運用思維可視化工具培養(yǎng)計算思維的研究

張曉雯

【摘要】本文是基于信息技術(shù)三年級“畫圖”課程，利用思維導圖培養(yǎng)小學生計算思維的實踐研究。設(shè)計繪制組合圖形的思維導圖，將其融入解決問題的四個方面（發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出假設(shè)、檢驗假設(shè)），培養(yǎng)小學生計算思維。

【關(guān)鍵詞】計算思維? 信息技術(shù)? 畫圖

2016年9月13日上午，中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)總體框架應(yīng)運而生。隨后在此基礎(chǔ)上，各學科也開始探索自己的學科核心素養(yǎng)。2018年江蘇省教育廳印發(fā)了《江蘇省義務(wù)教育信息技術(shù)課程綱要（2017年修訂）》，綱要中提到“義務(wù)教育信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)包括信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任等方面”，要養(yǎng)成這些核心素養(yǎng)需要從信息技術(shù)課程性質(zhì)上把握，也就是基礎(chǔ)性、工具性、實踐性、發(fā)展性。本論文著重論述如何在畫圖課程中培養(yǎng)小學生計算思維，提升小學生解決問題能力。

一、培養(yǎng)計算思維需從基礎(chǔ)開始

（一）計算思維培養(yǎng)的是什么

計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。

《江蘇省義務(wù)教育信息技術(shù)課程綱要（2017年修訂）》中提出了計算思維是信息學科核心素養(yǎng)之一，運用計算思維能識別與分析問題，抽象、建模與設(shè)計系統(tǒng)性解決方案，是解決問題的重要思維能力。處于小學階段計算思維培養(yǎng)的是學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出假設(shè)、檢驗假設(shè)的能力，也就是學會問題解決。

（二）計算思維也需要從基礎(chǔ)開始培養(yǎng)

很多教師會覺得程序設(shè)計模塊的課程中更能培養(yǎng)計算思維，筆者也認同，但是任何一種思維的訓練都需貫穿始終，潛移默化。再者，程序設(shè)計模塊只占整個小學信息技術(shù)課程的八分之一（如表1），若研究以此為培養(yǎng)計算思維的起點，不僅培養(yǎng)計算思維的時間較短，還存在斷層，效果也許并不理想。

從表1中可以發(fā)現(xiàn)整個小學信息技術(shù)課程基礎(chǔ)模塊占比很大，而“畫圖”作為小學生學習的第一款應(yīng)用軟件，其基礎(chǔ)性、工具性、實踐性不言而喻，所以筆者以此為研究內(nèi)容。

如何有效培養(yǎng)小學生計算思維？通過什么手段或者工具培養(yǎng)？首先需要了解小學階段兒童的思維特點。

二、小學生思維特點

心理學家皮亞杰的認知發(fā)展規(guī)律（感知運算階段、前運算階段、具體運算階段、形式運算階段）表明小學生的認知發(fā)展正處在由“前運算階段（2～7歲）”進入到“具體運算階段（7～11歲）”的過程中。在這個過程中思維不可逆性轉(zhuǎn)變?yōu)樗季S可逆;思維逐漸去集中化，能從事物的整體和部分出發(fā)看待問題;兒童仍需要從具體事物中獲得邏輯思維。

本研究對象是小學三年級兒童，處于具體運算階段，在解決兩類范疇相結(jié)合的復(fù)合群集的分類任務(wù)上，能夠根據(jù)物體各種特性結(jié)合的復(fù)雜規(guī)則進行分類，但仍需要借助具體事物進行思考。這表明兒童需要借助直觀工具，將復(fù)雜的問題分解，一步一步解決問題，也就是要將解決問題的思維過程可視化。

三、思維可視化

（一）思維可視化概念及工具

思維可視化是指對原本不可見的思維路徑、方式、規(guī)律運用圖示或圖示組合的方式呈現(xiàn)出來，以期實現(xiàn)增強記憶及加深理解的效果，其本質(zhì)就是將隱形思維顯性化的過程。

實現(xiàn)思維可視化的工具多種多樣，思維導圖是應(yīng)用最廣泛的。思維導圖是由英國心理學家托尼巴贊提出的，最初是學生用來做筆記的，幫助學生在記憶過程中構(gòu)建可視化的思考框架，提高學習效率。

（二）思維導圖特點

思維導圖主要由四部分組成：關(guān)鍵詞、分支、顏色、圖畫。其特點概括起來為以下四點：

（1）關(guān)注焦點集中在中央圖像上;

（2）以關(guān)鍵詞為分支向四周發(fā)散;

（3）分支由線條和寫在線條上的關(guān)鍵詞、圖像構(gòu)成，二級主題或相對次要的主題附在較高層次的分支上呈現(xiàn)出來;

