学习情境链创设下的学生“计算思维”培养策略

学习情境链创设下的学生“计算思维”培养策略

陈露

江苏省常州市武进区实验小学分校，213161

【摘要】在中小学编程教育中，信息技术的应用日益广泛，对学生进行计算思维的训练显得尤为重要。本文从“学习环境链”的角度对儿童进行计算思维的培养。在建立学习情境链的观点的基础上，建立了一种计算思维的模型，该模型采用了渐进问题情境、支架式探究情境、互助式合作情境；通过创造平等化的沟通情境和可扩展的应用情境，使计算思维的“唤醒-激活-增强-升华”培养闭环，从而推动了计算机思维的螺旋发展。

【关键词】问题情境链 探究情境链 应用情境链  计算思维

计算思维是信息技术核心素养之一，也是未来不可或缺的重要能力之一。教学中如何培养儿童的计算思维？编程教学无疑是最优路径。可是，在日常教学中，我们无法很好地培养儿童计算思维，究其原因，主要在于创设的情境与学生生活联系不紧密，问题设计思维力不强。本文通过课堂教学中创设“问题情境”“探究情境”“应用情境”等“学习情境链”，让儿童的“计算思维”能力培养有方向、有支架、有评价，从而实现从“他我”走向“自我”迭代。

一、“计算思维”与“学习情境链”

1.什么是“计算思维”？

“计算思维”主要是指利用计算机科学领域的思想、原理、方法等，解决实际问题的高阶思维能力，将其解构为更具操作意义的五大核心能力：界定问题能力、抽象特征能力、设计算法能力、评估迭代能力和迁移应用能力。计算思维五大核心能力的发展历程是由问题定义向问题求解的一条途径，反映了学生在逻辑运演中不断扩展和充实思维结构的发展历程。中小学信息技术课程以“促进计算思维，培养编程能力”为中心，不仅要让学生能够理解信息系统工作原理，而且要让学生学会计算机科学的核心概念和方法，培养其抽象与逻辑思考、系统化思考等思维能力。

2.什么是“学习情境链创设”？

学习情境与计算思维的培养有着密切的联系，学习情境的设计应遵循计算思维的发展规律，用“链”的形式将各个情境元素有序地联系起来，从而形成一条学习环境，促进学生的计算思维能力和素质的提升。

本研究所说的“学习环境链”是指在教学活动的动态发展过程中，由多个互相联系的情境作为“节点”，通过多种情境因素的联系，使其形成一个连续、有序的情境循环。学习情境链的建立，就是要在教学中，围绕教学主题，通过计算思维的各个环节，逐步“流动”，形成一个优势互补、协调发展的学习生态，从而形成一个闭环，促进学生的思维质量的提升。

二、“学习情境链”在儿童“计算思维”的培育中的价值和意义

1.创设“问题情境”使儿童从“导向”到“内驱”思维

问题情境驱动的儿童探索模式。我们应该把握儿童日常生活中的探索性问题，通过对儿童发展特征和最近发展区域的分析判断，适时地给予适当的支持，以促进儿童游戏的发展。本课程在“趣”、“奇”、“疑”三大类的问题情境中，结合不同的问题，以启发儿童的“玩”与“学”，启发儿童的自主思考，在“探索”与“发现”中，建立“体验”，并培养“重要的学习品质”。

问题情境创设激发了学生的“前观念”，激发了学生对问题的认识冲突，激发了他们的思考欲望，激发了他们对环境的理解。

2.“探究情境”创设让儿童经历从“具象”走向“抽象”

探究情境是指学生在老师的指导下，根据自己的教学目标，进行自己的研究和探索。探究性情境是为了给学生提供一个学习平台，帮助他们从复杂的问题中抽象出其特点，并利用算法来设计问题的解决方案。托架教学是基于建构主义的教学理念，它通过给学生提供合适的线索或提示，以帮助学生提高解题能力和自主性。通过建立科学的学习环境，使学生能够从数学模型中抽取和描述出一些重要的特点，并利用 Scratch编程语言来实施，从而培养学生的抽象特征能力。

