從調(diào)研數(shù)據(jù)出發(fā)探究計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)策略

齊惠文

【摘 要】《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》將計(jì)算思維作為四大核心素養(yǎng)之一列入學(xué)科教學(xué)范疇。如何在課堂教學(xué)中落實(shí)計(jì)算思維的培養(yǎng)，是廣大一線信息科技學(xué)科教師所關(guān)注的熱點(diǎn)問題。本文基于小學(xué)生計(jì)算思維能力的調(diào)查問卷分析，嘗試提出小學(xué)階段計(jì)算思維教學(xué)策略，并結(jié)合Scratch編程教學(xué)實(shí)例逐一說明。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維；小學(xué)；教學(xué)策略

【中圖分類號】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）05-043-03

2022年4月，教育部印發(fā)了《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱新課標(biāo)）。在新課標(biāo)中，計(jì)算思維作為四大核心素養(yǎng)之一首次被列入義務(wù)教育信息科技學(xué)科教學(xué)的范疇，這標(biāo)志著計(jì)算思維的培養(yǎng)將在中小學(xué)教學(xué)日程中占據(jù)重要地位。小學(xué)教育作為基礎(chǔ)教育的重要階段，如何在信息科技學(xué)科中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力呢？在回答這一問題之前，我們需要對目前小學(xué)生的計(jì)算思維能力的情況做一個(gè)大致了解。通過對已有研究文獻(xiàn)的整理，我們發(fā)現(xiàn)：計(jì)算思維涉及的詞匯主要有問題求解、分解、抽象、建模、過程、數(shù)據(jù)、概念、算法、模擬、驗(yàn)證、自動化等。

依據(jù)文獻(xiàn)研究整理的有關(guān)計(jì)算思維教育關(guān)鍵點(diǎn)、小學(xué)生的年齡特點(diǎn)以及本區(qū)的實(shí)際情況，我們選取本區(qū)核心地區(qū)及東、西部共計(jì)27所小學(xué)和6所九年一貫制學(xué)校小學(xué)部，展開本次問卷調(diào)查。各校隨機(jī)抽取三年級的一個(gè)班級參與調(diào)查，認(rèn)知水平分布合理。問卷以問卷星的方式進(jìn)行發(fā)放，通過RTX將問卷鏈接發(fā)給各校信息科技教師，教師統(tǒng)一安排班級學(xué)生在機(jī)房自主完成問卷，回收有效問卷共計(jì)1254份，回收率99.4%。

樣本問卷調(diào)查的具體分析

第一，學(xué)生能夠有意識地關(guān)注問題解決步驟，但主動對問題進(jìn)行界定和形成解決方案的意識較弱。調(diào)查中我們發(fā)現(xiàn)，有74.8%的學(xué)生對于學(xué)習(xí)中涉及的解決問題步驟能夠有意識進(jìn)行記憶，對完成任務(wù)的一系列步驟能夠有意識識別，如對于日常生活中的泡茶步驟，有72.01%的學(xué)生能夠正確識別。學(xué)生個(gè)體發(fā)展不平衡，36.6%的學(xué)生在面對復(fù)雜問題時(shí)，能夠進(jìn)行問題界定、形成解決方案并按步驟完成；37.72%的學(xué)生在遇到復(fù)雜問題時(shí)，采用的是邊做邊想，走一步算一步的策略。六成多的學(xué)生互助合作的意識較強(qiáng)，在面對困難問題時(shí)，傾向于使用小組合作的方法解決。

第二，大多數(shù)三年級學(xué)生具有使用已有知識經(jīng)驗(yàn)解決實(shí)際問題的習(xí)慣。在解決問題時(shí)，學(xué)生已經(jīng)具備分類、邏輯、排序等運(yùn)算能力，有一定的問題分類意識。調(diào)查顯示，77.75%的學(xué)生在遇到和已有知識經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的問題時(shí)，能夠想到使用信息技術(shù)手段來解決；18.1%的學(xué)生偶爾會這么做；4.15%的學(xué)生表示不會這么做。有71.53%的學(xué)生能夠在解決問題之前，有意識地對問題進(jìn)行分類，僅有6.3%的學(xué)生對此表示不同意。在“文件查找”的真實(shí)情境問題中，有76.32%的學(xué)生能夠想到使用自己學(xué)過的“按照特征進(jìn)行文件分類”的知識解決問題。

