摘要：本文以義務(wù)教育階段信息科技課程“互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新”模塊中的“互聯(lián)網(wǎng)信息處理”單元為基礎(chǔ)，基于計算思維培養(yǎng)與跨學(xué)科綜合思維能力培養(yǎng)，選用“探秘黃金分割”項目，引導(dǎo)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)開展跨學(xué)科研究，從不同角度抽象并界定問題、對問題進行量化、建立模型、得出結(jié)論或完成計算，進而提升學(xué)生的信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力，幫助學(xué)生發(fā)展計算思維，提升綜合思維水平。

關(guān)鍵詞：計算思維；互聯(lián)網(wǎng)信息處理；單元教學(xué)設(shè)計；跨學(xué)科學(xué)習(xí)

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）20-0000-03

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“課標(biāo)”》）指出，信息科技課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)，主要包括信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任。其中，“計算思維”是信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重點，亦是難點。同時，《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》提出，各門課程原則上要用不少于10%的課時設(shè)計跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)。

“互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新”是第四學(xué)段的起始模塊，該模塊的內(nèi)容要求“學(xué)生能夠根據(jù)學(xué)習(xí)和交流的需要，使用互聯(lián)網(wǎng)搜索、遴選、管理并貢獻有價值的數(shù)據(jù)和資源，能夠創(chuàng)建具有特色的作品”。該內(nèi)容可加深學(xué)生對互聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識，幫助學(xué)生形成利用互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和計算思維方法解決學(xué)習(xí)和生活中各種問題的能力，對學(xué)生信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)的提升具有重要作用。

那么，如何在互聯(lián)網(wǎng)信息處理中發(fā)展學(xué)生的計算思維？能不能將計算思維的培養(yǎng)與跨學(xué)科學(xué)習(xí)結(jié)合起來？項目如何選擇？活動如何設(shè)計？這些都是值得教師思考的問題。

用——計算思維發(fā)展之源

計算思維要想獲得發(fā)展，必須將其運用到“解決問題過程中”，也就是要“用”起來，要創(chuàng)設(shè)真實的情境，讓學(xué)生在情境中經(jīng)歷解決問題的過程，對面臨的問題進行抽象、分解、建模，然后設(shè)計算法，形成問題解決方案，不斷反思、優(yōu)化該方案，并將其遷移運用于其他問題的解決。

融——跨學(xué)科學(xué)習(xí)落實之本

信息科技課程具有基礎(chǔ)性、實踐性和綜合性特點，具有“跨學(xué)科”屬性。因此在教學(xué)中，教師要將跨學(xué)科學(xué)習(xí)與信息科技課程融合起來，采用在線學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)方式，解決跨學(xué)科學(xué)習(xí)問題，邊學(xué)邊用。這樣既能提升課時的利用率，也能增強學(xué)習(xí)的有效性。

擇——互聯(lián)網(wǎng)信息處理入課之徑

在“互聯(lián)網(wǎng)信息處理”中融入跨學(xué)科學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的計算思維，項目選擇是關(guān)鍵。教師要著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，為學(xué)生提供有知識或經(jīng)驗基礎(chǔ)且有一定難度的內(nèi)容，調(diào)動學(xué)生的積極性，發(fā)揮其潛能，使其能在項目活動中超越最近發(fā)展區(qū)而達到下一發(fā)展階段。

教——案例：“探秘黃金分割”項目

1.課標(biāo)分析

本單元的核心關(guān)注點是互聯(lián)網(wǎng)信息的處理，主要涉及的學(xué)科核心素養(yǎng)是數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、計算思維。在完成本單元的學(xué)習(xí)后，學(xué)生可以將學(xué)習(xí)到的互聯(lián)網(wǎng)信息獲取與互聯(lián)網(wǎng)作品創(chuàng)建的相關(guān)知識運用到實際學(xué)習(xí)研究中，深刻領(lǐng)會互聯(lián)網(wǎng)在學(xué)習(xí)、生活中的作用，逐步形成解決在線學(xué)習(xí)問題的基本模型，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定堅實基礎(chǔ)。

