn)小貓能像“小老師”一樣判斷答案的對錯，并做出相應(yīng)反饋，如果再加上循環(huán)結(jié)構(gòu)，還可以實(shí)現(xiàn)小貓的反復(fù)出題。

3.建模——解模

在實(shí)際教學(xué)過程中許多學(xué)生更喜歡直接的、非還原性的解決方案，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中通過建模解答，能啟發(fā)學(xué)生的計算思維。我們可以看到建模將數(shù)學(xué)與實(shí)際應(yīng)用問題相結(jié)合，課堂中引入建?？梢酝貙拰W(xué)生的知識面，發(fā)揮其想象力和創(chuàng)造力。再通過解模逐步形成計算思維的進(jìn)階過程，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。如Scratch“畫城堡”一課，學(xué)生在看到城堡的圖形時，如果運(yùn)用已有的知識經(jīng)驗(yàn)，可以通過逐句寫程序，畫出復(fù)雜的城堡，這樣的操作顯然較為繁復(fù)。如果教會學(xué)生在Scratch中，把畫各種基本圖形的腳本分別“定義”為不同的“過程”，學(xué)生把定義過程理解為建立一塊塊不同形狀的“積木”模型，通過計算和Scratch編程，運(yùn)用“定義過程——調(diào)用過程——組合腳本”一步步完成城堡的組建，實(shí)現(xiàn)解模過程。

我們再來看一則例子：Scratch“畫正多邊形”一課，以畫正三角形為例。學(xué)生從已有的數(shù)學(xué)知識中可以輕松地計算出正三角形的內(nèi)角是60°，外角是120°，同時，也已掌握在Scratch中編寫“移動”和“旋轉(zhuǎn)”的腳本，因此在教師的引導(dǎo)下，利用已有知識的遷移，學(xué)生很容易這樣建模：通過重復(fù)執(zhí)行3次“移動50步”“旋轉(zhuǎn)120°”實(shí)現(xiàn)畫正三角形，接下來，學(xué)生通過編寫腳本、運(yùn)行程序進(jìn)行解模。這一過程正是思維發(fā)生的過程，學(xué)生的計算思維也在這樣不斷循環(huán)的“建模——解?！敝信囵B(yǎng)出來了。

從這些課例中我們可以看出，計算思維教學(xué)模式是從實(shí)際問題出發(fā)，運(yùn)用模型求解實(shí)際問題，“組塊調(diào)用”這一思維方式就可以通過具體的問題進(jìn)行分析、內(nèi)化。學(xué)生通過結(jié)合課本和教師所教授的內(nèi)容，自己設(shè)計方案、分析解決問題，不僅鍛煉學(xué)生的建模能力，還可以提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識和信息技術(shù)知識來分析、解決問題的能力，拓展學(xué)生對計算思維的興趣，能夠從簡單的解決問題中，找到信息技術(shù)學(xué)習(xí)的樂趣，學(xué)會舉一反三，有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，從舊知中有所感悟，有所啟發(fā)，從而獲得新的知識。因此，我們還可以說計算思維是將一個看似困難的問題重新解釋成計算機(jī)模型，進(jìn)行“建?！饽！苯鉀Q實(shí)際問題的科學(xué)思維方式。

計算思維將影響每一個領(lǐng)域的每一個人，特別是對我們的學(xué)生和教師提出了新的教育挑戰(zhàn)。加速的技術(shù)進(jìn)步和巨大的社會需求迫使我們重新審視計算機(jī)科學(xué)最基本的問題。除了閱讀、寫作和算術(shù)之外，我們還要給每個學(xué)生的分析能力增加計算思維，計算思維將成為全世界每個人使用的基本技能。計算的思想將被使用在任何地方，這一目標(biāo)構(gòu)成了一個新的教育挑戰(zhàn)。[3]

小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)對于教育者進(jìn)行計算思維的培養(yǎng)要求就更為具體化，學(xué)生在已有的知識架構(gòu)上，可以層層遞進(jìn)式的積累與拓展。不怕學(xué)生在求知過程中出現(xiàn)錯誤，鼓勵學(xué)生能夠進(jìn)行大膽的建模，發(fā)散思維，多種途徑的解決問題，不斷進(jìn)行思維的創(chuàng)新。這就要求教育工作者能夠不斷提升自身素養(yǎng)，給學(xué)生傳遞出計算思維不再是停留于書本知識，還要結(jié)合實(shí)際的社會背景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行一系列的探究活動，能夠從最普遍的現(xiàn)象中找到其中蘊(yùn)含的思維規(guī)律，信息素養(yǎng)的培養(yǎng)也是基礎(chǔ)信息技術(shù)教育的重中之重。未來，就是要打好基礎(chǔ)，從每一節(jié)課開始，跟上課程改革的步伐，不斷推進(jìn)教育的改革創(chuàng)新，不斷深化教育的改革，信息技術(shù)課程體系也將不斷發(fā)展，計算思維在其中有著更為重要的意義與作用，信息化時代不斷吹起號角推動我們繼續(xù)前行。

參考文獻(xiàn)

韓杰.思維力：計算思維應(yīng)用于小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)的培養(yǎng)核心[J].課堂經(jīng)緯，2019（1）.

李鋒，趙健.高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂：理念與內(nèi)容[J].中國電化教育，2016（12）.

劉宜銘.如何在信息技術(shù)教學(xué)過程中培養(yǎng)計算思維[J].教育天地，2019（1）.