問題解決能力為核心的初中生計算思維培養(yǎng)策略

張俊花

目前，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維已成為社會和時代的迫切需求。雖然我國教育部門認(rèn)可計算思維對提高學(xué)生問題解決能力的積極作用，并在培養(yǎng)方案中加以強(qiáng)調(diào)，但卻缺少針對初中生計算思維進(jìn)行培養(yǎng)的具體策略。為此，筆者以初中信息技術(shù)課程教學(xué)為載體，從我國中學(xué)教育基本情況出發(fā)，總結(jié)計算思維的基本內(nèi)核和特征，探討中學(xué)生計算思維的培養(yǎng)策略與實踐方法。

● 計算思維的內(nèi)涵及特征

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》將計算思維界定為：計算思維是以計算機(jī)領(lǐng)域的學(xué)科方法界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)，通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決問題的方案，總結(jié)利用計算機(jī)解決問題的過程與方法，并可遷移到與之相關(guān)的其他問題解決中的一種學(xué)科思維。可見，計算思維是普適性的存在，它是一種同時包含數(shù)學(xué)思維、工程思維和科學(xué)思維的綜合性思維，是一種基于信息技術(shù)解決問題的能力。故而，計算思維實質(zhì)上是一種靈活運(yùn)用計算工具和方法解決問題的思想方法或者思維活動，可以有效地搭建跨學(xué)科的對話橋梁，促進(jìn)人的整體發(fā)展和終身發(fā)展，具有不可替代的作用。

計算思維可歸納為六大特征，如圖1所示。該思維是一種解決問題的過程，它采用抽象和分解的方法形式化問題，建立結(jié)構(gòu)模型，綜合設(shè)計、算法、批判、分析等多種思維工具，形成系統(tǒng)化、最優(yōu)化的問題解決方案，并運(yùn)用各種信息資源在不斷交互思考過程中解決問題。其核心在于學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)，其關(guān)鍵在于學(xué)生計算思維的建立。

● 以問題解決能力為核心的初中生計算思維培養(yǎng)策略

中小學(xué)信息技術(shù)的學(xué)科價值不僅要讓學(xué)生掌握必要的知識與技能，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用這些知識和技能解決實際問題的能力。因此，在教學(xué)實踐中，教師要充分利用新技術(shù)和豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，以章節(jié)知識點為載體，采用以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自主探究為主的教學(xué)方式，圍繞問題的解決，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，通過激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和創(chuàng)造性，促使學(xué)生形成計算思維。面向問題解決的計算思維培養(yǎng)的教學(xué)策略如圖2所示，其關(guān)鍵要素如下。

1.待解決實際問題的提煉

在課程設(shè)計中，教師首先要明確一個待解決的問題，該問題應(yīng)接近現(xiàn)實或真實情境，并對學(xué)生有一定的挑戰(zhàn)性，進(jìn)而發(fā)展學(xué)生有效解決問題的技能和計算思維能力，確保在將來的工作和學(xué)習(xí)中，學(xué)生的能力能有效地遷移到解決實際問題中。

2.解決問題所需技能或知識

學(xué)生所需的一定的知識技能，可以采取兩種方式獲得，一是在教師集中講解時習(xí)得所需知識，二是在解決問題的過程中根據(jù)需要獲取知識。

3.建立學(xué)習(xí)小組

要解決真實情境中的具體問題，一個人獨自完成整個學(xué)習(xí)過程有時會很吃力，通過學(xué)習(xí)小組的形式展開，便于充分討論和評估所解決問題的方案。

4.問題解決的程序

要求學(xué)生能合理完整地設(shè)計出小組解決問題的流程，進(jìn)行合理的分工合作，以保證學(xué)習(xí)的順利完成。

5.自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新創(chuàng)造精神

面向問題解決的學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主探究、學(xué)習(xí)、解決問題的過程，因此需要學(xué)生有積極主動開展學(xué)習(xí)的精神和創(chuàng)造性解決問題的鉆研精神，否則整個學(xué)習(xí)計劃將無從開展。

● 以問題解決能力培養(yǎng)為核心的初中生計算思維培養(yǎng)實踐

為進(jìn)一步驗證上述策略的有效性，筆者進(jìn)行了課程實踐。下面，以蘇科版《初中信息技術(shù)》上冊第六章“加工和制作圖片”授課內(nèi)容為例，闡述以問題解決能力培養(yǎng)為核心的初中生計算思維培養(yǎng)策略和實踐方法。

1.情境引入——確定問題

加工與制作圖片屬于信息技術(shù)基礎(chǔ)知識，教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生初步感悟信息技術(shù)在人類生產(chǎn)生活中的重要價值，在數(shù)字化表達(dá)與創(chuàng)新活動中初步培養(yǎng)信息意識、計算思維和信息社會責(zé)任。為此，在問題的確定環(huán)節(jié)，教師可以通過情境引入：新年即將到來，你想給好朋友或家人送去祝福嗎？新年賀卡是一種比較實用的送祝福的方式，也是很多人都可以接受的一種方式。那么，如何制作一張賀卡呢？

