基于“三維核心素養(yǎng)”框架的計算思維培養(yǎng)策略研究

王寧琳

【摘要】隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，學(xué)生僅掌握基礎(chǔ)知識和基本技能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為此，教育改革提出“核心素養(yǎng)”這一觀點，要求信息技術(shù)教師培養(yǎng)出具有計算思維、能夠適應(yīng)未來社會發(fā)展的創(chuàng)新型人才。本文以Scratch編程教學(xué)“有趣的圖案”一課為實踐研究對象，分析了核心素養(yǎng)和計算思維之間的關(guān)系，以及“雙基”和“問題解決”對培養(yǎng)計算思維的意義，并提出了在生活中發(fā)現(xiàn)問題、在思索中鍛煉思維、在糾錯中鞏固思維、在遷移中形成思維等一系列計算思維的培養(yǎng)策略。

【關(guān)鍵詞】“三維核心素養(yǎng)”;計算思維;Scratch編程教學(xué)

一、計算思維是什么

（一）解析“三維核心素養(yǎng)”框架

核心素養(yǎng)是當(dāng)下的熱門詞匯。南京師范大學(xué)李藝教授提出了“三維核心素養(yǎng)”這一理念，他認(rèn)為，核心素養(yǎng)是初步了解世界和改造世界的世界觀和方法論[1]。這一模型包含“雙基”層、問題解決層、學(xué)科思維層，如圖1所示。

位于分層描述模型最底層的是“雙基”層，即掌握基礎(chǔ)知識和基本技能;問題解決層要求學(xué)生不僅解決學(xué)習(xí)中遇到的問題，還要學(xué)會解決除學(xué)習(xí)問題外的本學(xué)科課程需要解決的所有問題;學(xué)科思維層是核心和靈魂，它指在“雙基”層和問題解決層的實踐中獲得的思考問題、解決問題的思維方式和價值觀。在這一模型中，問題解決是思維培養(yǎng)的重要途徑，而學(xué)科思維又不局限于“雙基”和具體問題的解決。

筆者認(rèn)為，核心素養(yǎng)是利用基礎(chǔ)知識和基本技能在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中不斷形成的思維方式和價值觀，伴隨學(xué)生的一生。

（二）“三維核心素養(yǎng)”框架和計算思維之間的關(guān)系

依據(jù)李藝教授所提的“三維核心素養(yǎng)”理念，計算思維應(yīng)是位于“雙基”層和問題解決層之上的學(xué)科思維層。

思維是抽象的，需要以實踐為載體。在實際教學(xué)中，教師要把握好“雙基”層和問題解決層，有效落實基礎(chǔ)知識和基本技能。只有當(dāng)“雙基”層和問題解決層積累了足夠的量變基礎(chǔ)，學(xué)科思維層才會形成，計算思維也將逐漸形成。

二、“有趣的圖案”一課的“雙基”和“問題解決”

（一）“雙基”

“有趣的圖案”一課主要介紹創(chuàng)建功能塊和調(diào)用功能塊的使用。該課的重點在于讓學(xué)生理解“功能塊”這個重要的基礎(chǔ)概念。在教學(xué)中，教師應(yīng)注重讓學(xué)生理解功能塊在腳本設(shè)計中模塊化的方法。本節(jié)課的難點在于調(diào)用功能塊，其中分析小貓如何從當(dāng)前起點到下個起點，以及三角形圖案中涉及的旋轉(zhuǎn)角度較難理解。創(chuàng)建功能塊這一部分需要學(xué)生學(xué)會分析小貓的起點位置、小貓的旋轉(zhuǎn)角度;調(diào)用功能塊這一部分需要學(xué)生學(xué)會分析單個圖形的起點位置，以及如何從當(dāng)前圖形的起點位置移動到下個圖形的起點位置。

（二）“問題解決”

該節(jié)課需要解決的問題有：運(yùn)用畫筆模塊中的落筆、抬筆，實現(xiàn)功能塊的創(chuàng)建;分析小貓的旋轉(zhuǎn)角度，掌握從當(dāng)前起點移動至下個起點的方法，實現(xiàn)功能塊的調(diào)用。問題的解決需要“雙基”提供基礎(chǔ)，兩者相互對應(yīng)，如表1所示。

其中，學(xué)生已經(jīng)熟練掌握的基礎(chǔ)知識有落筆、抬筆、重復(fù)執(zhí)行、移動、向右旋轉(zhuǎn)/向左旋轉(zhuǎn)、當(dāng)綠旗被點擊、清空、面向90°方向等控件。學(xué)生在解決問題的過程中，不僅要用到新知識，還會涉及舊知識，因此，他們需要積極主動地將新舊知識進(jìn)行有機(jī)整合，以提高自身解決問題的能力。

三、基于“三維核心素養(yǎng)”框架的計算思維的培養(yǎng)策略

Scratch簡單易學(xué)，包含了豐富的角色和場景，內(nèi)含的十種模塊各自又包含了不同種類的控件，學(xué)生用拼搭的方式就能完成編程，從而培養(yǎng)計算思維。筆者以Scratch中“有趣的圖案”一課為個案進(jìn)行研究，提出三維核心素養(yǎng)框架下培養(yǎng)學(xué)生計算思維的具體策略。

