基于“問題解決”的計(jì)算思維培養(yǎng)模式探索

歐昭旋

【摘要】為促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的形成，本文提出基于“問題解決”的計(jì)算思維培養(yǎng)模式，并以佛山市小學(xué)信息技術(shù)五年級(jí)下冊(cè)《語音識(shí)別》一課為例，對(duì)如何基于“問題解決”來促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的形成進(jìn)行探討，結(jié)合計(jì)算思維的形成過程設(shè)計(jì)了相應(yīng)的教學(xué)過程，以解決問題為主線貫穿教學(xué)始終，重在促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入理解、發(fā)展知識(shí)間的聯(lián)系及能應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題，促進(jìn)計(jì)算思維的養(yǎng)成。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)信息技術(shù);語音識(shí)別;真實(shí)情境;計(jì)算思維;問題解決

一、問題的提出

當(dāng)下，世界處于百年未有之大變局，人工智能、大數(shù)據(jù)等的飛速發(fā)展在給人們的生活、生產(chǎn)方式帶來前所未有的改變的同時(shí)，對(duì)未來人才培養(yǎng)與人工智能教育也提出了新的需求。2021年12月30日發(fā)布的《中小學(xué)人工智能課程開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》明確指出，應(yīng)以適應(yīng)未來的關(guān)鍵能力培養(yǎng)為目標(biāo)，而計(jì)算思維作為21世紀(jì)必備的素養(yǎng)也受到了教育界廣泛的關(guān)注。

但由于計(jì)算思維的抽象本質(zhì)，其培養(yǎng)需要結(jié)合具體的學(xué)習(xí)情境，因而在教學(xué)中為學(xué)生提供真實(shí)情境，在真實(shí)情境中解決問題，是讓學(xué)生將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力和素養(yǎng)的有效教學(xué)方式。下文以佛山市小學(xué)信息技術(shù)五年級(jí)下冊(cè)《語音識(shí)別》一課為例，探討在小學(xué)信息技術(shù)課題中如何基于真實(shí)問題的解決來促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的形成。

二、基于真實(shí)問題解決促進(jìn)計(jì)算思維形成的教學(xué)模式

根據(jù)計(jì)算思維形成的階段，融入真實(shí)情境問題，筆者提出了如下表所示的教學(xué)模式，以現(xiàn)實(shí)生活問題為導(dǎo)向，讓學(xué)生在解決問題的過程中逐步經(jīng)歷計(jì)算思維形成的各個(gè)階段，從而提升學(xué)生的問題解決能力。

基于“問題解決”的計(jì)算思維培養(yǎng)模式

該模式以真實(shí)情境的問題為載體，教師作為引導(dǎo)對(duì)象，為學(xué)生提供解決問題的支持，引導(dǎo)學(xué)生分析問題。學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，在教師的指導(dǎo)下，通過自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)經(jīng)歷解決問題的過程，在教學(xué)過程中將問題解決、學(xué)生的學(xué)習(xí)及計(jì)算思維三者關(guān)系融入教與學(xué)的活動(dòng)。最后，通過回顧解決問題的過程，總結(jié)解決問題的一般方法，幫助學(xué)生將這種思維和方法遷移到新的問題解決中，確保計(jì)算思維的反思與強(qiáng)化，從而促進(jìn)計(jì)算思維的形成。

三、基于真實(shí)問題解決促進(jìn)計(jì)算思維形成的的教學(xué)實(shí)踐

下面以佛山市小學(xué)信息技術(shù)五年級(jí)下冊(cè)《語音識(shí)別》一課為例，舉例說明以上教學(xué)模式的課堂運(yùn)用。

（一）創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，導(dǎo)入課程問題

計(jì)算思維的培養(yǎng)一定是基于知識(shí)的，必須以適量知識(shí)為基礎(chǔ)。因此，在創(chuàng)設(shè)情境時(shí)，除了貼合學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活之外，還需要在學(xué)生能夠理解的基礎(chǔ)上去設(shè)計(jì)問題，是學(xué)生能夠憑借所學(xué)去理解和發(fā)現(xiàn)的問題。在學(xué)習(xí)《語音識(shí)別》這一課時(shí)，筆者先是通過播放語音識(shí)別相關(guān)的視頻，如，與手機(jī)語音助手的聊天交互視頻、通過語音控制家里的智能家居的視頻先引起學(xué)生的共鳴，引出本課的主題——語音識(shí)別技術(shù)。緊接著，展示出用圖形化編程工具（源碼編輯器）制作的一個(gè)語音識(shí)別助手，用語音讓程序自動(dòng)報(bào)時(shí)，用語音控制開關(guān)燈。由于學(xué)生之前已經(jīng)學(xué)過怎么樣實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)功能和如何通過切換角色造型模擬開關(guān)燈，所以，這樣的一個(gè)案例既貼合學(xué)生的生活實(shí)際，又是基于學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)儲(chǔ)備的。學(xué)生唯一需要去解決的問題是如何實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別的功能，以及怎樣讓程序通過識(shí)別結(jié)果作出不同的決策。