3.“应用情境”创设让儿童思维从“过程”走向“迁移”

在运用情境设计中，要主动发掘教学内容和学生的生活体验，培养新问题的迁移能力。学生的学习都是为了能够适应人生，而他们的学习情境也会在人生中得到运用。通过挖掘实际情况，指导学生将自动化、系统化的解决问题的能力移植到新的问题环境中，使学生能够不断地使用计算思维解决实际问题。

三、基于学习情境链创设的儿童“计算思维”培养策略

1.递进式问题情境提升儿童“界定问题能力”

界定问题的能力是指在教师所设定的问题环境中，学生能够区分问题的界限，从而确定学习任务的能力。问题情境是以结构不良、真实的生活问题为核心的，通过与真实的生活环境的交互作用，引发学生的认识矛盾，从而激发出创造性的解决问题的内在动力。在程序设计教学中，教师根据教学目的和实践经验，采用实际的实例、组织现场考察等方法，建立问题情境，引导学生从观察中发现问题；清晰的题目，并从中发展出问题的定义。另外，老师还可以通过提问来指导学生归纳和归纳出算法设计的核心理念，并对其在实际生活中的运用进行反思，从而在新的问题环境中加深对算法的认识；提高了移植应用的性能。在初识问题与再迁移应用的渐进问题情境建构中，同学们逐渐将运算思维“渗入”到自己的知识结构中。

（1）生活化实例，构建问题情境

以学生的生活经历为基础，以实际问题为基础，建立问题情境，使其在认知和独立思考中发展问题的能力。问题情境要使问题情境生活化，使学生能更好地解决问题，使他们认识到学习任务的价值，进而激发他们的内在动力。学生能够最迅速地了解所接受的一切是从生活中获得的，生动的事例可以使他们更迅速地进行思考，并被内化。同时，从日常生活中得到的事例，也能使学生迅速地进行思考。

例：在《快乐的小猫》一课中，帮助小猫快速吃到奶酪

小猫吃到奶酪的问题可以转化为小猫移动到奶酪位置的问题，从而引导学生探究如何表示奶酪的位置，小猫怎样快速准确地到达。这样枯燥的坐标知识就转化了寻找奶酪的位置，有趣味而又引发学生积极发现。

教学中，学生通过对“位置”的探究，将坐标问题转化为有趣的奶酪位置问题，学生就能很好地掌握对“坐标”知识的理解。自主探究性的主动学习是信息技术教育的主要学习方式，在自主探究中学习信息技术，运用现代教学媒体辅助教学，可以激发学生学习的主动性和积极性。

（2）递进式问题，深入探究情境

通过巧妙的设计，使学生在自主经验的同时，自然而然地进入到一个新的问题环境中，引导他们独立思考和实践，再通过师生、生生的交流、讨论、分享，充分发挥学生的学习自主性，激发学生自主参与参与性，以平和自然的态度接纳困难并努力尝试解决，引领初学的学生以正确的姿态进入编程学习的大门。在自我体验的过程中，不只是单纯的提高学生的学习兴趣，更重要的是，在体验的过程中，整理自己的作品。让同学们想一想，在自己的设计和制造中，怎样才能完成这一流程？

《大鱼吃小鱼》是一款经典游戏，许多孩子对这个游戏并不陌生，我把游戏设计流程分为：教师介绍游戏内容及规则—教师演示游戏操作—学生自主操作—教师巡视，学生体验游戏—交流总结游戏经验—学生设计改善游戏—教师评价与总结。

在教学过程中，教师可通过演示游戏，向学生介绍游戏的角色，分析每个角色的功能，角色动作过程可通过文字说明或绘制思维导图方式描述；让学生明白游戏的原理，如鲨鱼张嘴吃小黄鱼，要注意鲨鱼的动作，以及小黄鱼生命值的变化。教师在游戏过程中可通过分组竞赛的方式，设置游戏时间、躲避能力等，建立起人机交互的学习模式。

