以計算思維為導(dǎo)向的單元整體教學(xué)實踐探究

小學(xué)信息技術(shù)課堂是培養(yǎng)小學(xué)生計算思維的主要落腳點，Scratch等可視化編程工具在信息技術(shù)課堂上的普遍應(yīng)用，為計算思維的培養(yǎng)轉(zhuǎn)變提供了新的契機。本文基于計算思維的核心元素和重大版（第八版）六年級下冊（教材內(nèi)容）課程實施綱要，以提高學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)為目的，開展常規(guī)課堂教學(xué)實踐探索。在單元整體設(shè)計教學(xué)實踐中，運用計算思維合理地分解問題，模式識別、抽象、算法設(shè)計等模式，幫助學(xué)生獨立思考并解決實際問題，力求有效提升學(xué)生認知概念整體水平和信息技術(shù)核心素養(yǎng)。

一、計算思維的定義

2006年，卡內(nèi)基—梅隆大學(xué)周以真教授明確提出計算思維的概念，強調(diào)“計算思維代表著一種普遍的認識和一項普適的技能”。在隨后的研究中她指出，計算思維作為人們解決問題的一種思維方式，其主要特征表現(xiàn)為“抽象、分解、遞歸和自動化實現(xiàn)”。從定義上說，計算思維是數(shù)理思維發(fā)展到一定程度的高級形態(tài)，是把一個看似很困難的問題，通過類比、聯(lián)想等方法，把大問題分解成一個個簡單、具體的問題。計算思維并不高深莫測，“易有太極，是生兩儀;兩儀生四象，四象生八卦”就是《易經(jīng)》記載的一個古老的計算思維。這個序列的排列中就包含對“自然”的內(nèi)在分析，同時是一個最簡單的二進制遞歸思維。

二、認識計算思維的核心元素

（一）分解問題

將數(shù)據(jù)、任務(wù)分解成更小、更易于處理的幾個部分。教師可以通過探究式教學(xué)模式，從問題的提出、探究以及解決方法這三個層面去建構(gòu)。

（二）模式識別

對Scratch中的每一項任務(wù)都需要進行分析，針對不同任務(wù)分析數(shù)據(jù)，從中找出相同的模式、趨勢和規(guī)律。學(xué)生在設(shè)計中會發(fā)現(xiàn)不同任務(wù)中都有同樣的規(guī)律與方法。在這個過程中，學(xué)生對問題的分析和總結(jié)就是計算思維或者信息意識。

（三）抽象化

確定產(chǎn)生這些模式、趨勢和規(guī)律的一般原理，得到一個應(yīng)用于更普遍情況的公式的這個過程就是抽象。在Scratch程序腳本積木的搭建方面，學(xué)生在針對不同任務(wù)的不同功能以及展示效果，會采用不同的積木來進行設(shè)計，其中各個指令塊之間的層次關(guān)系和先后順序的運用就是一種具體的問題抽象化處理的計算思維能力。

（四）算法開發(fā)與執(zhí)行

這里的算法是指解決問題的方法與步驟，算法開發(fā)與執(zhí)行就是要找出解決類似問題或者相同問題的方法與步驟。在Scratch作品創(chuàng)作的教學(xué)過程中，我們經(jīng)常會列出創(chuàng)作作品的一切細節(jié)、要素、規(guī)律，找到一般原理，最后化為清晰、明確的算法流程并執(zhí)行。

筆者舉一個例子，如何為我校經(jīng)常堵車的（上）放學(xué)路口設(shè)計合理的交通方案。

1.分解問題——分析確定要設(shè)計什么樣的路口：一個可以保證不堵車的路口。這個路口的現(xiàn)狀是怎樣的？是主干道還是支路？是十字路口還是丁字路口？是否堵塞？堵塞的原因是什么？早、晚高峰大約是什么時候？

2.模式識別——明確路口堵車規(guī)律，是主干道車流大還是放學(xué)接學(xué)生的車亂停放引起的？通過問卷調(diào)查，實際考察發(fā)現(xiàn)堵車的主要原因是上下班高峰時期與接學(xué)生的車輛亂停放引起的。

3.將問題抽象化——為了避免堵車，需要調(diào)整放學(xué)時間實施錯峰放學(xué)，接學(xué)生的車輛指定停車位臨停5分鐘，5分鐘后不離開或亂停放的由電子交警出具罰單。將這些問題的解決先后程序按時間排序抽象為排序問題。