2.教學(xué)目標(biāo)

①經(jīng)歷對“探秘黃金分割”項目的探究與學(xué)習(xí)，體驗線上交流小組的組建與管理，掌握互聯(lián)網(wǎng)資源獲取、遴選、分類保存的方法，學(xué)會協(xié)同編輯在線文檔，提升數(shù)字化學(xué)習(xí)能力；

②對“探秘黃金分割”項目開展跨學(xué)科、有重點的探究，嘗試抽象并界定問題、對問題進行量化，進而建立模型、得出結(jié)論或完成計算，逐步學(xué)習(xí)用計算機領(lǐng)域的思想方法解決實際問題，發(fā)展計算思維；

③綜合運用信息科技、數(shù)學(xué)、語文、美術(shù)等多學(xué)科知識創(chuàng)建具有特色的作品并進行展示，提升綜合思維能力。

3.策略分析

“探秘黃金分割”項目涉及數(shù)學(xué)、生物、美術(shù)、音樂、日常生活等多個領(lǐng)域，具有典型的跨學(xué)科性質(zhì)。本單元教學(xué)將互聯(lián)網(wǎng)信息處理中的信息搜索、信息管理、團隊組建、在線交流、協(xié)同寫作、作品呈現(xiàn)等，整合到學(xué)生“發(fā)現(xiàn)問題→組建研究團隊→確定研究主題→開展研究活動→表達研究成果→進行研究總結(jié)”的全過程中，引導(dǎo)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)開展研究，探索黃金分割的秘密，獲得對黃金分割更全面、更深刻的認(rèn)識，提升學(xué)生的信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。同時，在探究黃金分割的過程中，嘗試從不同角度抽象并界定問題、對問題進行量化，進而建立模型、得出結(jié)論或完成計算，逐步掌握探究數(shù)理類問題的一般步驟，幫助學(xué)生發(fā)展計算思維。

4.課時教學(xué)過程安排

盡管黃金分割涉及諸多領(lǐng)域，但這是一個與數(shù)字和計算相關(guān)的問題，可以用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法來進行研究。課程環(huán)節(jié)及安排如下表所示。

評——學(xué)科核心素養(yǎng)落實的關(guān)鍵

本項目關(guān)注學(xué)科核心素養(yǎng)在項目活動中的落實，采用自評+互評、結(jié)果+過程、量表+觀察的方式進行評價。在項目開展過程中，用項目活動記錄表約束進程，在整體項目完成后，用評價量規(guī)從整體上考察學(xué)科核心素養(yǎng)的落實情況，具體評價內(nèi)容為：①能針對一定目標(biāo)，通過互聯(lián)網(wǎng)，多渠道獲取所需信息，掌握互聯(lián)網(wǎng)信息搜索的基本方法（A，T，I）。②能科學(xué)組建并管理在線團隊，合理利用互聯(lián)網(wǎng)平臺開展在線交流與協(xié)同寫作（I，R）。③能依據(jù)一定的目標(biāo)，對獲取的信息進行鑒別，遴選出有價值的信息（A，I）。④能夠結(jié)合實例，對信息進行分類整理與管理（T，I）。⑤能從不同角度抽象并界定問題、對問題進行量化，進而建立模型、得出結(jié)論或完成計算，掌握探究數(shù)理類問題的一般步驟（T）。⑥能用恰當(dāng)?shù)男问奖磉_研究成果并發(fā)表在互聯(lián)網(wǎng)中，為互聯(lián)網(wǎng)貢獻有價值的信息（R）。（說明：A-信息意識，T-計算思維，I-數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，R-信息社會責(zé)任）