通过教师的演示，学生的体验让学生加入到设计制作中，并且始终保持学习的积极性。学生通过体验作品，慢慢地掌握了游戏的设计原理和制作方法，对游戏有较为深入的探究，针对游戏的优缺点思考与交流。学生对作品可行性分析，二次创作游戏。整个教学环节，学生总是保持高昂的兴致参与到活动中来。

2.支架式探究情境创设提升儿童“抽象特征能力”

（1）巧用工具，构建支架

当问题描述清楚后，问题就会迎刃而解，回答“你打算怎么做”，这个阶段的核心思想包括问题分解，抽象，算法和程序，以及自动化。从试验数据中可以看出，每个核心的运算思维都得到了一定的提高，尤其是问题的分解能力，在流程图中得到了体现；在解决问题的过程中，学生首先会把大问题分解为小问题。

《小猫出题》一课中，通过流程图帮助学生整理思路。

师：同桌之间讨论，试着描述出题过程。

学生讨论，汇报交流。

师：点击小绿旗之后，小猫出题经历了怎样的过程？

学生讨论流程大致分为：(1)出题    (2)询问并等待     (3)判断并反馈

师：我们能把流程描述得更详细些吗？

学生试着补充流程,将流程图修改完整。

根据儿童的认知特点，创设换换相扣的创设游戏学习情境“链”，根据学生的游戏讨论整理流程图，为学生的思考提供有效的思维支架，降低学生完成任务的难度，让每一个孩子都可以通过探究获得成功的体验，激发学生学习的兴趣的同时，也培养学生遇到问题先思考的习惯。

（2）探究情境，抽象特征

抽象特征能力是指能够从问题中抽取出一些重要的特点，并将其描述成一种形式的能力。在程序设计教学中，通过使用流程图、思考导图等认知手段对问题进行抽象、分解、建立数学模型、自行设计问题的方法，来提高抽象特征的学习效果。同时，利用伪代码、自然语言及个案资料等的感知手段，探讨演算法的设计流程，并进行演算效能对比，选出最佳演算法的最佳方案及程序的撰写；最后提高了系统的设计算法性能。建立“支架式探究情境，既可以拓宽探索性的活动模式，延长探索性的时间，又可以使抽象性的特点与设计运算的技能相结合，从而使其在充分尊重学生的探究兴趣的前提下，逐步加深。

《画城堡》一课中，通过对比发现重复的部分，从而引出新建控件从而简化程序。师：对照学习单上的图片，和同桌一起讨论画这朵花的流程，可以在上面画一画运动轨迹，并完成流程图。

生讨论。

师：哪个小组能来汇报一下你们的讨论结果？一名同学一边介绍一边画轨迹，另一名同学根据介绍来给这些绘制流程排排序。

生上台，一名同学画，一名同学整理绘制流程图。

师：在两位同学的合作下，我们理清了绘制流程。在这里，我们把正方形看成是一个整体。请大家根据流程图在Scratch中尝试编写脚本。比一比，哪个小组最先完成？

生编写脚本。

师：大部分同学已经画好了，真厉害。我们一起来观察这段脚本，哪个程序段是重复出现的？

生：画正方形的脚本。

师：在Scratch中，像这样相对固定而且需要重复使用的程序段，我们可以把它看作一个整体，打包成新的积木块，这样我们的脚本就能得到进一步优化。（板书：优化方法）

师：如何制作新的积木？请同学们根据学习单上的提示，试着做一做。

生新建积木块。

在以上的教学片断中，教师通过提供学习单，让学生尝试自己新建积木块，引导学生探索发现，让学生经历了自主思维、合作交流、思维碰撞、优化流程的过程，再通过对比让学生自主发现有重复的脚本。基于解决问题的视角，寻找解决问题的方法和路径，从而自然而然探索出可以新建控件以简化脚本的方法，思维发展就在情境链中水到渠成。