第三，學(xué)生對于借助可視化工具解決問題有一定的認(rèn)知，但仍有很大提升空間。62.6%的學(xué)生會用圖畫或者表格等可視化的方法來解決問題，但仍有四成學(xué)生沒有使用可視化工具的習(xí)慣?？梢暬ぞ哂兄趯W(xué)生對問題進(jìn)行抽象建模，訓(xùn)練計(jì)算思維中的抽象建模能力。

第四，大多數(shù)學(xué)生具有主動探究問題的意識。75.76%的學(xué)生有經(jīng)常主動發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，找到多種解決方法的意識，只有4.62%的學(xué)生表示在學(xué)習(xí)過程中沒有這種意識。分析與綜合各種信息資源，形成解決問題的方案是計(jì)算思維培養(yǎng)的一個(gè)重要內(nèi)容。

第五，學(xué)生對于算法的理解水平一般，獨(dú)立寫出算法和對算法精準(zhǔn)描述的能力較弱。在為圖畫匹配合適步驟的題目中，只有58.45%的學(xué)生能夠選出選項(xiàng)中描述最為精確的步驟；在自己為圖畫設(shè)計(jì)步驟的題目中，僅有十幾份樣本能夠關(guān)注人物胳膊和腿等彎曲的細(xì)節(jié)描述，大多數(shù)樣本僅僅是對已有步驟的簡寫，或者是對已有步驟的重新排序。培養(yǎng)計(jì)算思維是為了培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，對于小學(xué)生來說能否理解算法、知道算法的含義，能否寫一個(gè)算法可以作為衡量計(jì)算思維水平的一個(gè)指標(biāo)。

第六，學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣對學(xué)生的問題解決能力以及合作能力具有明顯的影響。通過調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)，平時(shí)對于解決問題步驟關(guān)注度不夠的學(xué)生，在面對困難問題時(shí)，更多選擇“走一步，算一步”的消極策略；對于解決問題步驟關(guān)注度高的學(xué)生，在面對困難問題時(shí)，分解問題、制定計(jì)劃以及同伴合作的意識都高于平均值。

計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)策略與實(shí)施

小學(xué)階段可以說是整個(gè)教育過程中的“基礎(chǔ)”，小學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚、可塑性大、應(yīng)試壓力小，是培養(yǎng)計(jì)算思維的關(guān)鍵時(shí)期，如果學(xué)生能夠在此階段形成科學(xué)、積極的思維習(xí)慣，這會讓他們終身受益，并可為后續(xù)的連續(xù)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。我們依據(jù)問卷調(diào)查分析，嘗試提出五條小學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)策略，以下將以“模擬煙霧報(bào)警器”一課的實(shí)施為例逐一說明。課堂實(shí)施流程如圖1所示。

1.貼近日常生活的情境導(dǎo)入

從學(xué)生日常生活出發(fā)，教師篩選出適合創(chuàng)設(shè)計(jì)算思維培養(yǎng)情境的例子，引入課堂教學(xué)中，在調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維意識。

在“模擬煙霧報(bào)警器”一課中，教師從生活中常見的“煙霧報(bào)警器”出發(fā)，引發(fā)學(xué)生對于流程建設(shè)的關(guān)注。教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試依據(jù)煙霧警報(bào)器工作流程圖自主搭建“模擬煙霧報(bào)警器”腳本，以自主與小組合作結(jié)合的方式對腳本進(jìn)行調(diào)試完善。

2.圍繞腳本功能的提問設(shè)計(jì)

學(xué)生形成主動對問題進(jìn)行界定、形成問題解決方案、關(guān)注問題解決步驟的意識和習(xí)慣，對于計(jì)算思維的培養(yǎng)具有重要作用。教師在教學(xué)方法上要注重對學(xué)生思維進(jìn)行引導(dǎo)，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，根據(jù)學(xué)生的思維特點(diǎn)有針對性地設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動，簡單、持續(xù)地培養(yǎng)計(jì)算思維。教師從課堂語言入手，精心設(shè)計(jì)問題鏈，幫助學(xué)生確立問題，分析問題，以訓(xùn)練計(jì)算思維中的制定問題能力和分析問題能力。

教師以“制作模擬煙霧報(bào)警器動畫”為核心問題，以解決問題的步驟為主線，依次從“了解煙霧報(bào)警器”“確定動畫角色”“分析工作流程”以及“完成腳本搭建”四個(gè)方面設(shè)計(jì)課堂提問，見表1。在解決問題的過程中，教師圍繞關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)分支問題，形成問題鏈，幫助學(xué)生整理思路，逐步培養(yǎng)學(xué)生明確問題、分析問題、形成方案的意識與習(xí)慣。

