在體悟中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的實(shí)踐

胡曉軍

計(jì)算思維是指個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決實(shí)施方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維教育，是屬于思維教育，而不是知識(shí)教育。[1]對(duì)一線教師來說，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的演示、講授等教學(xué)方法，在信息技術(shù)課中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，將課程標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)意圖落地，成了一個(gè)有挑戰(zhàn)性的新話題。

體悟教學(xué)法

體悟教學(xué)法目前主要應(yīng)用在語文教學(xué)領(lǐng)域，該方法認(rèn)為：“體”是體驗(yàn)、體察、體會(huì)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的親歷性和過程性;“悟”是領(lǐng)悟、感悟，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)要產(chǎn)生個(gè)人意義;“體”是方法和過程，“悟”是結(jié)果和目的，以“體”而得“悟”。[2]

體悟教學(xué)，教師需通過一定的教學(xué)策略和方法，組織引導(dǎo)學(xué)生把已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)前的學(xué)習(xí)內(nèi)容相結(jié)合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中有所體驗(yàn)、有所領(lǐng)悟，獲得個(gè)體化的學(xué)習(xí)意義。在體悟教學(xué)中，教師不再提供現(xiàn)成的知識(shí)和方法，而是提供合適的學(xué)習(xí)環(huán)境，提供機(jī)會(huì)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，讓他們親身感受，有所領(lǐng)悟。所以，體悟教學(xué)既是一種教學(xué)思想、教學(xué)精神，也是一種教學(xué)方式。

指向計(jì)算思維培養(yǎng)的體悟教學(xué)，就是要學(xué)生親歷人類使用計(jì)算機(jī)去發(fā)現(xiàn)世界、認(rèn)識(shí)世界、改造世界的過程。學(xué)生能夠用自己的話語去表達(dá)信息技術(shù)的基本概念和方法。學(xué)生在信息技術(shù)課程里，去體驗(yàn)過程、習(xí)得知識(shí)、獲得感悟、形成經(jīng)驗(yàn)、生長智慧。其方法主要有“活動(dòng)體悟”和“研習(xí)思悟”兩種。

“活動(dòng)體悟”，在真實(shí)情境問題的解決中培養(yǎng)

培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，就應(yīng)當(dāng)在形成問題解決實(shí)施方案，并身體力行的實(shí)踐中。在“活動(dòng)體悟”中培養(yǎng)計(jì)算思維，就是要在真實(shí)的情景中，通過豐富的技術(shù)實(shí)踐活動(dòng)，如設(shè)計(jì)、操作，親歷應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決真實(shí)問題的過程，一般由觀察、預(yù)設(shè)、實(shí)踐、反思等4個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)組成。

1.學(xué)會(huì)觀察，發(fā)現(xiàn)真實(shí)世界的真實(shí)問題

具備計(jì)算思維的學(xué)生，能夠采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立模型。在“活動(dòng)體悟”中，需要組織學(xué)生觀察生活，尋找真實(shí)的問題，在明確問題之后，將其轉(zhuǎn)化成可以使用計(jì)算機(jī)手段解決的概念模型。

例如，有一組學(xué)生在醞釀項(xiàng)目的時(shí)候遇到了一個(gè)情況，有一次打的，下車開門時(shí)，有一輛電動(dòng)車幾乎擦著車門過去了，嚇了一大跳。這個(gè)經(jīng)歷給他們留下了很深的印象，于是決定研發(fā)“智能車門預(yù)警避險(xiǎn)系統(tǒng)”的項(xiàng)目。該組在明確問題之后，提煉出兩個(gè)技術(shù)要點(diǎn)：車內(nèi)人員未注意到后方接近的非機(jī)動(dòng)車，貿(mào)然開門;開門時(shí)非機(jī)動(dòng)車速度快，距離近，來不及剎車，并據(jù)此建立了問題模型。

2.學(xué)會(huì)預(yù)設(shè)，能編制用計(jì)算機(jī)解決的方案

具備計(jì)算思維的學(xué)生，能夠應(yīng)用合理的算法形成解決問題的方案。在“活動(dòng)體悟”實(shí)踐之初，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生編制解決問題的技術(shù)方案，學(xué)生能夠預(yù)設(shè)問題的解決過程，這是工程思維的一種體現(xiàn)，也是計(jì)算思維固化的一個(gè)表現(xiàn)。