4.算法開發(fā)和執(zhí)行——最后列明交通方案的一些細節(jié)，化為清晰明確的流程，形成方案。就這樣，設(shè)計合理的交通方案日常問題應(yīng)用了計算思維解決。

三、培養(yǎng)計算思維的小學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)策略

（一）分解單元問題，以課程綱要為導(dǎo)向，開展探究式單元整體教學(xué)

教師可依據(jù)課程綱要目標(biāo)，為培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)為目的，幫助學(xué)生獨立探索和互相協(xié)作，尋找出有價值的探究性問題。設(shè)計教學(xué)時，可依據(jù)教學(xué)目標(biāo)去幫助學(xué)生利用計算思維方法抽象建模和化整為零，為學(xué)生提供“腳手架”，當(dāng)好引路人，逐漸引導(dǎo)學(xué)生能夠自己獨立自主地完成任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生獨立發(fā)現(xiàn)問題的能力。把計算思維融入探究性過程中，培養(yǎng)學(xué)生將課堂中學(xué)到的知識遷移到生活中。重大版小學(xué)信息技術(shù)六年級下冊第二單元程序設(shè)計模塊，主題詞為“創(chuàng)客重任”，貫穿了小學(xué)編程教育的始終，通過編寫虛擬“掃地機器人”程序?qū)πW(xué)三年來所學(xué)編程基礎(chǔ)知識的復(fù)習(xí)以及對程序編寫的總體認識。教學(xué)時，做了以下嘗試：

第一步：分解問題，抓住孩子興趣點，課程設(shè)計與一定的情境相結(jié)合，由簡到繁，逐步展開。教師設(shè)計一些啟發(fā)性的問題，使用學(xué)習(xí)任務(wù)單。還原真實的生活情景，學(xué)生真實體驗掃地的完整過程。

1.我們的教室哪里有垃圾呢？數(shù)量怎樣？

2.你是按照什么路線在清掃垃圾呢？

3.根據(jù)你的打掃路線，教室里每個角落都清掃到了嗎？如果沒有清掃到，你可以設(shè)計一條合理的路線嗎？

4.在清掃時，如果有人或者物擋住了你，你是怎么做的？

5.在清掃時，如果簸箕裝滿了，你是怎么做的？

6.在清掃時，垃圾桶裝滿了，你是怎么做的？

7.在清掃時，什么時候你可以不用打掃了？

第二步：模式識別與抽象，根據(jù)場景分析抽象找出相同的行為模式和規(guī)律，把復(fù)雜的設(shè)計分解成一個個簡單、具體的問題。

1.垃圾：需確定其隨機數(shù)量和隨機位置。

2.邊線：需繪制房間四面墻壁，設(shè)定其造型中心點，提供坐標(biāo)參數(shù)，以便機器人確定自身位置。

3.掃地機器人：設(shè)計其行走路線（內(nèi)螺旋路線）。

4.程序模擬：機器人清掃垃圾。

5.為程序添加附加模塊：如N字路線、Z字路線、充電模塊等。

6.調(diào)用功能模塊與調(diào)試。

第三步：算法開發(fā)與執(zhí)行。

學(xué)生分板塊編寫與調(diào)試程序，在整個環(huán)境中，他們是課堂的主體，教師只是協(xié)助者，這樣的設(shè)計可以很好地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也可以培養(yǎng)學(xué)生解決問題和計算思維的能力，如圖1。

（二）開展基于項目式學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計，培養(yǎng)計算思維

在基于項目的學(xué)習(xí)培養(yǎng)計算思維的教學(xué)模式中，由學(xué)生選擇自己感興趣的學(xué)習(xí)項目，在完成項目過程中遇到問題并共同探討，由學(xué)生自主尋找問題，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。重大版小學(xué)信息技術(shù)六年級下冊第一單元，以校園故事為主線，包括校園故事卡、校園故事微場景、校園故事MV、設(shè)計畢業(yè)紀(jì)念冊、制作畢業(yè)紀(jì)念冊、等，根據(jù)學(xué)生的興趣愛好，選定以校園故事卡為載體設(shè)計畢業(yè)紀(jì)念冊，本次項目任務(wù)是一份8頁的紙質(zhì)彩色打印紀(jì)念冊。

