基于計算思維的小學科學教學模式構(gòu)建及策略

賀玉婷 劉錦錦

【摘 要】本文首先介紹計算思維的概念和研究現(xiàn)狀，分析了小學生培養(yǎng)計算思維的重要意義;然后，提出計算思維應用于小學科學教學的策略，并構(gòu)建基于計算思維的小學科學教學模式圖，并以“種子發(fā)芽實驗”一課為例具體闡述此模式如何應用。最后提出培養(yǎng)小學生計算思維的建議，以期為小學科學和其他學科教學研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】計算思維;小學科學;教學模式

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2022）04-076-03

計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。[1]從應用的角度上看，通過計算思維對問題進行分解、約簡，并通過轉(zhuǎn)化和仿真的手段去研究問題，可以使很多復雜的問題通過類似模式化的方法迎刃而解。[2]培養(yǎng)人們的計算思維，是讓人們學會像計算機那樣解決問題的思維方式。

經(jīng)過文獻分析可知，小學計算思維的培養(yǎng)策略多應用于信息技術(shù)教學、編程教學等方面。另外，將計算思維應用于其他學科教學的研究卻比較少。其實，計算思維不能僅局限在信息技術(shù)課、編程教育等途徑進行培養(yǎng)，小學其他學科同樣可以將計算思維融入教學中，尤其是小學科學課也可以將計算思維方法融入其中，培養(yǎng)學生的計算思維。

培養(yǎng)小學生計算思維的意義

首先，有助于學生高階思維的發(fā)展。在小學階段培養(yǎng)學生的計算思維很大程度上培養(yǎng)了學生的高階思維習慣，讓學生能夠從問題出發(fā)，分解問題并一一解決。不將學生的思維局限在知識的學習上，而是讓學生充分地發(fā)散思維，發(fā)現(xiàn)問題所在，重視思維過程。

其次，有助于學生身心發(fā)展。計算思維的培養(yǎng)讓學生學會了從多個角度看待問題，能夠讓學生學會理性地看待問題，并針對此問題進行分析、設(shè)計，建構(gòu)出一套合理的解決方案，在各種問題的解決上同樣適用，這對于學生今后的身心發(fā)展有極大的幫助。

最后，有助于學生科學素養(yǎng)提升。近年來，科學素養(yǎng)的培養(yǎng)已漸漸成為小學教育的核心內(nèi)容，計算思維的培養(yǎng)也為學生綜合素質(zhì)的提升提供一份助力。培養(yǎng)計算思維最大的優(yōu)點在于能夠讓學生養(yǎng)成理性看待問題的良好習慣，可以讓學生實現(xiàn)“三思而后行”的處理方式，極大提升學生的科學素養(yǎng)，甚至是綜合素質(zhì)。

將計算思維應用于小學科學教學的策略

小學科學教師可以有意識地強化學生的分解問題、構(gòu)建計劃、設(shè)計思路、數(shù)據(jù)計算及分析能力。尤其是針對小學科學中的一些實驗課程，教師可以提醒學生嘗試自己來設(shè)計與課本不同的實驗方案以及用數(shù)據(jù)來測量實驗結(jié)果?；诖?，本研究設(shè)計了基于計算思維的小學科學教學模式圖，如圖1所示。首先，明確要探究的對象、問題、目的，讓學生能夠清晰地知道自己要做什么，從哪些方面入手。其次，教師可以提出一些探究建議，補充探究所需要的能力，之后讓學生自己來規(guī)劃他們的實驗，明確實驗目的、流程、記錄方式。最后，讓學生將自己的數(shù)據(jù)與課本內(nèi)容相結(jié)合，教師從旁引導得出實驗結(jié)論。整個探究過程有計劃、有目的、有順序地開展，加深學生對于該問題的印象，久而久之對于問題的探討學生們會形成一種有條理的習慣，這個過程就包含了計算思維的形成。

基于計算思維的教學設(shè)計

下面以教科版五年級上冊“生物與環(huán)境”單元的第一課“種子發(fā)芽實驗”（2課時）為例，具體闡述如何應用本模式開展基于計算思維的小學科學課教學。

1.提出課題，發(fā)現(xiàn)問題

教師活動：從生活出發(fā)引出學習課題“種子發(fā)芽”，出示小麥的成長過程，提問：“你認為綠豆種子萌發(fā)需要什么樣的條件呢？你如何來證明種子萌發(fā)真的需要你所說的條件？”

學生活動：從小麥的生長過程中猜測出種子萌發(fā)所需要的條件，小組合作，發(fā)現(xiàn)驗證實驗的問題所在，即如何證明種子需要這些條件。

設(shè)計意圖：讓學生從相似的發(fā)芽生長過程中進行類比，自行發(fā)現(xiàn)綠豆種子的萌發(fā)條件，并引導學生逐漸靠近對照實驗的設(shè)置，并思考如何進行實驗。