（一）聯(lián)系實際，在生活中發(fā)現(xiàn)問題

在實際教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，有目的地設(shè)計與生活緊密聯(lián)系的教學(xué)內(nèi)容，消除學(xué)生面對新知識時的緊張感，使原本抽象的問題變得生活化、具體化。首先，教師通過聯(lián)系實際生活中窗戶上的圖案，出示三個腳本，讓學(xué)生猜測是什么圖案，并提問學(xué)生是依據(jù)腳本中的什么控件進(jìn)行猜測的，從而引出“功能塊”這一新概念。其次，教師以“看腳本猜圖案”游戲進(jìn)行導(dǎo)入，讓學(xué)生對功能塊有初步的認(rèn)識，之后展示生活中的圖案和Scratch中畫的圖案，并解讀腳本，引出“功能塊”，不斷推進(jìn)學(xué)生思維水平的發(fā)展。

（二）分解問題，在思考中鍛煉思維

在該節(jié)課中，教師由簡到難設(shè)計了三個層次的任務(wù)，分別是基礎(chǔ)任務(wù)、鞏固任務(wù)、拓展任務(wù)，其中，鞏固任務(wù)分為任務(wù)一和任務(wù)二。任務(wù)一是調(diào)用正方形功能塊，需要分析以下問題： 圖案由什么基本圖形組成？ 小貓的起點位置和終點位置有什么特點？ 在學(xué)習(xí)單上，標(biāo)出每一個正方形的起點，并畫出小貓的運(yùn)動軌跡。 如何讓小貓從當(dāng)前圖形的起點移動到下個圖形的起點？通過分析和完成任務(wù)一，學(xué)生學(xué)會了調(diào)用功能塊組合出圖案的方法，為順利完成任務(wù)二奠定了良好的基礎(chǔ)。

任務(wù)二是創(chuàng)建并調(diào)用三角形功能塊。任務(wù)二的難點在于分析小貓如何從當(dāng)前起點移動到下個起點，涉及小貓的旋轉(zhuǎn)角度，此處較為抽象且難以理解。教師可以利用板書幫助學(xué)生直觀理解旋轉(zhuǎn)的角度，從而突破難點，進(jìn)一步提升學(xué)生的思維能力。

（三）運(yùn)行腳本，在調(diào)試中鞏固思維

在教學(xué)這一課時，教師提前分發(fā)小組合作糾錯單（見表2），讓學(xué)生調(diào)試現(xiàn)有的程序，將與預(yù)期不符的結(jié)果記錄下來。學(xué)生在運(yùn)行程序時，出現(xiàn)了一系列問題，如三角形為什么是倒立的，畫出來的圖案為什么是錯亂的等。針對該類問題，學(xué)生開始尋求解決方法，思考如何修正錯誤的語句，并反復(fù)嘗試，不斷調(diào)整，直到腳本完全正確。

在此過程中，學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)知識和基本技能在實踐中得到了鞏固，同時，學(xué)生在很大程度上提高了發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。小組糾錯環(huán)節(jié)需要學(xué)生敢于表達(dá)想法、正確傳達(dá)信息，不僅鍛煉了學(xué)生的表達(dá)交流能力，還鍛煉了學(xué)生與他人協(xié)作的能力，提升了學(xué)生的思維能力。

（四）拓展歸納，在遷移中形成思維

歸納是去情境化的過程。在實際教學(xué)中，教師應(yīng)讓學(xué)生學(xué)會超越實際所學(xué)的各種編程的基礎(chǔ)知識和基本技能，進(jìn)行舉一反三，從而把握共性，將所學(xué)解決問題的方法遷移到其他問題的解決中，形成自己的思維方式和價值觀。

該節(jié)課的拓展任務(wù)更具難度。在前面畫圖案的過程中，學(xué)生充分感受到了功能塊在腳本搭建中的優(yōu)勢和作用。在拓展環(huán)節(jié)，學(xué)生盡情發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，利用該節(jié)課所學(xué)進(jìn)行自由創(chuàng)作，將美好的想法變?yōu)閳D案，完成了各具特色、富有創(chuàng)意的作品，如圖2、圖3所示。

學(xué)生在實現(xiàn)想法的過程中獲得了成就感，順利完成了拓展任務(wù)。在自由創(chuàng)作的過程中，學(xué)生需要深入分析和靈活運(yùn)用所學(xué)知識和技能，進(jìn)行創(chuàng)造性學(xué)習(xí)，這將大大提升學(xué)生的計算思維。

學(xué)生在創(chuàng)作Scratch作品時，并不只是簡單學(xué)習(xí)編寫計算機(jī)程序的方法，而是要打破思維的桎梏，創(chuàng)造性地利用所學(xué)內(nèi)容和方法，以適應(yīng)未來社會的發(fā)展。作為信息技術(shù)教師，我們要將“三維核心素養(yǎng)”框架下的計算思維融入Scratch教學(xué)設(shè)計中，選取貼近學(xué)生生活的素材，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分解和分析問題，使其在調(diào)試修正中鞏固基礎(chǔ)，在歸納升華中遷移思維。同時，教師也要不斷地更新自己的教學(xué)理念、提高教學(xué)水平，讓學(xué)生充滿學(xué)習(xí)編程的熱情和積極性，引導(dǎo)他們在自主、合作、分享的過程中不斷提高計算思維，最終提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

李藝，鐘柏昌.談“核心素養(yǎng)”[J].教育研究，2015（09）：167-173.