小學(xué)信息技術(shù)課堂中學(xué)生計(jì)算思維培育策略

陳 輝

（廈門市湖里區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校，福建 廈門 3610 0 0）

計(jì)算思維由美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授于2006年3月首次提出，是通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看來困難的問題重新闡釋成一個(gè)大眾知道問題怎樣解決的方法。

2013年，南安普敦大學(xué)兩位博士將計(jì)算思維內(nèi)容概括為算法、評估、分解、抽象、概括五個(gè)方面；在計(jì)算思維行為呈現(xiàn)上，黃以真教授提出了：約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化、仿真、遞歸、并行、預(yù)防、保護(hù)、恢復(fù)、冗余、容錯(cuò)、調(diào)度等外顯性行為。當(dāng)然，計(jì)算思維行為顯現(xiàn)的內(nèi)容很廣，還有如：規(guī)劃、計(jì)算、折中、啟發(fā)式推理、建模、學(xué)習(xí)、海量數(shù)據(jù)等。因此，教師在計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)中加強(qiáng)計(jì)算思維的培育是基本的，也是必然的要求。那么，在如何在小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)中，落實(shí)計(jì)算思維課程，達(dá)到培育小學(xué)生計(jì)算思維目的呢？

一、計(jì)算思維培育的目標(biāo)導(dǎo)向策略

計(jì)算思維已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)學(xué)科核心素養(yǎng)重要組成部份，它是信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)的核心目標(biāo)之一。如何將計(jì)算思維融入具體的課堂教學(xué)三維目標(biāo)是筆者當(dāng)前進(jìn)行課堂教學(xué)研究的重要內(nèi)容。

在實(shí)踐探究中，筆者將計(jì)算思維那些抽象的概念與教材相結(jié)合：筆者先領(lǐng)會(huì)教材中與計(jì)算思維內(nèi)容相關(guān)的概念，理解其運(yùn)行的方式，體驗(yàn)其所蘊(yùn)含的思想方法。然后在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中根據(jù)教材內(nèi)容融入教學(xué)目標(biāo)。

1.在知識目標(biāo)中融入

在閩教版四年級《制作課程表》一課就可將概括、約簡、轉(zhuǎn)化、計(jì)算等具體的計(jì)算思維行為目標(biāo)融入到教學(xué)目標(biāo)中，教師通過下列表格比較就可以看出：知識目標(biāo)的教學(xué)上已經(jīng)實(shí)施融入計(jì)算思維行為培育；第一個(gè)目標(biāo)筆者教學(xué)點(diǎn)是要求會(huì)將文字內(nèi)容的表述形式轉(zhuǎn)化為表格的形式顯現(xiàn)，這就是為培育計(jì)算思維所設(shè)定的知識目標(biāo)。

2.在過程目標(biāo)中融入

教師在課堂上可以將計(jì)算思維的培育融合在教學(xué)的整個(gè)過程，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中養(yǎng)成借助計(jì)算思維解決問題的習(xí)慣。比如在閩教版三年級上冊的《管理文件》一課教學(xué)中，筆者不僅通過文件夾的屬性教學(xué)讓學(xué)生了解文件歸類、分解，還讓學(xué)生在復(fù)制與粘貼學(xué)習(xí)中理解保護(hù)、恢復(fù)的方法，從而培育計(jì)算思維。而且，在整個(gè)教學(xué)過程中我以文件管理的屬性、歸類、存儲(chǔ)三種算法思維來貫穿這節(jié)課的知識目標(biāo)，以海量數(shù)據(jù)形成的查找困難延伸出文件查找效率的調(diào)度、規(guī)劃等作為課堂拓展，將計(jì)算思維的培育融合在教學(xué)的整個(gè)過程。

二、計(jì)算思維培育的教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)向策略

計(jì)算思維的核心是計(jì)算機(jī)科學(xué)與算法技術(shù)融合，計(jì)算思維的形成需要有計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程基礎(chǔ)。因此，在小學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)的計(jì)算思維培育中，編程和機(jī)器人的教學(xué)內(nèi)容對培育學(xué)生計(jì)算思維至關(guān)重要。

按廈門市的信息技術(shù)課程課時(shí)設(shè)置，只有三四年級有開設(shè)信息技術(shù)課，按教材內(nèi)容也只有計(jì)算機(jī)基本操作、畫圖、網(wǎng)絡(luò)搜索引擎、辦公軟件幾項(xiàng)內(nèi)容，學(xué)生無法學(xué)習(xí)到編程和機(jī)器人課程。因此，筆者對教材內(nèi)容進(jìn)行增刪調(diào)整，在三年級下學(xué)期增設(shè)編程教學(xué)，四年級下學(xué)期增設(shè)機(jī)器人教學(xué)。

1.可視化編程教學(xué)

編程是計(jì)算機(jī)課程的核心內(nèi)容之一，其蘊(yùn)含的分析問題、解決問題的方法處處都用到算法，而算法正是計(jì)算思維的核心內(nèi)容之一。根據(jù)小學(xué)生年齡特點(diǎn)，可視化編程軟件必然成為編程教學(xué)利器，以Scratch為主的可視化編程教學(xué)有效培育了學(xué)生計(jì)算思維。

