在問題情境中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的方法探究

摘 要：計算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分之一，在中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)中的重要性和必要性，越來越多地受到關(guān)注。如何在信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維呢？文章從實際課堂教學(xué)入手，淺析在課堂教學(xué)中以問題情境來培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，提高學(xué)生信息素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：問題情境;計算思維;信息素養(yǎng)

一、 引言

首先，計算思維是每個人在日常生活中都可以運用的一種思考方式，人們每天都在用它解決生活中遇到的一些問題，如出行時的路線規(guī)劃、理財時的投資選擇、科學(xué)研究的分析、天氣預(yù)報的預(yù)測，學(xué)生對一道題目的求解等，它越來越多地受到人們的關(guān)注;其次，計算思維作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分之一，在信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)中也顯示出它的重要性和必要性。但如何在信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維呢？現(xiàn)以常態(tài)教學(xué)中的一課《程序的循環(huán)》為例，淺談在信息技術(shù)教學(xué)中以“問題情境”來培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

二、 計算思維與問題情境

計算思維是指個體運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。

初中信息技術(shù)教學(xué)中，可以說計算思維無處不在。一線教師將學(xué)生無意識的計算思維變成有意識的計算思維，讓學(xué)生主動地利用計算思維去分析問題、解決問題，并融入其他學(xué)科的學(xué)習(xí)，這既是一個挑戰(zhàn)，也是一個際遇。因此，筆者嘗試用“問題情境”來設(shè)計課堂教學(xué)，通過“問題情境”的創(chuàng)設(shè)、分析、解決來培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

這里的“問題情境”是一種具有特殊意義的教學(xué)環(huán)境。一種意義上是指將課堂教學(xué)任務(wù)設(shè)計成看得見、摸得著的教學(xué)背景，如制作電子動畫賀卡、制作宣傳公益活動的網(wǎng)頁、海報等，或是解決數(shù)學(xué)中的雞兔同籠問題、求1+2+3+4+……+100的和等問題情境。另一種意義是由問題情境激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與熱情，讓學(xué)生對學(xué)習(xí)有一種主觀愿望，并喚起學(xué)生對即將所學(xué)知識產(chǎn)生一種渴望與追求;這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)中始終以積極的情感去體驗，主動地投入學(xué)習(xí)中去，從而達(dá)成課堂學(xué)習(xí)目標(biāo)。學(xué)生在這樣的問題情境中，其信息素養(yǎng)、綜合素質(zhì)得到提升。

三、 信息技術(shù)課堂教學(xué)中實施計算思維的重要性

“授人以魚，不如授人以漁?！背踔行畔⒓夹g(shù)學(xué)科的教學(xué)中，除了讓學(xué)生掌握必要的知識與技能外，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生運用這些知識與技能去解決生活中、學(xué)習(xí)中各種問題的能力。而要做到這一點，就需要教師將學(xué)生無意識的計算思維匯聚起來，形成學(xué)生有意識的計算思維，讓學(xué)生逐漸地熟悉與慢慢地形成信息技術(shù)學(xué)科中的計算思維，拓展學(xué)生看待問題與思考問題的角度、方式和方法，讓學(xué)生擁有一種生活技能，從而提高學(xué)生的信息素養(yǎng)，使學(xué)生在今后這樣一個數(shù)據(jù)化、智能化的信息時代更好地生活與發(fā)展。

四、 問題現(xiàn)狀

筆者在課堂教學(xué)研究中遇到過這樣的情況，蘇科版《初中（8年級）信息技術(shù)》第4章算法與程序設(shè)計中的第5節(jié)程序中的循環(huán)，需要學(xué)生掌握兩種循環(huán)語句：條件循環(huán)語句與計數(shù)循環(huán)語句。在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容前筆者首先對學(xué)生的學(xué)情進(jìn)行了分析，學(xué)生在小學(xué)階段學(xué)習(xí)過Scratch編程，理解“反復(fù)執(zhí)行”與“反復(fù)執(zhí)行多少次”的控制模塊，但對VB編程環(huán)境下的“循環(huán)”“循環(huán)語句”沒有概念認(rèn)知，更不知教材中兩種循環(huán)語句適用于何種場合。

這樣的問題，無獨有偶，在其他章節(jié)學(xué)習(xí)中也遇到過。若教師還是繼續(xù)按照傳統(tǒng)的教學(xué)方式“講授—練習(xí)—鞏固”，學(xué)生是聽眾、是接受者的話，課堂氣氛呆滯，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足，體驗不到學(xué)習(xí)新知識的新鮮感，這樣的課堂教學(xué)效率可想而知，也談不上培養(yǎng)學(xué)生的計算思維與提高學(xué)生的信息素養(yǎng)了。

