運(yùn)用思維可視化工具培養(yǎng)計(jì)算思維的研究
——以三年級(jí)“畫(huà)圖”課程為例

江蘇蘇州高新區(qū)秦馀小學(xué)校 張曉雯

2016年9月13日上午， 中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)總體框架應(yīng)運(yùn)而生。 隨后在此基礎(chǔ)上，各學(xué)科也開(kāi)始探索自己的學(xué)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(xué)科核心素養(yǎng)包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)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(shí)踐性、發(fā)展性。 本論文著重論述如何在畫(huà)圖課程中培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維，提升小學(xué)生解決問(wèn)題能力。

一、培養(yǎng)計(jì)算思維需從基礎(chǔ)開(kāi)始

（一）計(jì)算思維培養(yǎng)的是什么

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類(lèi)行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。

《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(jì)算思維是信息學(xué)科核心素養(yǎng)之一，運(yùn)用計(jì)算思維能識(shí)別與分析問(wèn)題，抽象、建模與設(shè)計(jì)系統(tǒng)性解決方案， 是解決問(wèn)題的重要思維能力。 處于小學(xué)階段計(jì)算思維培養(yǎng)的是學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、提出假設(shè)、檢驗(yàn)假設(shè)的能力，也就是學(xué)會(huì)問(wèn)題解決。

（二）計(jì)算思維也需要從基礎(chǔ)開(kāi)始培養(yǎng)

很多教師會(huì)覺(jué)得程序設(shè)計(jì)模塊的課程中更能培養(yǎng)計(jì)算思維，筆者也認(rèn)同，但是任何一種思維的訓(xùn)練都需貫穿始終，潛移默化。 再者，程序設(shè)計(jì)模塊只占整個(gè)小學(xué)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(jì)算思維的起點(diǎn)，不僅培養(yǎng)計(jì)算思維的時(shí)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(gè)小學(xué)信息技術(shù)課程基礎(chǔ)模塊占比很大，而“畫(huà)圖”作為小學(xué)生學(xué)習(xí)的第一款應(yīng)用軟件，其基礎(chǔ)性、工具性、實(shí)踐性不言而喻，所以筆者以此為研究?jī)?nèi)容。

表1

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

二、小學(xué)生思維特點(diǎn)

心理學(xué)家皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律（感知運(yùn)算階段、前運(yùn)算階段、具體運(yùn)算階段、形式運(yùn)算階段）表明小學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展正處在由“前運(yùn)算階段（2～7歲）”進(jìn)入到“具體運(yùn)算階段（7～11歲）”的過(guò)程中。 在這個(gè)過(guò)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(wèn)題；兒童仍需要從具體事物中獲得邏輯思維。

本研究對(duì)象是小學(xué)三年級(jí)兒童，處于具體運(yùn)算階段，在解決兩類(lèi)范疇相結(jié)合的復(fù)合群集的分類(lèi)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(jìn)行分類(lèi)，但仍需要借助具體事物進(jìn)行思考。這表明兒童需要借助直觀工具，將復(fù)雜的問(wèn)題分解，一步一步解決問(wèn)題，也就是要將解決問(wèn)題的思維過(guò)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(duì)原本不可見(jiàn)的思維路徑、方式、 規(guī)律運(yùn)用圖示或圖示組合的方式呈現(xiàn)出來(lái)，以期實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)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(guò)程。

實(shí)現(xiàn)思維可視化的工具多種多樣，思維導(dǎo)圖是應(yīng)用最廣泛的。 思維導(dǎo)圖是由英國(guó)心理學(xué)家托尼巴贊提出的，最初是學(xué)生用來(lái)做筆記的，幫助學(xué)生在記憶過(guò)程中構(gòu)建可視化的思考框架， 提高學(xué)習(xí)效率。

（二）思維導(dǎo)圖特點(diǎn)

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

（1）關(guān)注焦點(diǎn)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(xiě)在線條上的關(guān)鍵詞、圖像構(gòu)成，二級(jí)主題或相對(duì)次要的主題附在較高層次的分支上呈現(xiàn)出來(lái)；

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

考慮到三年級(jí)兒童對(duì)應(yīng)用軟件的不熟練，筆者以手繪形式構(gòu)建思維導(dǎo)圖。

四、基于“畫(huà)圖”提高學(xué)生解決問(wèn)題的實(shí)踐研究

(一)初步嘗試，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

“畫(huà)圖” 是小學(xué)生學(xué)習(xí)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(kāi)始就吸引著學(xué)生們，教學(xué)“畫(huà)圖”課程需要利用好學(xué)生的好奇心， 保護(hù)好他們的求知欲，以及揣摩他們蠢蠢欲動(dòng)的心理，適當(dāng)引導(dǎo)后，給予學(xué)生初步嘗試的機(jī)會(huì)，在過(guò)程中自然而然地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

