黃偉祥

【摘 要】隨著人工智能時(shí)代的來(lái)臨，信息技術(shù)課程的價(jià)值突顯，其中計(jì)算思維的培養(yǎng)成為重點(diǎn)。本文以“模擬無(wú)接觸配送餐”為例，遵循小學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，分析了在教學(xué)中如何讓學(xué)生用信息意識(shí)觀察世界，用計(jì)算思維思考世界，用編程語(yǔ)言表達(dá)世界，以促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】可視化;編程教育;思維;信息素養(yǎng);計(jì)算思維

【中圖分類號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2021）06-056-04

近年來(lái)，由于可視化編程讓學(xué)生告別枯燥的代碼編寫，讓程序過(guò)程隨時(shí)可視化，深受學(xué)生的喜愛(ài)。計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，它是與孩子們擁有的讀、寫、算同等重要的認(rèn)知能力，決定著對(duì)信息技術(shù)學(xué)科的認(rèn)知高度，能讓學(xué)生“像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考”，要滲透到學(xué)習(xí)的全過(guò)程。

學(xué)會(huì)用信息意識(shí)觀察世界，學(xué)會(huì)用計(jì)算思維思考世界，學(xué)會(huì)用編程語(yǔ)言表達(dá)世界，這是學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展的三個(gè)階段。本文從小學(xué)生年齡特征和認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，結(jié)合教學(xué)案例“模擬無(wú)接觸配送餐”，明晰如何培養(yǎng)計(jì)算思維意識(shí);怎樣用計(jì)算思維的方法思考問(wèn)題的解決方案;如何落實(shí)方案解決實(shí)際問(wèn)題等等，為一線教師教學(xué)實(shí)踐提供借鑒。

會(huì)用信息意識(shí)觀察世界

計(jì)算思維的理解是基于情境的，又是超越情境的。情境是思維的腳手架和介質(zhì)，讓計(jì)算思維從外在走向內(nèi)里，從感性情境走向思維情境，最終脫離非本質(zhì)屬性的情境，從現(xiàn)實(shí)生活的此岸到達(dá)語(yǔ)言代碼的彼岸，實(shí)現(xiàn)“生活化”的抽象生產(chǎn)和理性建構(gòu)。

1.情境創(chuàng)設(shè)，促進(jìn)計(jì)算思維的理解

情境是聯(lián)結(jié)現(xiàn)實(shí)生活與虛擬環(huán)境的橋梁，容易讓學(xué)生產(chǎn)生心靈共鳴，從而調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的欲望與興趣，有利于建立信息技術(shù)與生活之間的聯(lián)系，促進(jìn)計(jì)算思維的理解，提升問(wèn)題解決能力。

如在“模擬無(wú)接觸配送餐”一課教學(xué)中，筆者用視頻重現(xiàn)如下的情況：在疫情期間，為了加強(qiáng)疫情防控，各城市很多小區(qū)都實(shí)行了封閉式管理。但只有物資通暢了，生活才能繼續(xù)，社會(huì)才能盡可能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為抗疫提供源源不斷的支撐，抗疫才能更高效地進(jìn)行。為了防止人群接觸，外賣、快遞平臺(tái)也采取了“無(wú)接觸配送模式”，這樣既保證人們生活正常進(jìn)行，也杜絕疫情人與人的傳播。學(xué)生可以基于情景，提出實(shí)現(xiàn)“無(wú)接觸配送”的策略，這不僅能夠讓學(xué)生從枯燥的技能學(xué)習(xí)、難懂的算法中解脫，并且能讓學(xué)生在頭腦風(fēng)暴中進(jìn)一步猜想、驗(yàn)證、合作。

2.序化模式，從情境導(dǎo)向到問(wèn)題導(dǎo)向

問(wèn)題意識(shí)是思維的動(dòng)力，是創(chuàng)新精神的基石，是探究問(wèn)題、解決問(wèn)題的前提。教師給學(xué)生營(yíng)造提出問(wèn)題的情境，學(xué)生通過(guò)討論，從問(wèn)題情境抽象出問(wèn)題的本質(zhì)，把一個(gè)實(shí)際問(wèn)題變?yōu)橛?jì)算機(jī)可以處理的問(wèn)題，這是算法與程序設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)。