2.分解問題，逐個答疑

教師活動：引導學生發(fā)現(xiàn)對照實驗，并提出實驗過程中學生們應該怎么做，讓學生自行交流，發(fā)現(xiàn)問題;之后針對學生的問題進行答疑，并進行方法傳授。

學生活動：針對教師問題展開小組合作討論，實驗過程中可能用到哪些東西，怎么設(shè)置對照組，提出可能遇到的問題，積極參與。

設(shè)計意圖：應用計算思維的“分解問題”要素，在驗證猜想的大問題下分解成小問題，逐個攻破，學生提問教師答疑，既實現(xiàn)了以學生為主題的課堂，又突出了計算思維的教學思想。

3.小組合作，設(shè)計實驗

教師活動：發(fā)放學習單，提出設(shè)計注意事項，對學生實驗設(shè)計方案的錯誤之處做出修正，要求學生完成表單填寫。

學生活動：小組合作動手設(shè)計，通過教師的提醒討論所要驗證的因素，小組分工完成實驗流程、因素的探究、對照組的設(shè)置、數(shù)據(jù)的收集方法、記錄方法、數(shù)據(jù)分析等相關(guān)步驟，并進行方案交流匯報，吸取經(jīng)驗進行改進。

設(shè)計意圖：學生能夠按照自己的方法，從身邊的材料出發(fā)，合作設(shè)計自己的實驗方案，且在此處突出了計算思維的設(shè)計以及架構(gòu)建立的要素，充分發(fā)揮計算思維在教學過程中的應用與重要作用。

4.進行實驗，收集數(shù)據(jù)

教師活動：由于實驗的過程是學生在課下進行的，因此教師可實時提醒學生實驗的進度，注意事項，數(shù)據(jù)收集規(guī)范等問題。

學生活動：按照實驗設(shè)計的流程、分工完成自己的工作。

5.數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論

學生活動：該步驟需要學生自己根據(jù)實驗數(shù)據(jù)以及種子萌發(fā)的一般規(guī)律進行對照，發(fā)現(xiàn)自己的實驗是否達到預期效果，得出本次實驗的結(jié)論，即綠豆種子的萌發(fā)與哪些因素有關(guān)。

6.交流分享，評價學習

教師活動：發(fā)布任務，讓學生就自己的實驗過程、結(jié)論、心得、注意事項等方面展開一個交流匯報，匯報方式多樣，并要求學生給自己和其他小組的實驗匯報打分，滿分十分，完成自評互評。并提出綠豆生長的相關(guān)問題，提醒學生從自己的實驗過程出發(fā)。

學生活動：針對教師所提出的問題展開以小組為單位的匯報，并說出自己的結(jié)論、心得、實驗存在哪些不足等，思考老師所提出的問題并進行回答。

設(shè)計意圖：對本次實驗進行總結(jié)，延伸問題，探討綠豆生長過程的條件，為下節(jié)課的實驗做準備。

培養(yǎng)小學生計算思維的建議

1.對于學校的建議

學校應對學生計算思維的培養(yǎng)引起重視，要明確計算思維的培養(yǎng)絕不局限于在信息技術(shù)或編程課程上應用，計算思維培養(yǎng)是可以與任何學科課程相融合的，將其應用在日常教學中是很有必要的。因而，學校應大力開展計算思維培養(yǎng)活動，加強教師相關(guān)培訓，積極開展計算思維教學研究工作。

2.對于教師的建議

計算思維的培養(yǎng)是一項長期、持續(xù)且需要教師引導的教學工作，培養(yǎng)學生計算思維的前提是教師自身要具備計算思維的能力和習慣。建議教師要注重提升自身的計算思維，并注重將計算思維融入自己的教學中，有意識地用計算思維來解決教學、生活中的相關(guān)問題，并關(guān)注學生在學習、生活中計算思維的應用。

綜上所述，將計算思維融入小學科學教學活動，是一個很有意義的探索方向。計算思維融入小學科學教學，既培養(yǎng)了學生的計算思維，又提升了學生的綜合素質(zhì)。計算思維的培養(yǎng)不能僅局限于信息技術(shù)課，小學各學科都要重視學生計算思維的培養(yǎng)。

注：本文系河南省教育科學“十四五”規(guī)劃2021年度一般課題“館校合作背景下小學科學教育項目開發(fā)與應用研究”（項目編號：2021YB0263）研究成果

參考文獻

Wing J M. Computational thinking[J]. Communications of the ACM， 2006（3）：33-35.

曹玉峰， 郭津含， 曹恩強. 計算思維在高中化學學習中的應用[J]. 吉林省教育學院學報， 2019（10）： 127-130.