义务教育阶段信息技术计算思维培养有效路径初探

义务教育阶段信息技术计算思维培养有效路径初探

陈礼义

福建省南安市教师进修学校

【摘要】义务教育阶段信息技术计算思维培养是信息科技学科核心素养之一，是面向学生未来发展的核心素养。本文结合教学案例，探索在项目式学习和跨学科主题学习活动中，培养学生计算思维的有效路径，关注“问题解决”中学生的思维活动，将计算思维培养真实的落地于课堂。

【关键词】信息技术；义务教育；计算思维；有效路径

计算思维是面向学生未来发展的核心素养[1]，教育要面向学生的未来，必须站位高远。在将来学生所处的工作生活环境中，信息技术将变得更加不可或缺，既是科技和产业变革的重要驱动力，也是影响学习、生活的关键元素。为此，学生计算思维的培养显得尤为重要，在近期教育部颁布的《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）中，将计算思维作为信息科技学科核心素养之一。这是时代发展赋予教育的重要使命。

李国杰院士指出:计算思维是运用计算机科学的概念原理的问题求解过程，它选择适合的方式陈述问题，对问题的相关方面建模，并采用最有效的方法求解问题[2]。计算思维注重培养学生在解决实际问题过程运用计算机科学方法的能力，因此，我们在义务教育阶段信息技术课堂中，要设计有效的培养路径，促进学生抽象能力、思辨能力和创新发展能力等思维活动的形成。具体体现在教研活动和教学实践中，可以从以下两方面进行探索。

一、融合真实情境，在项目式学习中培养计算思维

从计算思维的定义中可以发现，计算思维的培养与真实情景问题的解决过程是相辅相成的。项目式学习正是为了解决学生只会做题，思想思维模式固化，对没有标准化答案的真实情景束手无策等问题的一种深度学习方式。项目式学习的过程几乎融合了计算思维培养的基本要素，所以项目式学习活动是培养学生计算思维的有效路径之一。

以scratch编程教学为例，在学生掌握了scratch编程的基础知识之后，如何设计内容灵活，情境丰富的项目式学习活动，成为学生能否将所学知识灵活运用，以至融会贯通的关键。例如，设计一个两位数计时器(界面如图1所示)，便是一个较好的scratch编程项目式学习活动。

图1 两位数计时器界面

本项目要求学生灵活应用前面所学的scratch编程知识，解决实际应用问题。学生首先要学习如何清晰的界定项目问题，此时可以组织学生进行分组的合作与探究。

“两位数计时器是如何工作的？”

“计时器要采用正计时还是采用倒计时？”

“哪些角色是已有的，哪些角色需要自己设计？”

……

学生通过自己自问自答的方式，将复杂的情境问题不断的拆分、细化，并逐步的将要解决的问题完整清晰的表达出来。教师要适时的引导，让学生总结各个问题里的逻辑关系和问题本质。

在研究清楚问题后，就进入到了项目式学习的第二个环节：设计解决问题的思路和方法。在这个案例中，“铃铛”图片素材和“铃声”音频素材可以由教师提供给学生，两位数倒计时显示器和倒计时结束时“响铃”功能，是学生需要突破的难点。可以采用画流程图（如图2所示）的方式，将抽象化的问题清晰的表达出来，从而实现学生思维活动的建设。

图2两位数计时器流程图

第三个环节：根据流程图所给的思路，应用scratch编程创建好角色，并写出正确的代码。因为前面已经解决了化抽象为具体的问题，学生根据流程图可以比较顺利的编写程序。在这个环节中，学生要进行团队协作，共同完成程序测试，程序纠错等编程体验，培养学生查找问题解决问题的能力，基础较好的学生可以尝试着修改方案，优化程序，提高效率。在这个环节的最后，教师还需要对学生的作品进行分析和评价。例如：懂得使用循环语句编写的小组，和不懂的应用循环的小组，程序代码的效率和简洁度方面会有很大的差别；在数字角色的建模中，应用矢量图模式显然比应用位图模式画质更清晰，更节省存储空间。

以上三个环节的项目式学习，充分涵盖了计算思维培养的基本要素，从问题的界定与分析，方案的思考与设计，问题的解决与评价三个维度促进学生计算思维的培养。

二、跨学科共育，在综合发展中培养计算思维

在2022版新课标中，充分体现了信息科技内容模块与数学、物理、地理等等其他学科的融合发展，突出用信息科技解决学习、生活问题的能力。跨学科融合发展是培养学生计算思维的另一个有效路径。

例如，在初中C语言学习的综合应用中，引入输出“杨辉三角形”的例子，可以进一步培养学生的计算思维能力，题目要求如下：

输出10行的杨辉三角形，前5行杨辉三角形如图3所示。

图3杨辉三角形前5行

本题引入数学中杨辉三角形（又称帕斯卡三角）概念，激发学生深度学习，在编程中体验数学之美。学生首先需要通过观察，找出杨辉三角形中的数据规律，并将复杂的问题分拆细化成可以用C语言实现的三个小问题：

1. 数据有10行10列，可以用定义一个数组存放；
2. 杨辉三角形每行的第一个数和最后一个数都是1；
3. 每行的其他数都是上一行对应的数与其前一个数的和。

以上是学生解决本道难题的三把“

金钥匙”，在课堂教学中教师要留有充分的时间让学生观察思考，并充分的进行合作交流。不能因为某几个基础较好的学生完成了任务就急于公布答案。如果学生没有经历自己的思维活动过程，而只是“不劳而获”的得到同学或老师的标准答案，那么，长此以往，他的计算思维能力将无法获得到发展。而这个重要的“思维活动”过程，体现了学生计算机科学和数学学科共育，培养学生跨学科综合应用解决问题的能力。

总结

计算思维的过程是问题解决中的逻辑思维、算法思维和系统思维的具体作用过程[3],项目式学习和跨学科主题学习活动都以“问题解决”为学习主线，是新课改义务教育阶段信息科技课程的重要学习方式，也是培养学生信息技术计算思维的有效路径。随着新课改的深入推进，必将有更进一步的理论研究和实践经验总结。在这两条可行的路径上，教师需要结合自身的教学经验不断的发展完善，确实有效的将计算思维培养真正落地于课堂。

注：本文系2021年泉州市教育信息技术研究课题《义务教育阶段学生计算思维培养策略的实践研究》（立项号：QZDJKT2021-36）的研究成果。

参考文献

[1]王晓波.计算思维：面向学生未来发展的核心素养[J].中小学信息技术教育2021.09:4.

[2]人民网.李国杰:计算思维不又仅属于计算机科学家[EB/OL]，2016-6-16.

[3]胡盈滢.中小学计算思维培养课程设计与开发研究[D].上海:上海外国语大学硕士学位论文，2019.