3.互助式合作情境创设提升儿童“评估迭代能力”

合作情境注重营造一个具有较好的学习环境，有利于同学之间的合作交流，知识的协同发展，同学们在学习团体中分享了各自的知识，并通过合作来完成程序，从而达到知识的语义构建和知识的深度培养。

（1）构建小组，合作完成

在程序设计课上，老师们在课堂上建立了一个互动式的团体，以指导同学们的分工；队长领导小组成员探索他们所负责的工作区域，思考最优解，合作进行程序设计，并逐渐提高了思维能力。在完成程式设计作业后，老师会安排多种评估作业，让同学们共同探讨程式设计流程，并交换彼此的程式设计心得；通过交流演示和优化方案，提高了他们的评价迭代性。

师：打开各自上节课的作品。

上节课大家的作品做得很不错，有的小组的设计确实很令人惊叹，可是陈老师想大家的作品能不能进一步修改更具有创意呢？

小组成员一起交流讨论,你们想如何改进你们的创意设计？并思考哪些设备能帮助你实现创意？

生：小组内合作讨论。

师：哪一组来和大家分享你们讨论的结果？

    谁来点评一下他们的创意？分享一下你们小组的不同创意？

生：小组间分享交流。

师：讨论好的小组，先把你要用的设备拿出来并且连接好，然后就可以开始创作。

学生：小组合作完成设想。

学生完成期间教师巡视，寻找亮点进行分享。

学生建立小组，以小组为单位，进行合作。从团队的建立起，小组内一起商讨作品的方案，在学习中一起合作完成作品，在合作中，有组长的分工引领，小组成员共同进行创作，遇到问题一起尝试解决。在组长的协调下，学生互相学习小组成员的优点长处，每个人都能找到自己在小组中的定位。

（2）互评反馈，自我迭代

在协作环境下，通过“设计算法-编程-交互评估-迭代程序”，使学生能够在不知不觉中达到提高设计算法的目的。通过相互评估，同学们互相借鉴对方的长处，从而提升自己的能力；另外，可以在原有的基础上进行进一步的完善，进而达到提高的目的。

《小猫出题》一课中，通过学生之间互相观看作品，拓宽创作思路，丰富自己作品内容。

师：在大家的积极动脑下，我们已经帮助小猫实现了一个完整的出题功能。

哪一对同桌来表演一下你们的出题？

学生演示,教师简单点评正误。

师：观看了同学的小猫出题，你学到了伙伴中有哪些设计效果值得你学习？

生1:她的作品中有不同于加法的其它运算值得我学习。

生2:他的作品能一次做10题，我也想试试。

师：看来大家都从中有所发现，请大家选择你想实现的功能实现它。

学生修改作品，教师巡视。展示作品。

表达是学生思维发展的有效路径。教师充分创设表达分享情境链，学生在分享环节，相互补充，互相反馈，在学习其他同学创意的过程，引起自己的思考，丰富作品的呈现；在自我不断借鉴、反思的过程中，扩充新思路，寻找新路径。通过这样“外力”和“内驱”双向建构，从而实现迭代能力的不断提升。

在科技时代，人们都期待计算思维，在教学中通过创设学习情境链，以培养学生的计算思维。生活化的问题情境、探究情境、合作情境构成一条完成的学习情境链，在这个情境链下，每一环节学生都能得到相应的能力提升，达到相应教学目的。在链式学习中，通过递进式问题情境提升儿童“界定问题能力”，通过支架式探究情境创设提升儿童“抽象特征能力”，通过互助式合作情境创设提升儿童“评估迭代能力”。在编程教学中，通过学习情境链的创设，有助于学生计算思维的培养与提升。

【参考文献】

[1]杨文正.学习情境链创设视域下的计算思维培养模式[J].现代远程教育研究,2021,33(05):72-81.