2.學(xué)生討論——數(shù)據(jù)采集，分析與表達(dá)

教師引導(dǎo)學(xué)生討論：賀卡一般包含哪些元素？制作賀卡的一般步驟是什么？

學(xué)生討論并總結(jié)：賀卡的元素一般有背景、有代表性的圖案、簡要的文字等。

制作賀卡的一般步驟是：創(chuàng)意設(shè)計——素材搜集——設(shè)計制作——修改升華——發(fā)布作品。

3.明確任務(wù)，項目規(guī)劃、生成，選擇和規(guī)劃方案

教師要求學(xué)生兩人為一組，合作設(shè)計并制作一張個性新年賀卡，時間為兩課時。具體要求：①賀卡的主題是恭賀2021新年。②賀卡尺寸統(tǒng)一設(shè)置為寬800像素，高600像素。

③賀卡設(shè)計有創(chuàng)意，能體現(xiàn)新年送祝福的元素，具體內(nèi)容自行設(shè)計，需要的素材請選擇適當(dāng)?shù)乃阉饕孢M(jìn)行采集。④認(rèn)真、規(guī)范填寫賀卡規(guī)劃表。⑤賀卡樣式不限，可以綜合利用圖層、選取工具、文字工具、圖層選項等。⑥完成的作品保存為.psd和.jpg兩種格式，并把完成的作品以“組號+姓名”命名并提交。⑦作品展示，選出你最喜愛的新年賀卡，并互送祝福。

4.創(chuàng)作指導(dǎo)——問題分解，方案評估，方案優(yōu)化

由于賀卡制作是一個比較系統(tǒng)的任務(wù)，教師要幫助學(xué)生更好地完成任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生分解問題，明確制作步驟。問題分解如下表所示。

5.實踐效果評估

在本次實踐中，教師只給定了制作新年賀卡的主題，賀卡的設(shè)計、素材的搜集以及賀卡的制作全由學(xué)生獨立完成，當(dāng)教師展示學(xué)生的新年賀卡時，學(xué)生臉上都洋溢著自豪和快樂的神情，這說明他們在解決問題時學(xué)有所獲。

第一，通過問題解決，學(xué)生體驗到了制作圖片作品的流程、方法與步驟，也積累了制作作品的經(jīng)驗。①學(xué)生在了解問題后，先對問題抽象——制作賀卡;②制訂解決方案即解決問題的步驟——設(shè)計賀卡、搜集素材、制作賀卡、發(fā)布賀卡;③對問題進(jìn)行分解——賀卡中包含的元素和圖案;④進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析——搜集賀卡素材，并對素材進(jìn)行質(zhì)量分辨;⑤實施解決方案——運(yùn)用圖像工具制作賀卡，同時在搜集素材及制作的過程中對最初的設(shè)計方案不斷地進(jìn)行修改、調(diào)試。上述一系列的流程鍛煉了學(xué)生的計算思維以及解決問題的能力。

第二，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力得到了鍛煉。在教師不提供素材的條件下，學(xué)生要想設(shè)計出滿意的賀卡，首先要有好的設(shè)計創(chuàng)意，創(chuàng)意的形成過程鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。而從設(shè)計、搜集素材到制作再到不斷修改，這一過程鍛煉了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

第三，學(xué)生體驗了問題解決的程序，獲得了問題解決的經(jīng)驗。學(xué)生根據(jù)問題提出解決問題的方法，然后制訂計劃與步驟，并按照計劃與步驟逐步開展活動。

第四，學(xué)習(xí)小組為學(xué)習(xí)助力。在解決問題的過程中，從討論解決問題的步驟到按計劃實施方案，教師都會鼓勵學(xué)生與小組內(nèi)的同伴進(jìn)行分享與探討，如“把我的創(chuàng)意說給你聽請你來評價，制作的過程中有個技術(shù)我忘記了請你來幫忙，賀卡初步制作出來了請你來找茬”。解決真實情境中的具體問題，是一個綜合性實踐過程，一個人的力量比較薄弱，學(xué)習(xí)小組助力則會事半功倍。

● 結(jié)束語

本文提出了一種以初中生信息技術(shù)課程為載體、以問題解決能力為核心的初中生計算思維培養(yǎng)策略，總結(jié)了計算思維的特征，基于所提出計算思維培養(yǎng)策略，將學(xué)習(xí)過程置于真實的問題情境中，采用教師組織、“學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)+自主探究”的學(xué)習(xí)方式進(jìn)行了教學(xué)實踐，不僅讓學(xué)生在問題解決中掌握信息技術(shù)知識，還激發(fā)和培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散性思維和創(chuàng)造性能力，促進(jìn)了學(xué)生計算思維能力提升。

本文為南京市第11期個人課題“以問題為導(dǎo)向的初中生計算思維培養(yǎng)方法研究”研究成果。