在教學(xué)中，學(xué)生通過(guò)“模擬無(wú)接觸配送餐”情境提出了序列化的問(wèn)題。如：

在無(wú)接觸配送的訂單中，出現(xiàn)了幾個(gè)角色？

在各時(shí)間段中，各個(gè)角色發(fā)生了什么變化？

各個(gè)角色的變化有何異同？如何體現(xiàn)？

各個(gè)角色間如何聯(lián)系？用什么指令實(shí)現(xiàn)？

這些問(wèn)題的提出雖然是分散、無(wú)序的，但通過(guò)師生共同整理，問(wèn)題主要集中在角色內(nèi)在聯(lián)系和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面，通過(guò)歸類整理，問(wèn)題從無(wú)序走向有序集約化的發(fā)展。讓學(xué)生初步學(xué)會(huì)從計(jì)算思維的角度提出問(wèn)題、理解問(wèn)題，并能綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和技能解決問(wèn)題。

會(huì)用計(jì)算思維思考世界

計(jì)算思維的習(xí)得表現(xiàn)為學(xué)生能夠采用計(jì)算機(jī)處理的方式界定問(wèn)題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù);通過(guò)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(wèn)題的方案;總結(jié)利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程與方法，并遷移到與之相關(guān)的其他問(wèn)題解決。

1.計(jì)算思維簡(jiǎn)約化，理清事件的關(guān)系

簡(jiǎn)約化是運(yùn)用計(jì)算思維解決復(fù)雜問(wèn)題的第一步。特別是對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們普遍存在注意力不集中、興趣點(diǎn)轉(zhuǎn)移快、知識(shí)積累不夠等特點(diǎn)，當(dāng)他們面對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題及算法時(shí)，學(xué)生不知從何而起學(xué)習(xí)?；诖苏J(rèn)識(shí)，首先，讓學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目有一個(gè)整體的理解;然后，通過(guò)畫圖進(jìn)行簡(jiǎn)約化的表達(dá);最后，采取“大項(xiàng)目，小任務(wù)”，用塊語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣更有利于小學(xué)計(jì)算思維漸進(jìn)式的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生用計(jì)算思維去分解問(wèn)題，從而解決實(shí)際問(wèn)題。

在日常生活中，由于大多數(shù)學(xué)生有叫外賣的體驗(yàn)，所以對(duì)概念的理解比較容易。筆者在“模擬無(wú)接觸配送餐”教學(xué)中，讓學(xué)生通過(guò)畫圖的方式理清事件的前后邏輯關(guān)系，學(xué)會(huì)用計(jì)算思維來(lái)思索問(wèn)題。

第一步：配送流程，個(gè)性化表達(dá)

學(xué)生根據(jù)已有的生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)配送流程進(jìn)行畫圖，大部分學(xué)生表示為：顧客下單→商家接單→騎手送餐。學(xué)生對(duì)配送的基本流程描述不夠精準(zhǔn)、精細(xì)化不足，有待細(xì)化。

學(xué)生畫圖是探究學(xué)習(xí)的起點(diǎn)和過(guò)程，他們對(duì)問(wèn)題的認(rèn)知由此達(dá)彼，思考由淺入深，把動(dòng)作表征與符號(hào)表征、形象思維與抽象思維、現(xiàn)實(shí)生活與計(jì)算思維聯(lián)結(jié)在一起，以方便學(xué)生理解、分析和把握，展現(xiàn)計(jì)算思維的路徑與結(jié)果。

第二步：任務(wù)細(xì)分，理順行為序列

這一環(huán)節(jié)旨在讓學(xué)生用計(jì)算思維把大項(xiàng)目進(jìn)行精細(xì)化分解，把大任務(wù)分解成若干個(gè)小任務(wù)。從課堂觀察可知，大部分學(xué)生都可以對(duì)任務(wù)進(jìn)行順利分解，但容易出現(xiàn)不同程度順序的混亂，學(xué)生的序列化意識(shí)不強(qiáng)。如：學(xué)生不理解商家動(dòng)作與騎手動(dòng)作為什么能同時(shí)進(jìn)行;把商家接單與廚師烹飪備餐順序倒過(guò)來(lái)等等。