例如，學(xué)習(xí)“畫(huà)方形和圓形”一課，出示房子圖片（圖1），簡(jiǎn)單分析房子的構(gòu)成（是由哪些圖形組成的？ ），學(xué)生的小手已經(jīng)按捺不住地挪動(dòng)鼠標(biāo)了，此時(shí)讓他們畫(huà)房子，一下就抓住了他們立刻想畫(huà)圖的心理，使課堂氣氛變得積極向上。 在繪制過(guò)程中，他們會(huì)遇到使用錯(cuò)誤圖形、空間布局、比例大小等問(wèn)題，教師不用急于糾正，出示例圖后，讓學(xué)生自己比較，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合繪圖過(guò)程中遇到的問(wèn)題，立馬就能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

圖1

(二)巧用導(dǎo)圖，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題

出現(xiàn)了問(wèn)題，自然就得解決問(wèn)題，通常教師會(huì)利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、探究學(xué)習(xí)法、合作學(xué)習(xí)等方式解決這些問(wèn)題，這些方法在以往實(shí)踐過(guò)程中都獲得了很好的效果。 但筆者認(rèn)為這些方法放在獨(dú)立的一堂課中是完全沒(méi)有問(wèn)題的，絕大部分學(xué)生能當(dāng)堂解決問(wèn)題，但是放在整個(gè)課程體系中，就顯得有些孤立了，學(xué)生分析問(wèn)題的方式每堂課都不同，并不利于培養(yǎng)計(jì)算思維。 如果制訂出某個(gè)基于此類(lèi)知識(shí)的框架，學(xué)生利用這種框架去分析問(wèn)題，那么思維也就能形成一個(gè)體系了。 思維導(dǎo)圖就是這樣的框架。

上述例子中，學(xué)生面對(duì)各種各樣的問(wèn)題，不知從何下手，教師可以為其分門(mén)別類(lèi)，這些類(lèi)別涵蓋整個(gè)模塊。 將“畫(huà)圖”模塊的問(wèn)題分為：①圖形類(lèi)別問(wèn)題；②空間布局大小比例；③繪圖順序。 以“畫(huà)方形和圓形”為例，繪制出思維導(dǎo)圖框架（圖2）：

圖2

(三)再用導(dǎo)圖，幫助學(xué)生提出假設(shè)

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

初步嘗試時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生繪圖沒(méi)有一定順序，不會(huì)先分析整個(gè)圖形的結(jié)構(gòu)，都是隨意選擇形狀后，立馬畫(huà)，導(dǎo)致圖形松散、歪斜。 例如，有學(xué)生先畫(huà)了煙，再畫(huà)了墻壁及門(mén)窗，中間留給屋頂和煙囪的空間所剩無(wú)幾，最后的成品也就不太美觀了。 故筆者在教學(xué)時(shí)，出示幾幅組合圖形（如圖3和4）的繪圖順利，引導(dǎo)學(xué)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)。

圖3

繪圖順序：

圖4

(四)大膽實(shí)踐，檢驗(yàn)學(xué)生所提假設(shè)

有了繪制順序的假設(shè)，學(xué)生就可以按照步驟繪圖了，在此過(guò)程中學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)提出的假設(shè)存在一定問(wèn)題，那么重新分析問(wèn)題，再次修正思維導(dǎo)圖，然后再進(jìn)行繪圖，不斷檢驗(yàn)假設(shè)，完善導(dǎo)圖。

在用思維導(dǎo)圖分析和提出繪圖假設(shè)的過(guò)程中，教師將逐步放手，從搭建思維導(dǎo)圖框架、設(shè)置關(guān)鍵詞到引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)繪圖一般順序，再到學(xué)生能自主完成思維導(dǎo)圖。 整個(gè)學(xué)期18堂課，學(xué)生漸漸形成了基于畫(huà)圖的問(wèn)題解決策略，形成這個(gè)階段的信息技術(shù)計(jì)算思維。

五、研究總結(jié)

本研究利用思維導(dǎo)圖培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，最終效果比較滿意，達(dá)到以下幾點(diǎn)：

1.學(xué)生思維外顯，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在；

2.學(xué)生掌握方法后，課堂效率不斷提高；

3.為后續(xù)階段提升計(jì)算思維奠定基礎(chǔ)。

研究還有不足， 研究范圍是畫(huà)圖課程中繪制“組合圖形”的教學(xué)，對(duì)于畫(huà)圖課程中基本知識(shí)點(diǎn)教學(xué)沒(méi)有使用思維導(dǎo)圖，在今后教學(xué)中將擴(kuò)大思維導(dǎo)圖研究范圍，不斷發(fā)掘可培養(yǎng)計(jì)算思維的方法。