“算法”驅(qū)動(dòng)：由“問(wèn)題”到“計(jì)算思維”

衛(wèi)靜潔

摘要：計(jì)算思維是面向?qū)W生未來(lái)發(fā)展的核心素養(yǎng)之一。這種思維能力，會(huì)幫助學(xué)生推進(jìn)各學(xué)科的學(xué)習(xí)，能幫助學(xué)生獲得適應(yīng)他們終身發(fā)展所需的知識(shí)與能力。作者提出，教師要想在信息科技課堂上有效培養(yǎng)和提高學(xué)生的計(jì)算思維能力，可以以“算法”為驅(qū)動(dòng)，將邏輯思路教清，將方法技巧教實(shí)，將活動(dòng)過(guò)程教活，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人。

關(guān)鍵詞：算法；計(jì)算思維；信息科技

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2023）14-0071-03

“算法”是計(jì)算思維的核心要素之一，以“算法”為驅(qū)動(dòng)的信息科技課堂能夠使學(xué)生在思維層面和能力層面得到有效提升。那么，教師如何將“算法”落實(shí)到課堂中呢？下面，筆者結(jié)合《畫(huà)正多邊形》一課展開(kāi)探索。

教清，將邏輯思路擺在“A位”

在教學(xué)中，教師可以以“情境”為引擎，以“經(jīng)驗(yàn)”為抓手，以“問(wèn)題”為鑰匙，幫助學(xué)生分析問(wèn)題，理清思路，從而更好地理解學(xué)習(xí)過(guò)程，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

1.以“情境”為引擎

小學(xué)階段學(xué)生的思維具有情境性。在教學(xué)中，教師可以將思維隱匿于情境中，使學(xué)生在情境中意識(shí)到問(wèn)題的存在，激發(fā)學(xué)生的思維力，讓學(xué)生在情境中主動(dòng)分析問(wèn)題、理清思路、構(gòu)建知識(shí)，潛移默化地發(fā)展計(jì)算思維。

例如，畫(huà)正三角形、正四邊形、正五邊形看似簡(jiǎn)單，但對(duì)小學(xué)生來(lái)說(shuō)，用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)是有一定難度的，因?yàn)樯婕皵?shù)學(xué)中正多邊形函數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。因此，筆者基于學(xué)生身心發(fā)展的規(guī)律，以課堂為“舞臺(tái)”，以數(shù)字化設(shè)備為“道具”，以學(xué)生為“主體”，創(chuàng)設(shè)了“亡羊補(bǔ)牢”的故事情境，將畫(huà)正多邊形的思維方式隱藏在農(nóng)夫修建的羊圈中，引導(dǎo)學(xué)生化身“小農(nóng)夫”，真正地動(dòng)手去體驗(yàn)圍正方形、正三角形和正五邊形羊圈的方法，使知識(shí)點(diǎn)變得形象化、情境化和思維化。

2.以“經(jīng)驗(yàn)”為抓手

借助其他學(xué)科的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與問(wèn)題建立聯(lián)系，是培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維的重要切入口。在編程教學(xué)中，需要學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)概念。因此，在教學(xué)生畫(huà)正多邊形時(shí)，筆者在解決問(wèn)題時(shí)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)思維，發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整農(nóng)夫面向的方向，并從數(shù)學(xué)的角度觀察問(wèn)題、分析問(wèn)題，最終攻破難點(diǎn)、解決問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中，培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維。

3.以“問(wèn)題”為鑰匙

基于問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，抓住問(wèn)題關(guān)鍵，是培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維的有效手段。因此，教師要幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而引發(fā)學(xué)生積極思考，將學(xué)習(xí)引向深處。例如，在《畫(huà)正多邊形》一課中，認(rèn)識(shí)“畫(huà)筆”模塊的相關(guān)控件是基礎(chǔ)知識(shí)。所以，筆者首先隱藏了“畫(huà)筆”模塊的相關(guān)控件，并提出疑問(wèn)“為什么你們的農(nóng)夫只是走了一圈，并沒(méi)有用線圍起來(lái)”，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生觀察教師的腳本和自己腳本的不同之處，讓學(xué)生感受到“畫(huà)筆”模塊相關(guān)控件的重要性。其次，通過(guò)提問(wèn)“這些控件有什么作用”，引導(dǎo)學(xué)生明白“清空+將畫(huà)筆的大小設(shè)定為+將畫(huà)筆的顏色設(shè)定為+落筆+抬筆”五個(gè)基本步驟既是平時(shí)畫(huà)畫(huà)的順序，也是程序畫(huà)圖的初始化腳本，當(dāng)使用“落筆+移動(dòng)”控件時(shí)就能在舞臺(tái)上畫(huà)出線條，為接下來(lái)的學(xué)習(xí)打好扎實(shí)的基礎(chǔ)。最后，通過(guò)三個(gè)“能不能”，層層設(shè)問(wèn)、層層遞進(jìn)，讓學(xué)生在畫(huà)正方形、正三角形和正五邊形中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，抓住問(wèn)題的關(guān)鍵。

教實(shí)，讓方法技巧居于“B位”

1.借助多媒體，呈現(xiàn)形象化

編程知識(shí)是比較抽象的，對(duì)小學(xué)生來(lái)說(shuō)只憑想象很難完成形象的理解，而把抽象的知識(shí)變得通俗易懂，多媒體技術(shù)是一個(gè)有效的突破口。教師可以借助演示文稿中豐富多彩的畫(huà)面、動(dòng)聽(tīng)悅耳的聲音、形象逼真的動(dòng)畫(huà)將知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容以學(xué)生樂(lè)于認(rèn)知、易于吸收的方式直觀呈現(xiàn)。