在運(yùn)用scrach實(shí)現(xiàn)角色運(yùn)動(dòng)的教學(xué)活動(dòng)中，就要學(xué)習(xí)平移、旋轉(zhuǎn)，要理解坐標(biāo)、循環(huán)等數(shù)學(xué)計(jì)算概念，即實(shí)現(xiàn)了計(jì)算、轉(zhuǎn)化、遞歸等計(jì)算思維培育。再如設(shè)計(jì)貓抓老鼠游戲時(shí)，就要用到控制語句中的“如果”“那么”的條件判斷，這樣的判斷在編程中運(yùn)用非常廣泛，它也是計(jì)算機(jī)解決問題的一種算法行為表現(xiàn)，通過算法培育了學(xué)生計(jì)算思維。

2.智能機(jī)器人教學(xué)

機(jī)器人課程是一門涉及自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、人工智能等方面的綜合性課程。因此，在信息技術(shù)課堂教學(xué)中增加機(jī)器人課程，可以有效地培育學(xué)生的計(jì)算、嵌入、調(diào)度、規(guī)劃、抽象、評價(jià)等計(jì)算思維。

在機(jī)器人教學(xué)中，學(xué)生從認(rèn)識機(jī)器人到開展機(jī)器人仿真練習(xí)，從了解機(jī)器人的基本特征到機(jī)器人實(shí)體搭建規(guī)劃、建模，從掌握機(jī)器人的結(jié)構(gòu)到傳感器的嵌入、計(jì)算、評價(jià)。在“巡邏機(jī)器人”課程學(xué)習(xí)中學(xué)生認(rèn)識了RC軟件編程平臺(tái)。例如在機(jī)器人自動(dòng)化的編程設(shè)計(jì)中學(xué)生對計(jì)算、順序、循環(huán)、容錯(cuò)有了感性認(rèn)識，在探究避障機(jī)器人、控溫機(jī)器人、循跡機(jī)器人制作中，學(xué)生在硬件上就認(rèn)識了傳感器的嵌入和實(shí)驗(yàn)過程的評價(jià)，在軟件編程課程中學(xué)會(huì)了算法的分支結(jié)構(gòu)等計(jì)算思維。

三、計(jì)算思維培育的教學(xué)方法導(dǎo)向策略

計(jì)算思維融入教學(xué)中關(guān)鍵在于教師課堂教學(xué)方法的改進(jìn)，計(jì)算思維的培育更多的是一種思維能力的培育，是教師從解決問題的角度出發(fā)強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維行為呈現(xiàn)。如對分解、抽象問題的思路，對啟發(fā)式推理、學(xué)習(xí)的探究等都是計(jì)算思維培育的有效教學(xué)方法。

1.啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)

計(jì)算思維培育不一定要改變教學(xué)內(nèi)容，關(guān)鍵是教師教學(xué)方法的定位、選擇與轉(zhuǎn)化，這便需要運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)的方法來實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的培育。例如，《計(jì)算機(jī)組成》這節(jié)課中有計(jì)算機(jī)處理器的知識點(diǎn)教學(xué)，筆者的引導(dǎo)流程是：問題一：計(jì)算機(jī)雙核與單核CPU差別是什么？答案：雙核CPU性能更好、速度更快。問題二：有什么表現(xiàn)可以看出，答案：在計(jì)算機(jī)屬性中查看處理器參數(shù)。問題三：“雙核”與“單核”CPU怎么樣更快？答案：計(jì)算機(jī)雙核CPU同時(shí)運(yùn)行當(dāng)然比一個(gè)快。問題四：雙核CPU運(yùn)行過程中如何分配工作？答案：計(jì)算機(jī)中有調(diào)度算法進(jìn)行分配。總結(jié)：調(diào)度是計(jì)算機(jī)內(nèi)部最基本的一種安排工作原理，也是一種計(jì)算機(jī)運(yùn)算程序，以后同學(xué)生可以運(yùn)用調(diào)度方法進(jìn)行解決問題?，F(xiàn)在生活可以經(jīng)常見到調(diào)度方法運(yùn)用，如去商場購物時(shí)先到結(jié)賬窗口的人可以先買單出商場，教師也常教同學(xué)們考試過程中對容易、簡單的問題優(yōu)先進(jìn)行解答等。

以上問題啟發(fā)引導(dǎo)教學(xué)中，問題二和問題四是需要師生討論，在教師主導(dǎo)下才能形成答案的。在這樣的問題式啟發(fā)引導(dǎo)的教學(xué)過程中，其啟發(fā)、引導(dǎo)過程本身也是計(jì)算思維的培育過程。

2.任務(wù)探究式教學(xué)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)和任務(wù)探究是信息技術(shù)教學(xué)中的常用教學(xué)法，這樣的教學(xué)方法也可以有效的培育學(xué)生計(jì)算思維。

比如在課堂中筆者以一個(gè)學(xué)生比較熟悉的“豬豬俠”形象，讓學(xué)生創(chuàng)編一個(gè)簡單的動(dòng)畫小故事。學(xué)生通過規(guī)劃、腳本、角色、場景等設(shè)計(jì)，并對故事的順序進(jìn)行事件的觸發(fā)，學(xué)習(xí)了算法、序列、并行，同時(shí)也學(xué)會(huì)了概括、抽象、評估等計(jì)算思維的運(yùn)用。

總之，計(jì)算思維的培育還有很多策略和方法有待研究、開發(fā)，如基于教學(xué)方法策略的計(jì)算思維培育有主題項(xiàng)目式教學(xué)，基于教學(xué)目標(biāo)融入策略有計(jì)算思維能力培育的情感目標(biāo)等；此外，在跨學(xué)科融合上的計(jì)算思維培育也是今后可以進(jìn)一步研究的方向。