第一步：實施計劃。

選定項目：用Word制作個性化畢業(yè)紀(jì)念冊。

制訂計劃：完成周期（5周）、素材（文稿+照片）、版面主題規(guī)劃及數(shù)量。

活動探究：個人獨立設(shè)計+小組合作設(shè)計。

作品制作：頁面風(fēng)格選定+Word編輯+美圖秀秀P圖。

成果交流：班級內(nèi)展示。

互動評價：師生間和生生間。

第二步：實施過程。

教師通過釘釘群文件分班采集文稿和照片素材，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)搜集頁面背景圖，再分文件夾整理素材文件，主要有背景、照片、文稿、頁面小修飾等分類素材，學(xué)生選定了7個主題規(guī)劃版面：個性化封面、教師寄語、個人主頁、感恩母校、同窗之誼、難忘的師生情、畢業(yè)贈言。學(xué)生根據(jù)主題，用Word編輯規(guī)劃版面+美圖秀秀P圖處理，個性化設(shè)計。歷時5個星期，大家運用已有的知識內(nèi)容，編輯出一本本個性化的畢業(yè)紀(jì)念冊。

第三步：教師個性化評價。

（1）學(xué)生畢業(yè)紀(jì)念冊1-2（10分）總體感覺設(shè)計得不錯，但個人主頁設(shè)計有點簡單，多頁頁面可以用退格鍵刪除。

（2）學(xué)生畢業(yè)紀(jì)念冊1-3（10分）：頁面中有自己的真情實感的表達，但個人主頁頁面設(shè)計有點空。

（3）學(xué)生畢業(yè)紀(jì)念冊2-2（9分）：頁數(shù)完整，作業(yè)質(zhì)量較原來有很大的進步，如果頁面內(nèi)容再豐富一點，就更好了。

（4）學(xué)生畢業(yè)紀(jì)念冊3-1（9分）：最后一頁如果能做完，就是滿分。

（5）學(xué)生畢業(yè)紀(jì)念冊3-5（10分）：內(nèi)容完整，但是背景過于花哨，同時文字和背景的搭配有點不醒目，文字在頁面中左右分布有點散。

（6）學(xué)生畢業(yè)紀(jì)念冊4-1（10分）：頁面布局緊湊，色彩搭配漂亮，同窗之誼的頁面的內(nèi)容可以再豐富一點。

（7）學(xué)生畢業(yè)紀(jì)念冊4-6（10分）：為你的夢想努力奮斗吧！很喜歡你的設(shè)計。

（8）學(xué)生畢業(yè)紀(jì)念冊2-4（8分）：畢業(yè)紀(jì)念冊中除了使用圖片之外，必要的文字不能缺少。文字會讓你的畫面更生動、更有靈氣。

（9）學(xué)生畢業(yè)紀(jì)念冊3-4（8分）：第三頁排版還不錯，多找找自己的優(yōu)點。如思維敏捷、學(xué)習(xí)能力強。但文字處理得有點粗糙。

（10）學(xué)生畢業(yè)紀(jì)念冊4-1（9分）：如果把最后一頁完成了，就是佳作了，頁面內(nèi)容豐富，緊湊合理是優(yōu)秀作品。

學(xué)生在整個環(huán)節(jié)中，學(xué)會利用計算思維去構(gòu)建知識內(nèi)容，通過知識遷移解決現(xiàn)有問題，通過動手與動腦相結(jié)合的體驗創(chuàng)作，讓其獲得成就感。在五課時的設(shè)計中，教師可以充分調(diào)動學(xué)生的求知欲望，讓學(xué)生體驗到一種問題解決的投入感、期待感、成就感，他們會不自覺地投入學(xué)習(xí)的激情和專注，成功地完成這次學(xué)習(xí)。

（三）注重課堂上技能和思維的雙重培養(yǎng)

我們現(xiàn)在的教學(xué)大多能夠在知識與技能的訓(xùn)練上有所體現(xiàn)，對情感、態(tài)度的培養(yǎng)不夠顯著。在新課改大背景的影響下，只教授知識是遠遠不夠的，最重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生正確的思維與觀念。計算思維作為信息技術(shù)核心素養(yǎng)之一，其地位不容小覷，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維也是當(dāng)前教學(xué)任務(wù)的重中之重。如我們用Scratch進行游戲設(shè)計教學(xué)時，可用工程思想來開發(fā)設(shè)計一個或多個趣味游戲，從需求出發(fā)，以此來培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的計算思維。再如用Scratch設(shè)計實用小工具解“雞兔同籠”問題時，可連通方程思想與列舉思想，打通學(xué)科間的融合點，在情境選擇上，可采用貼近生活實際且能夠符合教學(xué)內(nèi)容的情境，這種情境往往能夠調(diào)動起學(xué)習(xí)者參與游戲的積極性。