（4）各分支相互關(guān)聯(lián)，構(gòu)成互相連接的節(jié)點。

考慮到三年級兒童對應(yīng)用軟件的不熟練，筆者以手繪形式構(gòu)建思維導圖。

四、基于“畫圖”提高學生解決問題的實踐研究

（一）初步嘗試，引導學生發(fā)現(xiàn)問題

“畫圖”是小學生學習信息技術(shù)課程遇到的第一款軟件，其有著斑斕的色彩、豐富的圖形、各式工具……一開始就吸引著學生們，教學“畫圖”課程需要利用好學生的好奇心，保護好他們的求知欲，以及揣摩他們蠢蠢欲動的心理，適當引導后，給予學生初步嘗試的機會，在過程中自然而然地發(fā)現(xiàn)問題。

例如，學習“畫方形和圓形”一課，出示房子圖片（圖1），簡單分析房子的構(gòu)成（是由哪些圖形組成的？），學生的小手已經(jīng)按捺不住地挪動鼠標了，此時讓他們畫房子，一下就抓住了他們立刻想畫圖的心理，使課堂氣氛變得積極向上。在繪制過程中，他們會遇到使用錯誤圖形、空間布局、比例大小等問題，教師不用急于糾正，出示例圖后，讓學生自己比較，引導學生結(jié)合繪圖過程中遇到的問題，立馬就能發(fā)現(xiàn)問題。

（二）巧用導圖，培養(yǎng)學生分析問題

出現(xiàn)了問題，自然就得解決問題，通常教師會利用任務(wù)驅(qū)動法、探究學習法、合作學習等方式解決這些問題，這些方法在以往實踐過程中都獲得了很好的效果。但筆者認為這些方法放在獨立的一堂課中是完全沒有問題的，絕大部分學生能當堂解決問題，但是放在整個課程體系中，就顯得有些孤立了，學生分析問題的方式每堂課都不同，并不利于培養(yǎng)計算思維。如果制訂出某個基于此類知識的框架，學生利用這種框架去分析問題，那么思維也就能形成一個體系了。思維導圖就是這樣的框架。

上述例子中，學生面對各種各樣的問題，不知從何下手，教師可以為其分門別類，這些類別涵蓋整個模塊。將“畫圖”模塊的問題分為：①圖形類別問題;②空間布局大小比例;③繪圖順序。以“畫方形和圓形”為例，繪制出思維導圖框架（圖2）：

（三）再用導圖，幫助學生提出假設(shè)

在思維導圖的引領(lǐng)下，學生就會順著此框架分析問題。有了這三方面的思考，在完成組合圖形時，學生就能比較容易著手繪圖。特別是“繪制順序”，學生以此為據(jù)，提出繪畫圖形的順序，方能掌握電腦繪畫的一般步驟，并為之后的電腦繪圖打下基礎(chǔ)。

初步嘗試時，筆者發(fā)現(xiàn)，學生繪圖沒有一定順序，不會先分析整個圖形的結(jié)構(gòu)，都是隨意選擇形狀后，立馬畫，導致圖形松散、歪斜。例如，有學生先畫了煙，再畫了墻壁及門窗，中間留給屋頂和煙囪的空間所剩無幾，最后的成品也就不太美觀了。故筆者在教學時，出示幾幅組合圖形（如圖3和4）的繪圖順利，引導學生總結(jié)出從“整體到局部，由大到小”的一般繪圖順序，幫助他們提出繪圖順序的假設(shè)。

繪圖順序：

（四）大膽實踐，檢驗學生所提假設(shè)

有了繪制順序的假設(shè)，學生就可以按照步驟繪圖了，在此過程中學生會發(fā)現(xiàn)提出的假設(shè)存在一定問題，那么重新分析問題，再次修正思維導圖，然后再進行繪圖，不斷檢驗假設(shè)，完善導圖。

在用思維導圖分析和提出繪圖假設(shè)的過程中，教師將逐步放手，從搭建思維導圖框架、設(shè)置關(guān)鍵詞到引導學生總結(jié)繪圖一般順序，再到學生能自主完成思維導圖。整個學期18堂課，學生漸漸形成了基于畫圖的問題解決策略，形成這個階段的信息技術(shù)計算思維。

五、研究總結(jié)

本研究利用思維導圖培養(yǎng)學生計算思維，最終效果比較滿意，達到以下幾點：

1.學生思維外顯，及時發(fā)現(xiàn)問題所在;

2.學生掌握方法后，課堂效率不斷提高;

3.為后續(xù)階段提升計算思維奠定基礎(chǔ)。

研究還有不足，研究范圍是畫圖課程中繪制“組合圖形”的教學，對于畫圖課程中基本知識點教學沒有使用思維導圖，在今后教學中將擴大思維導圖研究范圍，不斷發(fā)掘可培養(yǎng)計算思維的方法。