通過這樣一個(gè)問題情境，既能讓學(xué)生在真實(shí)情境中解決問題，又能與原有的知識(shí)建立聯(lián)系，將之前所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到新的情境中，學(xué)會(huì)運(yùn)用已有知識(shí)解決問題。與此同時(shí)，存在一定的挑戰(zhàn)價(jià)值，與學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定沖突。這是需要學(xué)生通過學(xué)習(xí)才能解決的問題。學(xué)習(xí)行為能夠在一定程度上驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)去尋找問題的解決方案。

（二）可視化呈現(xiàn)，分析問題

通過問題情境引出課堂任務(wù)后，為了幫助學(xué)生理清問題的層次結(jié)構(gòu)，將復(fù)雜、抽象的問題具體化，我們可以借助一些可視化的學(xué)習(xí)工具，如流程圖、思維導(dǎo)圖等，引導(dǎo)學(xué)生將任務(wù)進(jìn)行分解，理清解決問題的時(shí)序和步驟。

例如，在學(xué)習(xí)《語音識(shí)別》這一課時(shí)，筆者通過組織小組交流任務(wù)，讓學(xué)生以小組為單位去體驗(yàn)語音助手的功能，并將語音助手的工作流程通過流程圖繪制出來，最后以小組為單位上臺(tái)分享他們的流程圖，如下圖所示：

學(xué)生在小組交流的過程中通過思維碰撞，理清思路，把復(fù)雜的問題分解為簡(jiǎn)單的子問題，從已知遷移到未知，順利地從識(shí)別問題的階段過渡到表征問題的階段，利用流程圖實(shí)現(xiàn)問題分析的可視化。

（三）自主學(xué)習(xí)，探究新知

通過流程圖幫助學(xué)生理清思路后，教師以問題為線索，幫助學(xué)生找出在這個(gè)過程中的認(rèn)知矛盾，并給學(xué)生提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)資料，指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在解決認(rèn)知矛盾的過程中促進(jìn)計(jì)算思維的發(fā)展。例如，在實(shí)現(xiàn)語音助手這個(gè)任務(wù)中，為了幫助學(xué)生找出解決問題的關(guān)鍵。筆者設(shè)計(jì)了一系列問題群：

1.如何讓計(jì)算機(jī)聽懂人類的語言？

2.如何獲取識(shí)別結(jié)果？

3.如何實(shí)現(xiàn)根據(jù)識(shí)別結(jié)果作出不同的決策？

4.如何實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)功能？

5.如何模擬“開燈”和“關(guān)燈”？

學(xué)生在問題的指引下進(jìn)行思考，結(jié)合之前所學(xué)的知識(shí)，最終順利地找到真正需要解決的問題，即如何讓計(jì)算機(jī)聽懂人類的語言和如何獲取識(shí)別結(jié)果。通過這樣的方式幫助學(xué)生確定了目標(biāo)后，筆者再給學(xué)生提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)資料，指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材，自主學(xué)習(xí)語音識(shí)別指令的使用方法。

學(xué)生在理解知識(shí)的過程中養(yǎng)成學(xué)科思維習(xí)慣，在解決認(rèn)知矛盾的過程中促進(jìn)計(jì)算思維的形成。

（四）設(shè)計(jì)算法，解決問題

在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)，解決了認(rèn)知矛盾，習(xí)得新知識(shí)。接下來，學(xué)生便可以大展身手了。根據(jù)上個(gè)階段分析得出的流程圖，借助流程圖中的框線和符號(hào)逐漸抽象、設(shè)計(jì)問題解決的計(jì)算邏輯，最終建立模型，從實(shí)踐中歸納問題的一般解決路徑，將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到現(xiàn)有的問題解決中，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移，得出最終的解決方案。

例如，在《語音識(shí)別》這一課，學(xué)生在掌握了語音識(shí)別指令的使用方法后，也便突破了這個(gè)問題中的關(guān)鍵技術(shù)，解決了認(rèn)知矛盾。根據(jù)之前所生成的流程圖，學(xué)生便能很順利地獲得編程思路，完成程序的設(shè)計(jì)。學(xué)生在這個(gè)過程中將分析結(jié)果應(yīng)用到問題的解決中，不斷地鞏固舊知，了解新知，內(nèi)化知識(shí)，遷移知識(shí)。

（五）反思評(píng)價(jià)，拓展遷移

在學(xué)生成功解決問題后，教師還要及時(shí)地引導(dǎo)學(xué)生反思回顧解決問題的過程，總結(jié)解決問題的一般方法，將這種思維內(nèi)化為自己的一種技能，并且能夠?qū)⑵溥\(yùn)用到其它問題的解決中。

教學(xué)實(shí)踐表明，真實(shí)情境是讓學(xué)生將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力和素養(yǎng)的橋梁，問題解決是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的良好載體。我們要將培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力與培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的能力結(jié)合起來，首先要基于真實(shí)情境選取與學(xué)生生活相關(guān)的問題情景，而且這個(gè)問題情景在符合學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知的同時(shí)，還要與學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的矛盾，具有一定的挑戰(zhàn)價(jià)值，才能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)本能和學(xué)習(xí)興趣;在幫助學(xué)生確定了學(xué)習(xí)目標(biāo)后，以問題為線索推進(jìn)課堂進(jìn)程，組織學(xué)生分析問題，了解問題的層次結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)解決問題的關(guān)鍵，從而突破學(xué)生認(rèn)知矛盾，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的形成。

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責(zé)任編輯? 李? 源EA46B634-0AF5-4DF6-A7B4-3F876C0CC4E3