小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)策略

趙鴻

日常生活中許多人習(xí)以為常的活動(dòng)都蘊(yùn)含著計(jì)算思維，菜譜就是算法設(shè)計(jì)的一個(gè)例子。菜譜會(huì)將一道菜的烹飪步驟一一羅列出來(lái)，比如將食材切成塊狀、將油倒入鍋中加熱等，不會(huì)做這道菜的人，只要按照步驟操作，就能做出來(lái)。這種把解決問(wèn)題的過(guò)程分解、細(xì)化并且明確到每一個(gè)步驟和方法的思維活動(dòng)就是計(jì)算思維。在小學(xué)信息科技課程教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維不僅是《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的要求，也是在大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)不斷發(fā)展背景下的信息時(shí)代要求。本文以三年級(jí)上冊(cè)“賽車游戲”一課為例做具體說(shuō)明。

一、創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師。小學(xué)生因?yàn)槟挲g較小，生活經(jīng)驗(yàn)不足，所以在學(xué)習(xí)編程時(shí)常常會(huì)遇到困難，如條件判斷、循環(huán)操作等概念對(duì)小學(xué)生來(lái)說(shuō)既遙遠(yuǎn)又抽象，很難理解。因此在教學(xué)中，教師要有意識(shí)地創(chuàng)設(shè)生動(dòng)具體的場(chǎng)景，引發(fā)學(xué)生情感共鳴，激發(fā)其內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

在教學(xué)“賽車游戲”一課時(shí)，教師通過(guò)無(wú)人駕駛汽車導(dǎo)入課程內(nèi)容，結(jié)合學(xué)生看過(guò)的科幻電影創(chuàng)設(shè)情境：在不久的將來(lái)，人們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)出一輛能自動(dòng)行駛的汽車？將角色運(yùn)動(dòng)和方向調(diào)整的相關(guān)指令融入學(xué)習(xí)任務(wù)情境中，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造愿望和興趣，培養(yǎng)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。創(chuàng)設(shè)情境要結(jié)合學(xué)生的思維發(fā)展特征，結(jié)合學(xué)生的生活實(shí)際，拉近學(xué)生與所學(xué)內(nèi)容之間的距離。創(chuàng)設(shè)的情境還要利于學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生自主探索、動(dòng)手實(shí)踐、合作交流，在自主實(shí)踐中深化對(duì)知識(shí)的理解。同時(shí)，創(chuàng)設(shè)的情境也要具備寬松、民主、安全、和諧的課堂學(xué)習(xí)氛圍，讓學(xué)生敢于表達(dá)，使其在輕松愉快的氛圍中主動(dòng)學(xué)習(xí)，讓課堂真正成為學(xué)生展示自我的舞臺(tái)。

二、分析任務(wù)，引發(fā)計(jì)算思維

具體的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)要以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為平臺(tái)，緊扣“賽車游戲”的學(xué)習(xí)任務(wù)，將其概括為“編寫(xiě)程序腳本，讓賽車從賽道起點(diǎn)跑到終點(diǎn)”，并進(jìn)一步細(xì)化分解為“起步”“連續(xù)行駛”“修正方向和停車”這三個(gè)具體的子任務(wù)。其中，賽車起步時(shí)要移動(dòng)到固定的起點(diǎn)，擺正車頭，初始化賽車的位置和方向，這樣賽車才能順利駛?cè)胭惖?。連續(xù)行駛需要賽車角色能沿著預(yù)定的方向連續(xù)前進(jìn)，修正方向和停車則要求賽車在行駛過(guò)程中能檢測(cè)到彎道和終點(diǎn)，行駛到特定位置時(shí)能自主修正方向和停車，實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛。

上述過(guò)程通過(guò)對(duì)計(jì)算思維的分解與評(píng)價(jià)，把大任務(wù)拆解成具體的小任務(wù)，把復(fù)雜任務(wù)拆解成簡(jiǎn)單任務(wù)，把陌生的情境拆解成能用已有知識(shí)解決的熟悉情境，與圖形化編程的知識(shí)點(diǎn)、學(xué)生計(jì)算思維能力的發(fā)展階段相匹配，充分體現(xiàn)了“自頂向下，逐步求精”的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)理念。通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，學(xué)生能夠明確自己的思考過(guò)程，把腦海中的想法分解、轉(zhuǎn)化為圖形化的編程指令，進(jìn)而引發(fā)計(jì)算思維。

三、編寫(xiě)程序，提升計(jì)算思維

通過(guò)上述情境創(chuàng)設(shè)以及任務(wù)分析，學(xué)生對(duì)本課的編寫(xiě)程序已有了具體了解，需要實(shí)現(xiàn)的功能簡(jiǎn)單明確，能通過(guò)基本的編程指令來(lái)描述解決。接下來(lái)，要給予學(xué)生時(shí)間和空間，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)算法以及編寫(xiě)程序。