針對(duì)這些問(wèn)題，教師找學(xué)生進(jìn)行情境模擬活動(dòng)，并讓學(xué)生將這些動(dòng)作一一記錄下來(lái)，對(duì)照相應(yīng)模塊尋找是否有相應(yīng)的執(zhí)行指令。如果沒(méi)有，進(jìn)一步考慮細(xì)化動(dòng)作，直至有指令實(shí)現(xiàn)動(dòng)作為止，培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算思維去分解問(wèn)題的能力。

教師還特地要求學(xué)生按照打亂后的順序去配送，讓他們意識(shí)到有些任務(wù)的順序是不可逆的，固化學(xué)生信息流程的意識(shí)。與此同時(shí)，師生還共同完成貼標(biāo)簽游戲，讓學(xué)生從活動(dòng)中對(duì)照自己的分解方案，評(píng)判自己的任務(wù)有何不同，是否可以有不同的分解方法，以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和批判性思維。

2.算法思維可視化，對(duì)接編程語(yǔ)言

雖然學(xué)生理清了行動(dòng)流程，但將一個(gè)綜合性制作任務(wù)直接拋給學(xué)生，學(xué)生肯定不知所措，因此，借助自己的語(yǔ)言描述角色的行為，把大任務(wù)分解成一個(gè)個(gè)小任務(wù)來(lái)解決，并把編程工具動(dòng)作模塊指令與任務(wù)一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)行為動(dòng)作與編程語(yǔ)言的對(duì)接，并用思維導(dǎo)圖的方式進(jìn)行記錄。

把自然語(yǔ)言與動(dòng)作模塊進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的教學(xué)，學(xué)生進(jìn)行了第二次抽象，使角色行為更形象表達(dá)，把問(wèn)題逐一解決突破，大大降低學(xué)生自主編程難度，使計(jì)算思維形成過(guò)程有據(jù)可循、有序思考。

3.完善流程圖，計(jì)算思維抽象化

通過(guò)前面的教學(xué)，學(xué)生對(duì)任務(wù)分解、角色關(guān)聯(lián)及行為與指令的對(duì)應(yīng)關(guān)系均有比較深刻的理解。發(fā)送廣播及接收廣播是這節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)。在本節(jié)課里，涉及兩次廣播的使用，首先，教師引導(dǎo)學(xué)生解決;然后，讓學(xué)生進(jìn)行舉一反三的學(xué)習(xí)。學(xué)生通過(guò)描述誰(shuí)發(fā)送廣播，誰(shuí)來(lái)接收廣播，讓他們明白為什么商家和騎手同時(shí)接收由顧客發(fā)送的廣播“1”，厘清信息廣播與接送的內(nèi)在關(guān)系。在學(xué)生解決難點(diǎn)后，教師順勢(shì)出示流程圖，并且讓學(xué)生填寫對(duì)應(yīng)的腳本（圖1）。從流程圖再到腳本圖的正向引導(dǎo)，是對(duì)程序設(shè)計(jì)的整體有序梳理，這樣再次培養(yǎng)學(xué)生思維的整體性與有序性。

會(huì)用編程語(yǔ)言表達(dá)世界

表達(dá)世界對(duì)于每一個(gè)學(xué)科都有不同的方式。以上流程圖的功能描述，需要通過(guò)計(jì)算機(jī)編程工具來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用編程語(yǔ)言有條理地表達(dá)解決問(wèn)題的思路、過(guò)程和方法，是計(jì)算思維的外在表現(xiàn)形式。本案例需要表達(dá)的具體內(nèi)容有：顧客點(diǎn)餐、下單，商家接單、烹飪，騎手接單送餐、到商家取餐、送餐到指定地點(diǎn)。用編程語(yǔ)言反映三種角色的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)三種角色行為，全程做到無(wú)接觸送餐。