如教師圍繞“分析工作流程”這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)兩個(gè)分支問題，把制作流程圖這一難度較高的關(guān)鍵環(huán)節(jié)拆解為兩個(gè)環(huán)環(huán)相扣、逐層遞進(jìn)的分支問題，引導(dǎo)學(xué)生逐步由口語化表達(dá)向形式化表達(dá)過度。

3.關(guān)注執(zhí)行過程的流程圖設(shè)計(jì)

教師引導(dǎo)學(xué)生用流程圖的形式，如圖2所示，將腳本的實(shí)際執(zhí)行過程可視化，幫助學(xué)生對問題進(jìn)行抽象建模，訓(xùn)練計(jì)算思維中的抽象建模能力。

在本課的教學(xué)中，教師先是通過視頻和提問的方式，共同分析煙霧報(bào)警器工作流程，然后由學(xué)生在學(xué)習(xí)單上自主進(jìn)行流程圖的拼搭，最后再請完成較好的學(xué)生上臺使用實(shí)物進(jìn)行流程圖的拼搭和介紹。

4.借助實(shí)物拼搭的新知講授

對于小學(xué)生而言，編程學(xué)習(xí)具有一定的挑戰(zhàn)性，教師設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)任務(wù)需要考慮學(xué)生在興趣和努力之間的平衡。本節(jié)課基于三年級學(xué)生的思維特點(diǎn)，采用借助實(shí)物拼搭的方法完成“如果那么”和“碰到”積木的新知講授。

本環(huán)節(jié)的活動是學(xué)生在教師提供的積木中挑選合適的積木，和上一環(huán)節(jié)的流程圖進(jìn)行匹配。本節(jié)課所設(shè)計(jì)的“碰到”和“如果那么”積木在外形上有鮮明特點(diǎn)，使用方法也與外形有密切關(guān)聯(lián)，因此活動中教師提醒學(xué)生觀察積木形狀，并提供實(shí)物積木供學(xué)生動手進(jìn)行拼搭。隨后，學(xué)生上臺進(jìn)行實(shí)物積木拼搭，并用自己的語言描述自己理解的積木功能，教師適時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)和新知講授。

5.關(guān)注功能實(shí)現(xiàn)的作品評價(jià)

教師根據(jù)學(xué)生具有一定的主動發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的意愿，小組活動意識較高以及應(yīng)用已有知識解決實(shí)際問題的意識較好的特點(diǎn)，探索更為有效的課堂教學(xué)模式。本節(jié)課學(xué)生通過互換作品的形式對同伴作品進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)的關(guān)注點(diǎn)在于腳本是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)設(shè)的功能，為同伴改進(jìn)作品提供建議，以訓(xùn)練計(jì)算思維中的優(yōu)化方案能力。

本節(jié)課先是由學(xué)生自主測試腳本，檢測腳本是否符合之前設(shè)定的要求（聲音報(bào)警和指示燈報(bào)警），并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試修改。第二個(gè)環(huán)節(jié)是同伴互助，發(fā)現(xiàn)自己沒有找到的問題，并提出修改意見，或者找出同伴在腳本搭建上的優(yōu)點(diǎn)。最后一個(gè)環(huán)節(jié)是集體糾錯，就難以解決的問題進(jìn)行集中討論，尋求解決方案。

結(jié)? 語

以上就是我們提出的貼近日常生活的情境導(dǎo)入、圍繞腳本功能的提問設(shè)計(jì)、關(guān)注執(zhí)行過程的流程圖設(shè)計(jì)、借助實(shí)物拼搭的新知講授和關(guān)注功能實(shí)現(xiàn)的作品評價(jià)等五條小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)策略在課堂教學(xué)中的實(shí)踐。對于小學(xué)生來說，計(jì)算思維的培養(yǎng)既要關(guān)注學(xué)生的計(jì)算思維能力，又要關(guān)注計(jì)算思維的意識，我們還需要根據(jù)學(xué)生實(shí)際和課堂教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，不斷嘗試和挖掘，進(jìn)一步探索計(jì)算思維的教學(xué)模式。

作者單位：上海市青浦區(qū)金澤小學(xué)

編? ?輯：馮艷艷