同樣是該組學(xué)生，他們?cè)O(shè)計(jì)的解決方案是：當(dāng)且僅當(dāng)非機(jī)動(dòng)車離車尾的距離小于等于15m，且速度大于等于8m/s時(shí)，評(píng)判為危險(xiǎn)，將系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)為“危險(xiǎn)”，系統(tǒng)發(fā)警示信號(hào)、鎖止車門并延時(shí)4秒。若在這4秒內(nèi)再無危險(xiǎn)源出現(xiàn)，則“危險(xiǎn)”狀態(tài)解除;若在此4秒內(nèi)又發(fā)現(xiàn)新危險(xiǎn)源，則使用延時(shí)滾動(dòng)系統(tǒng)將“危險(xiǎn)”狀態(tài)解除時(shí)間不斷延遲，直至最后一個(gè)危險(xiǎn)源過后4秒解除，以保證旁邊有車隊(duì)經(jīng)過時(shí)人員的安全。

3.學(xué)會(huì)實(shí)踐，能應(yīng)用技術(shù)語言解決問題

信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，核心素養(yǎng)水平劃分對(duì)“計(jì)算思維”水平2的描述中認(rèn)為，學(xué)生應(yīng)能：利用適當(dāng)?shù)拈_發(fā)平臺(tái)整合各模塊功能，實(shí)現(xiàn)整體解決方案。在“活動(dòng)體悟”中，學(xué)生要能夠合理使用包括程序設(shè)計(jì)、3D設(shè)計(jì)、電烙鐵、電子示波器、激光雕刻機(jī)等在內(nèi)的一系列技術(shù)工具制作完成一件符合預(yù)設(shè)的物化作品。

上例中的學(xué)生，他們選用物聯(lián)網(wǎng)傳感器、倒車?yán)走_(dá)、顯示屏、汽車模型、車鎖裝置等設(shè)備，使用C語言等工具，歷時(shí)2個(gè)多月的設(shè)計(jì)與制作，最終完成了產(chǎn)品的研制，并在江蘇省普通高中綜合實(shí)踐活動(dòng)課程綱要培訓(xùn)活動(dòng)中向500多名教師介紹研究過程。

4.學(xué)會(huì)反思，能用合理的方法梳理學(xué)習(xí)歷程

具備計(jì)算思維的學(xué)生，能夠總結(jié)計(jì)算機(jī)解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關(guān)的其他問題解決中?！盎顒?dòng)體悟”的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，教師要指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)歷程，一般用論文、PPT、視頻等為載體，以創(chuàng)客路演、班級(jí)匯報(bào)、學(xué)校展示等為形式，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)、凝練成果與收獲，在此過程中內(nèi)化計(jì)算思維，成為可以帶得走的思想方法。

“活動(dòng)體悟”的載體是項(xiàng)目學(xué)習(xí)，這是一種有效促進(jìn)學(xué)生能力發(fā)展的教學(xué)方法，也是一種適合計(jì)算思維教育的教學(xué)方法。以項(xiàng)目為導(dǎo)向，在真實(shí)的問題情境中，學(xué)生自主地解決實(shí)際問題，可以極大地觸發(fā)學(xué)生思維的意愿，積極思考，克服困難，解決問題，從而發(fā)展思維。

“研習(xí)思悟”，在深度的研究思考與分享對(duì)話中培養(yǎng)

如果在信息技術(shù)課程中單一地使用項(xiàng)目教學(xué)的方法而不采用其他的方法，容易忽視知識(shí)的學(xué)習(xí)，往往會(huì)限制學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

計(jì)算思維的形成，必需要有系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)學(xué)科知識(shí)，此時(shí)就可以采用“研習(xí)思悟”的方式，在深度的研究思考與分享對(duì)話中培養(yǎng)計(jì)算思維?！把辛?xí)思悟”是指學(xué)習(xí)者經(jīng)由對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)的閱讀、討論和實(shí)踐而獲取信息，通過思悟而理解概念、學(xué)會(huì)操作，并在表達(dá)、呈現(xiàn)、分享、交流中提升的學(xué)習(xí)過程，一般由提出問題、研讀操作、分享對(duì)話、總結(jié)歸納等4個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)組成。