1.編寫腳本，反向理解意圖

利用編程工具解決問(wèn)題的方式具有多樣性和開放性。同一任務(wù)，有不同的計(jì)算思維，腳本編寫也是不同的。對(duì)于計(jì)算思維的培養(yǎng)，教師應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生多種渠道解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生求異思維，促進(jìn)計(jì)算思維的再生長(zhǎng)。

學(xué)生完成腳本編寫后，教師引導(dǎo)學(xué)生描述出自己腳本的功能，這是從腳本到功能描述的反向理解（圖2），也是對(duì)程序設(shè)計(jì)整體的再次梳理，是計(jì)算思維培養(yǎng)的再升華。通過(guò)正反兩次的思維梳理，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)流程步驟和算法的理解，突破了教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)。

2.腳本調(diào)整，培育評(píng)估思維

找錯(cuò)、糾錯(cuò)、修正是腳本調(diào)試的過(guò)程與基本步驟。當(dāng)學(xué)生運(yùn)行腳本時(shí)，出現(xiàn)運(yùn)行結(jié)果與預(yù)設(shè)結(jié)果不一樣時(shí)，就需要進(jìn)行有目的、有針對(duì)性的調(diào)試。但從課堂教學(xué)觀察中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)腳本運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，學(xué)生很難找出個(gè)中原因，無(wú)從下手。教師可設(shè)計(jì)出調(diào)試單，從錯(cuò)誤現(xiàn)象、錯(cuò)誤原因、解決方法、處理成效四個(gè)維度幫助學(xué)生自糾錯(cuò)誤。

調(diào)試單是學(xué)習(xí)的支架，是解決問(wèn)題的有效載體。它可以幫助學(xué)生列出腳本運(yùn)行的錯(cuò)誤，并追根溯源地找到腳本錯(cuò)誤之處，幫助學(xué)生進(jìn)行有目的地糾錯(cuò)。通過(guò)找問(wèn)題、析成因、明方法培育了學(xué)生有序評(píng)估的思維，形成良好的思維習(xí)慣。

3.作品展評(píng)，訓(xùn)練概況思維

作品展評(píng)包括了作品交流展示與評(píng)價(jià)兩個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)生不但要展示自己的作品，還要對(duì)制作作品過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明，如整體構(gòu)思、遇到問(wèn)題、問(wèn)題成因、解決問(wèn)題的思路及方法等。學(xué)生在分享作品時(shí)，再三強(qiáng)調(diào)，顧客發(fā)送廣播“1”是由商家與騎手同時(shí)接收，角色有各自的行動(dòng)。而騎手收到的廣播“1”和“2”分別是由顧客與商家發(fā)出的。因?yàn)橛兄噶畈判袆?dòng)，明晰了角色行動(dòng)的前后關(guān)系。學(xué)生對(duì)作品設(shè)計(jì)進(jìn)行梳理、總結(jié)、提煉、反思，這是計(jì)算思維概括的過(guò)程。

評(píng)價(jià)是計(jì)算思維實(shí)施的關(guān)鍵，教師一般使用作品展示評(píng)價(jià)法，使用該種方法評(píng)價(jià)，量表的制作尤為重要。如“模擬無(wú)接觸配送餐”評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中，筆者從學(xué)生作品的思想理念、設(shè)計(jì)創(chuàng)意、程序設(shè)計(jì)、邏輯表達(dá)、作品藝術(shù)五個(gè)指標(biāo)進(jìn)行定制，要求作品主題明確，內(nèi)容健康;構(gòu)思新穎，獨(dú)特創(chuàng)意;運(yùn)行流暢，邏輯縝密;富有藝術(shù)性。

思維是學(xué)習(xí)的核心，是理性的力量。計(jì)算思維可以梳理解決問(wèn)題的框架，分解思維實(shí)現(xiàn)對(duì)解決問(wèn)題的剖析，抽象思維是深度學(xué)習(xí)的精髓。我們只有堅(jiān)守“為思維而教”的理念，對(duì)其深度了解，豐富其內(nèi)涵，才能促進(jìn)學(xué)生思維真實(shí)地、自然地發(fā)展。

注：本文系廣東省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“‘五度六環(huán)人工智能教育啟蒙課程的構(gòu)建與實(shí)施”（課題編號(hào)：2020YQ JK234）基金項(xiàng)目成果