其次，教學(xué)中有時教師把關(guān)注點、側(cè)重點放在了學(xué)生對軟件的操作技能上，忽視了學(xué)生主體思考、分析、解決問題的過程與空間的釋放，忽視了學(xué)生的計算能力和創(chuàng)造能力。長久下來，學(xué)生的計算思維得不到有效開發(fā)。

最后，教師在教學(xué)設(shè)計時若理念依然陳舊，視野還只局限于書本、教參的話;教學(xué)目標(biāo)還只注重信息技術(shù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)的話;教學(xué)過程還依然是固定的，沒有師生互動、生生交流的話;這樣的氛圍是不利于學(xué)生計算思維的培養(yǎng)的，教師最終也給不了學(xué)生“一潭清水”。

鑒于信息技術(shù)課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的重要性與目前的問題現(xiàn)狀，筆者從課堂教學(xué)為抓手、從學(xué)生日常生活中的問題情境入手，通過提出問題、分析問題、運用計算機解決問題，并將過程與方法遷移到其他學(xué)科學(xué)習(xí)與實際生活的問題解決中去，從而培養(yǎng)學(xué)生的計算思維與提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。具體從以下幾個環(huán)節(jié)進(jìn)行展開探索與實踐。

五、 以具體問題情境來淺析培養(yǎng)學(xué)生計算思維

（一）從問題解決的角度創(chuàng)設(shè)情境

《程序的循環(huán)》在傳統(tǒng)的課堂中會以這樣的環(huán)節(jié)進(jìn)行：“情境導(dǎo)入——兩種循環(huán)語句的語法學(xué)習(xí)——程序運行結(jié)果的案例分析——圍繞問題編寫程序”，學(xué)生在接受知識、學(xué)完語法知識后，直接上手編寫程序，學(xué)生會茫然，更會猶豫不定：到底用哪種循環(huán)語句來實現(xiàn)呢？或者直接套用“Do While……Loop”或“FOR I=1 TO……Next”的循環(huán)語句，對需要解決的問題沒有思考、分析，頭腦中也沒有一個對問題界定的概念及解決問題的過程與方法，由此也無法建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，從而解決不了更高層次的問題。

課堂教學(xué)設(shè)計應(yīng)從問題解決的角度創(chuàng)設(shè)情境，按照“具體——抽象——具體”的設(shè)計思路，由貼近學(xué)生生活的現(xiàn)實小問題出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析，找出規(guī)律，并在教師的幫助下界定問題，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在本課的情境導(dǎo)入中，筆者以這樣的問題情境展開的。

問題：生活中，小明每天有向儲蓄罐中存錢的習(xí)慣，第一天存1元，第二天存2元，第三天存3元……當(dāng)存了n天后，他想：“100天后，我的儲蓄罐中有多少錢了呢？我什么時候能夠存到1000元呢？”

問題提出后，學(xué)生聯(lián)系自己的生活實例與已有的知識體系，迫切地想利用剛剛學(xué)習(xí)到的計算機程序來解決此問題，可前面學(xué)習(xí)到的判斷結(jié)構(gòu)似乎幫不上忙。這時，教師追問：“再仔細(xì)讀一讀問題，想一想小明每天都在做什么事情？”——“每天都向儲蓄罐中存錢！”學(xué)生異口同聲地回答。每天都在做同樣的事情：存錢，對每天重復(fù)做的事情，在計算機程序中可以用循環(huán)來實現(xiàn)，從而界定問題概念——程序的循環(huán)。此刻，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，又鍛煉學(xué)生的思考能力，計算思維也由此展開，而本課的學(xué)習(xí)驅(qū)動力也被熊熊燃起。

（二）以階梯化問題來分析信息資源

階梯化問題是將一個大問題、大信息資源根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，分割成相互關(guān)聯(lián)的小問題，問題之間由淺入深，具有層次性和系統(tǒng)性。學(xué)生在思考、分析與解決這些問題的過程中，教師要給學(xué)生充分的時間和空間，讓學(xué)生人人參與;更者教師要有思維地訓(xùn)練學(xué)生，幫助學(xué)生層層推進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生親身經(jīng)歷用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思考方法解決問題的過程，幫助學(xué)生建構(gòu)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，從而使學(xué)生慢慢地形成計算思維。

如，對提出的向儲蓄罐存錢的問題，以這樣的階梯化問題展開，進(jìn)行大問題的分析，從而建構(gòu)出數(shù)據(jù)模型。

假設(shè)：天數(shù)用變量d表示;儲蓄罐中的錢用變量m表示，起初儲蓄罐中沒有錢，則m為0。

開始存錢了，第一天，往儲蓄罐中放1元，即0+1→m;第二天，往儲蓄罐中放2元，即1+2→m;第三天，往儲蓄罐中放3元，即3+3→m;第四天，往儲蓄罐放中4元，即6+4→m;……