賽車在起步時(shí)要移動(dòng)到起點(diǎn)，擺正車頭方向使用“面向90度”控件，這樣就能順利起步駛?cè)胭惖?。?jīng)過(guò)任務(wù)分解，學(xué)生很容易把要實(shí)現(xiàn)的功能和圖形化編程指令一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，加深對(duì)各種指令的理解。賽車連續(xù)行駛要求賽車角色不斷地執(zhí)行“移動(dòng)1步”控件，并和“重復(fù)執(zhí)行”控件搭配使用，組成循環(huán)結(jié)構(gòu)。

賽道是彎曲的，賽車連續(xù)直線行駛就會(huì)駛出賽道進(jìn)入綠色的草坪區(qū)域，要及時(shí)修正方向，可以在車頭左右兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)傳感器，轉(zhuǎn)彎時(shí)一旦觸碰到綠色草坪就提示修正方向。停車需要檢測(cè)賽車是否碰到了紅色的終點(diǎn)標(biāo)志，碰到即停車。賽車在行駛過(guò)程中要每時(shí)每刻檢測(cè)是否碰到綠地和紅色標(biāo)志，一旦碰到要立即修正方向或者停車。通過(guò)偵測(cè)控件實(shí)現(xiàn)條件判斷結(jié)構(gòu)，遇到特定情況時(shí)程序能采取對(duì)應(yīng)的措施，就像人在開(kāi)車一樣，滲透了模式識(shí)別的理念，用程序來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界的變化，實(shí)現(xiàn)了從無(wú)序到有序的轉(zhuǎn)變。

四、合作交流，完善計(jì)算思維

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是學(xué)生依據(jù)其已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)所進(jìn)行的主動(dòng)建構(gòu)，鑒于個(gè)體的特殊性，各個(gè)學(xué)生有其不同的學(xué)習(xí)態(tài)度、思維方式和認(rèn)知風(fēng)格，每個(gè)人都以自己的方式理解教師的要求，因而其活動(dòng)結(jié)果必然存在差異。認(rèn)識(shí)并非純粹的個(gè)體行為，而是不同個(gè)體之間表達(dá)、交流、質(zhì)疑與反思，據(jù)此不斷改進(jìn)的過(guò)程。因此，需要安排小組合作，在小組中交流各自的想法。

小組合作中，經(jīng)歷不同觀點(diǎn)的碰撞，學(xué)生思路得到糾正，疑惑獲得解決，思維漸趨完善，在相互印證中形成共識(shí)。在“賽車游戲”中，有的學(xué)生對(duì)角色左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)沒(méi)做區(qū)分，有的分辨不清，有的對(duì)角色位置定位不準(zhǔn)確，有的沒(méi)有意識(shí)到要重復(fù)檢測(cè)彎道和終點(diǎn)。怎么突破這些難點(diǎn)？通過(guò)小組交流，學(xué)生們受到啟發(fā)，紛紛針對(duì)各自的疑問(wèn)進(jìn)行操作嘗試。通過(guò)實(shí)際體驗(yàn)和程序驗(yàn)證的方法，學(xué)生可以清晰地看到每一條指令的執(zhí)行效果，發(fā)現(xiàn)自己的程序哪里出了問(wèn)題。

五、反思總結(jié)，升華計(jì)算思維

研究表明，計(jì)算思維所要求的核心技能與數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科核心素養(yǎng)有明顯交叉，如計(jì)算思維的核心技能“抽象”，體現(xiàn)為數(shù)學(xué)中的“抽象推理”“通過(guò)反復(fù)推理尋找和表達(dá)規(guī)律”等。反思是以學(xué)生嘗試后獲取的經(jīng)驗(yàn)為思考對(duì)象，從中抽象概括出知識(shí)技能或?qū)⒅R(shí)歸納整理形成結(jié)構(gòu)。其一，學(xué)生通過(guò)整理本課知識(shí)，形成“賽車游戲”起步、連續(xù)行駛、修正方向和停車這幾個(gè)主要步驟以及每一步的程序編寫(xiě)；其二，積極思考偵測(cè)控件還可以拓展和運(yùn)用到哪些類似的學(xué)習(xí)任務(wù)中。在學(xué)生概括總結(jié)的過(guò)程中，教師配以板書(shū)、流程圖，簡(jiǎn)要、直觀地呈現(xiàn)本課知識(shí)，在幫助學(xué)生形成知識(shí)框架的同時(shí)，進(jìn)一步升華其計(jì)算思維。

綜上所述，在教學(xué)中，教師創(chuàng)設(shè)情境激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)任務(wù)分解引發(fā)計(jì)算思維，學(xué)生親身嘗試、主動(dòng)編寫(xiě)程序，感受計(jì)算思維，在合作交流中改正和完善自己的計(jì)算思維，并通過(guò)辨析、追問(wèn)促使計(jì)算思維不斷攀升，推動(dòng)進(jìn)一步發(fā)展。