1.提出問題，緊扣學(xué)科的核心概念

信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中提出了包含數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)、信息社會(huì)的信息技術(shù)學(xué)科大概念，這是學(xué)科核心內(nèi)容和教學(xué)核心任務(wù)，反映學(xué)科本質(zhì)，是能將學(xué)科關(guān)鍵思想和相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系起來的關(guān)鍵的、特殊的概念。在這些大概念下精選部分與計(jì)算思維有關(guān)的關(guān)鍵問題拋給學(xué)生，供學(xué)生研究思考。

例如：在學(xué)習(xí)到馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的時(shí)候，教師提出問題：“以小組為單位，探究學(xué)習(xí)，能用自己的話介紹馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的概念，并以此舉例分析身邊的信息系統(tǒng)”。然后由學(xué)生研究思考，完成課堂任務(wù)。

2.研讀理解，開展自主的學(xué)習(xí)

為了激發(fā)學(xué)生開放、合作、協(xié)商和注重證據(jù)的行動(dòng)意識(shí)，要鼓勵(lì)學(xué)生自主研讀理解，產(chǎn)生屬于個(gè)人的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，并在學(xué)習(xí)成果的表達(dá)過程中注重版權(quán)意識(shí)，講求學(xué)術(shù)規(guī)范，強(qiáng)調(diào)引文有出處。

例如：教師可以組織學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)檢索“馮·諾依曼結(jié)構(gòu)”相關(guān)的資料，撰寫成文或制成演示文檔，用自己的話去分析計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，表達(dá)對(duì)該概念的理解，注重引文的規(guī)范。

3.分享對(duì)話，計(jì)算思維在對(duì)話中敞亮

計(jì)算思維難以在接受式學(xué)習(xí)中培養(yǎng)，它需要在生生之間和師生之間分享、交流、對(duì)話、碰撞中漸漸清晰，內(nèi)化為思考問題的習(xí)慣和解決問題的方法。

上例中，以“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成”為主題，以小組或班級(jí)為單位進(jìn)行交流、研討。讓學(xué)生把研究的內(nèi)容、思考的結(jié)果說出來，同學(xué)之間、師生之間可以互相提問。

4.總結(jié)歸納，繪成計(jì)算思維的概念圖

學(xué)生經(jīng)過研讀、分享而逐漸培養(yǎng)的計(jì)算思維，其概念未必周嚴(yán)，結(jié)構(gòu)未必嚴(yán)密，這時(shí)候需要教師的及時(shí)介入，能夠帶領(lǐng)學(xué)生結(jié)合前面的環(huán)節(jié)，一起繪制知識(shí)概念圖，幫助形成更加清晰的思維脈絡(luò)。例如，關(guān)于馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，就需要和學(xué)生一起繪制思維圖，鞏固計(jì)算思維，讓學(xué)生明白計(jì)算機(jī)是如何將真實(shí)問題的處理分成5個(gè)板塊，板塊之間是如何有機(jī)協(xié)作的。

“研習(xí)思維”的載體是知識(shí)學(xué)習(xí)，信息技術(shù)課程倡導(dǎo)項(xiàng)目學(xué)習(xí)，也需要多樣化的學(xué)習(xí)方式來補(bǔ)充，共同構(gòu)成信息技術(shù)的課堂教學(xué)樣態(tài)。

計(jì)算思維是對(duì)人類長期以來思考問題方法的凝練，其歷史也很久遠(yuǎn)，不是什么新鮮事物。培養(yǎng)計(jì)算思維，要循序漸進(jìn)，在日常的信息技術(shù)課堂上讓學(xué)生在體驗(yàn)中慢慢的“悟”出來。體悟教學(xué)是培養(yǎng)計(jì)算思維的方法之一，此外，還有更多的方法也可以實(shí)現(xiàn)，需要我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中因地制宜，合理選用。

注：本文系江蘇省教育科學(xué)規(guī)劃“十三五”青年專項(xiàng)課題“發(fā)展創(chuàng)造力的高中信息技術(shù)課程校本化實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：C-c/2018/02/65）階段性成果