（四）開展線上自主學(xué)習(xí)模式，培養(yǎng)計算思維

我們通過利用網(wǎng)絡(luò)資源篩選海量的優(yōu)質(zhì)資源為我們的學(xué)習(xí)提供了有效支撐，教師可以推薦優(yōu)秀學(xué)習(xí)平臺，如Scratch少兒編程網(wǎng)、編程貓等平臺給予編程新手一些指引，也可以推薦一些編程工具，如智能編輯器、Fiddle、網(wǎng)頁App等，讓學(xué)生使用多種編程語言。如學(xué)生想開發(fā)實體工具，BBC micro：bit開發(fā)板可實現(xiàn)給實體設(shè)備編程，入門簡單。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生可以建構(gòu)自己的認知結(jié)構(gòu)，并將所學(xué)的知識遷移到其他領(lǐng)域——所有學(xué)科，實現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)。

四、計算思維在目前課堂教學(xué)中的不足

信息技術(shù)學(xué)科的程序教學(xué)資源較缺乏，全國的小學(xué)信息技術(shù)課程沒有統(tǒng)一的教材，各地均采用地方教材進行教學(xué)。同時，面對全面開設(shè)的信息技術(shù)教育，教師在新技術(shù)上的儲備不充足、情感上的投入不深入。在大多數(shù)情況下受制于教學(xué)內(nèi)容的約束或教學(xué)目標(biāo)的完成，難以很好地支持深層次計算思維培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。

家、校、生三者關(guān)系中，家長對信息技術(shù)的學(xué)習(xí)并不重視，持可學(xué)可不學(xué)的態(tài)度，原因在于它與升學(xué)無正相關(guān)，雖然電腦的普及率很高，但是大多數(shù)家長似乎反對孩子玩電腦，認為玩電腦就是玩游戲，玩物喪志，會讓孩子荒廢學(xué)業(yè)。盡管有學(xué)生家長重視孩子的信息素養(yǎng)培養(yǎng)，但這樣的家庭不多，據(jù)調(diào)查一個班級就5～6人，現(xiàn)在緊迫的小升初大環(huán)境下，大多數(shù)家長也沒有時間給孩子安排編程興趣班。

學(xué)校方面，課時數(shù)量一周一節(jié)，信息技術(shù)學(xué)科不被重視是很普遍存在的現(xiàn)象，大力提倡計算思維的背景下，對信息技術(shù)課的教學(xué)要求不能低，造成教師在教學(xué)時，更加關(guān)注學(xué)生課堂任務(wù)完成的基本要求，在于對知識點的掌握，而無法提升學(xué)生的思維能力。

學(xué)生方面，每個人的思維能力不同，教師常常預(yù)設(shè)統(tǒng)一的教學(xué)思路和評價標(biāo)準(zhǔn)，讓部分“適配”學(xué)生受益匪淺，尤其是那些比較主動或?qū)W習(xí)優(yōu)秀的學(xué)生。但是學(xué)困生需要個性化的教學(xué)設(shè)計和評價，對于大班額的教學(xué)，這些學(xué)生很難得到個性化的學(xué)習(xí)幫助。課堂中的一些項目活動中，小組核心成員的思維能夠在教師的有效關(guān)注下得到較好的發(fā)展，而活躍度較低的學(xué)生往往由于教師的無暇顧及而被冷落，從而出現(xiàn)一個班級學(xué)生的計算思維培養(yǎng)處于一種“差異成長”的發(fā)展?fàn)顩r。

如何將計算思維更好地融入教學(xué)過程中，筆者提出以上經(jīng)驗，拋磚引玉，為信息技術(shù)教育中融入計算思維的教學(xué)貢獻出自己的綿薄之力。

作者簡介：黃鷹梅（1985—），漢族，重慶，本科，小學(xué)信息技術(shù)教師，研究方向：小學(xué)信息技術(shù)教育。