找出規(guī)律，天數(shù)的變化猶如過日子，每天增加，可以用“d+1→d”表示;而存錢的操作是罐中已有的加上今天存的錢，用“m+d→m”表示。其中，“d+1→d”“m+d→m”就是分析、推導(dǎo)得出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型。

（三）運用合理的算法形成解決問題的方案

通過階梯化小問題的一一分析后，教師與學(xué)生一起建構(gòu)了問題解決的數(shù)據(jù)模型，接著就需要設(shè)計與運用合理的算法來解決問題，編寫程序了。算法是程序設(shè)計的“靈魂”，算法也是解決問題的方法和步驟。這時根據(jù)提出的問題“什么時候能夠存到1000元呢？100天后儲蓄罐中有多少錢了呢？”分析出來的數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行算法的設(shè)計，用具體的流程圖來表示，讓學(xué)生清晰地知道解決此問題的算法。

算法確定后，就是編制程序了。算法中的重復(fù)執(zhí)行，在程序中就要用到循環(huán)語句，以此展開循環(huán)語句的學(xué)習(xí)及兩種循環(huán)語句的語法學(xué)習(xí)?！癉o While……”是條件循環(huán)語句，一般用于循環(huán)次數(shù)事先難以確定的場合，如：“什么時候能夠存到1000元？”而“For……Next”是計數(shù)循環(huán)語句，多用于在執(zhí)行循環(huán)之前能確定循環(huán)次數(shù)的場合，如“100天后儲蓄罐中有多少錢了？”

循環(huán)語句確定后，運用分析得出的數(shù)據(jù)模型、算法進(jìn)行解決問題方案的描述，寫出程序段來。

如問題：什么時候能夠存到1000元呢？

Let d=0：Let m=0

Do While m<1000

d=d+1

m=m+d

Loop

Print“需要”;d;“天能存到1000元！”

問題：100天后儲蓄罐中有多少錢了？

Let m=0

For d=1 to 100 step 1

m=m+d

Next d

Print“存100天后儲蓄罐中有：”;m;“元錢！”

程序段寫出后，學(xué)生進(jìn)行程序的編譯與調(diào)試，并自主嘗試修改循環(huán)條件，來看看一年后自己存了多少錢？這時教師再與學(xué)生一起回顧小學(xué)數(shù)學(xué)中“棋盤上的糧食”的故事，學(xué)生的思維立刻散發(fā)出來、活躍出來，并試著用計算機程序來編寫代碼解決曾經(jīng)疑惑的問題。在這里，教師通過問題情境進(jìn)行循環(huán)語句的具體使用，不僅增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還活躍了學(xué)生的思維，也對學(xué)生的計算思維能力進(jìn)行了培養(yǎng)，學(xué)生的核心素養(yǎng)也獲得了一定的發(fā)展。

（四）運用過程與方法遷移到其他問題解決中

在上述問題情境中，對問題的思考、分析、解決的主體都是學(xué)生，學(xué)生自身經(jīng)過推理與判斷，有效地鍛煉了自己的思維能力，并運用其思考的過程與分析的方法遷移到其他問題的解決中去，比如學(xué)生自己嘗試著解決數(shù)學(xué)中的求100以內(nèi)所有數(shù)（或奇數(shù)，或偶數(shù)）之和、等差或等比數(shù)列的前n項的和等，而教師也可以結(jié)合其他學(xué)科進(jìn)行一些主題任務(wù)的訓(xùn)練，如“比比誰的身高最高？”“畫100個同心圓”等，從而讓學(xué)生利用程序設(shè)計中生成的計算思維去解決其他現(xiàn)實問題，使學(xué)生的計算思維得到升華。

六、 結(jié)語

綜上所述，首先，計算思維作為信息技術(shù)課程核心素養(yǎng)的主體部分，教師也需要有計算思維的理念，變革教學(xué)方法，注重學(xué)生計算思維的培養(yǎng);其次，教師在實踐教學(xué)中要多融入生活元素，將生活實際以問題情境創(chuàng)設(shè)，并與課堂知識整合起來，拓展學(xué)生信息技術(shù)的學(xué)習(xí)途徑，培養(yǎng)學(xué)生思考、分析、解決與遷移的計算思維能力，從而提高學(xué)生的信息素養(yǎng)，培養(yǎng)有素質(zhì)有思維能力的創(chuàng)新型學(xué)生。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

顧琴娣，江蘇省常州市，江蘇省常州市新北區(qū)新橋初級中學(xué)。