析——基于計算思維培養(yǎng)的探究學(xué)習(xí)步驟細(xì)化

在基于計算思維培養(yǎng)的互聯(lián)網(wǎng)信息處理單元教學(xué)中，最重要也是最難的是如何引導(dǎo)學(xué)生運用計算機領(lǐng)域的思想方法解決面對的問題。下面，筆者以生物小組為例，解釋學(xué)生探究時的具體步驟。

第一步：抽象并界定問題

生物小組遇到的問題可以抽象為：利用一定的手段，獲取目標(biāo)生物體的特定生長特征數(shù)據(jù)，分析不同類別數(shù)據(jù)間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)并歸納其中的規(guī)律。生物小組的學(xué)生可將問題界定為：如何獲取目標(biāo)生物體的特定生長特征數(shù)據(jù)；如何對數(shù)據(jù)進行分析，并發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律；如何科學(xué)、規(guī)范地呈現(xiàn)研究結(jié)果。

第二步：量化

量化是將信息用數(shù)值或符號來表示，轉(zhuǎn)化成計算機可以處理的方式。生物小組的學(xué)生可分成兩個小隊，對動植物的生長特征數(shù)據(jù)進行收集整理。一隊負(fù)責(zé)實地測量，另一隊借助互聯(lián)網(wǎng)查找資料，兩隊通過在線文檔實時編輯、匯總數(shù)據(jù)，并與互聯(lián)網(wǎng)中的其他生物小組共享資料，形成多張數(shù)據(jù)表。

第三步：建立模型

建立模型是在量化的基礎(chǔ)上，構(gòu)建各變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，建立“可計算”的數(shù)學(xué)公式或用數(shù)學(xué)語言進行描述。生物小組的學(xué)生對收集到的數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)可以從以下幾方面建立數(shù)據(jù)模型：①可通過計算楓葉寬度（B）/楓葉葉脈長度（A）來尋找楓葉葉脈長度與寬度之間的關(guān)系；②在將圖1中的數(shù)據(jù)剔除重復(fù)數(shù)字后，可得到一組數(shù)據(jù)：3，5，8，13，21，34，55，89；將圖2中的數(shù)字列舉出來，可以得到一組數(shù)據(jù)：1，2，3，5，8，13。兩組數(shù)據(jù)有部分重合。去重后整理可得到一組新的數(shù)據(jù)：1，2，3，5，8，13，21，34，55，89（形成的新數(shù)列）。

觀察新數(shù)列（斐波那契數(shù)列），可發(fā)現(xiàn)兩個特征：①自第三項開始，后面的每個數(shù)字都是該數(shù)字之前的兩個數(shù)字之和；②可計算該數(shù)列中相鄰兩個數(shù)字的比值，尋找其與黃金分割之間的關(guān)系。

第四步：得出結(jié)論或完成計算

生物小組可利用在線文檔中電子表格的計算功能，按照在第三步探索出的數(shù)據(jù)模型，計算出楓葉葉寬與葉脈長度的比值、新數(shù)列中相鄰兩個數(shù)字的比值。通過數(shù)據(jù)，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)楓葉葉寬與葉脈的比值在0.618附近波動，其平均值接近黃金分割比；在新數(shù)列中，隨著項數(shù)的增加，相鄰兩個數(shù)字的比值逐漸接近黃金分割比。由此，生物小組得出如下結(jié)論：許多生物中都隱藏著黃金分割的秘密，但生物的生長在共性中有其個性，并不是千篇一律的，也很難用公式準(zhǔn)確衡量。所以，生物的生長模式總是一步步接近，但從未達到精確的黃金分割比例。

思——信息科技教學(xué)能力提升之道

計算思維為學(xué)生提供了一個跨領(lǐng)域的問題解決框架，它不僅適用于計算機科學(xué)，還適用于包括自然科學(xué)、社會科學(xué)在內(nèi)的所有學(xué)科。這種思維模式有助于學(xué)生形成全局觀念，從而使其能夠更好地理解和解決復(fù)雜問題。

參考文獻：

中華人民共和國教育部.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.