例如，在講授《畫(huà)正多邊形》一課時(shí)，為了讓學(xué)生清晰、明白地理解農(nóng)夫旋轉(zhuǎn)的角度到底是什么，筆者借助演示文稿中生動(dòng)形象的動(dòng)畫(huà)，清晰展示農(nóng)夫從一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)到另一個(gè)方向的角度，是正多邊形的一邊與另一邊的延長(zhǎng)線組成的角，這個(gè)角是正多邊形的外角，外角=平角-內(nèi)角，跳出學(xué)生的思維定式。在搭建完正方形、正三角形和正五邊形的羊圈后，筆者又借助演示文稿中清晰直觀的表格，將旋轉(zhuǎn)角度、邊數(shù)和重復(fù)次數(shù)一一呈現(xiàn)，學(xué)生通過(guò)觀察、比較就能發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度與邊數(shù)之間、重復(fù)執(zhí)行次數(shù)與邊數(shù)之間的規(guī)律。

2.依據(jù)大數(shù)據(jù)，找準(zhǔn)著力點(diǎn)

小學(xué)生的思維形式正處于從具體形象思維到抽象邏輯思維的轉(zhuǎn)變階段，在解決問(wèn)題時(shí)，往往由于不能分析問(wèn)題的邏輯關(guān)系，而找不出解決問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)。這就要求教師依托大量的數(shù)據(jù)，讓學(xué)生觀察、比較、發(fā)現(xiàn)，逐步引導(dǎo)學(xué)生從具體形象的事物中找到規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)感，幫助學(xué)生掌握自主思考、主動(dòng)探索的學(xué)習(xí)方式，訓(xùn)練學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

例如，在講授《畫(huà)正多邊形》一課時(shí)，當(dāng)農(nóng)夫要求搭建正八邊形羊圈時(shí)，由于正八邊形的函數(shù)知識(shí)超出了小學(xué)生的認(rèn)知范疇，他們并不知道正八邊形的一個(gè)內(nèi)角是多少度，因此無(wú)法求出外角的度數(shù)，問(wèn)題也無(wú)法解決。于是，筆者借助表格將正方形、正三角形和正五邊形的旋轉(zhuǎn)角度、邊數(shù)和重復(fù)次數(shù)一一呈現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生依托“大數(shù)據(jù)”去發(fā)現(xiàn)每一組數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，如“重復(fù)次數(shù)=邊數(shù)”“旋轉(zhuǎn)角度=360°/邊數(shù)”，再引導(dǎo)學(xué)生將畫(huà)正多邊形的方法歸納為一個(gè)通用模式，最后通過(guò)模式的應(yīng)用找到更多數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

3.利用流程圖，提供可視化

流程圖是信息科技學(xué)科運(yùn)用得最為廣泛的思維可視化工具。在教學(xué)中，利用思維導(dǎo)圖幫助學(xué)生梳理知識(shí)點(diǎn)，將學(xué)生識(shí)別問(wèn)題到形成方案的全過(guò)程思維顯性化呈現(xiàn)出來(lái)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與記憶，是一種非常實(shí)用的方法。

例如，當(dāng)學(xué)生面對(duì)畫(huà)正方形、正三角形和正五邊形束手無(wú)策時(shí)，筆者借助流程圖，以體驗(yàn)活動(dòng)的方式幫助學(xué)生展開(kāi)分析。筆者帶領(lǐng)學(xué)生化身小農(nóng)夫，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生清楚地用語(yǔ)言將圍羊圈的過(guò)程描述下來(lái)，然后讓學(xué)生將邏輯關(guān)系以圖形化的形式呈現(xiàn)出來(lái)，幫助學(xué)生進(jìn)一步理清思路，走出學(xué)習(xí)困境。在整個(gè)過(guò)程中學(xué)生可以輕松地將想法數(shù)字化，并在了解更多信息后隨時(shí)進(jìn)行修改。最后，筆者引導(dǎo)學(xué)生抓住流程圖中的關(guān)鍵字詞，幫助學(xué)生快速定位對(duì)應(yīng)的腳本，將事情的描述語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，這樣，搭建腳本就順理成章了。

流程圖使事情的發(fā)展過(guò)程圖形化、可視化，幫助學(xué)生分析出了旋轉(zhuǎn)角度、邊數(shù)和重復(fù)次數(shù)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，理清了邏輯關(guān)系。流程圖的使用，提高了學(xué)生的思維品質(zhì)和自主探究的能力，大大促進(jìn)了學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

教活，讓活動(dòng)過(guò)程居于“C位”

信息科技教學(xué)的實(shí)質(zhì)是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，使學(xué)生學(xué)會(huì)用計(jì)算思維思考和解決問(wèn)題。因此，在信息科技教學(xué)中，教師要為學(xué)生提供鍛煉計(jì)算思維的契機(jī)，通過(guò)設(shè)置豐富的教學(xué)活動(dòng)，將計(jì)算思維融于課堂，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，讓學(xué)生從對(duì)照課本一點(diǎn)點(diǎn)摸索到超脫課本，從“困惑”到“了解”，從簡(jiǎn)單的“搭積木”到別出心裁的“創(chuàng)作”，真正學(xué)有所得。這樣，課堂就會(huì)形成“分析中生智+質(zhì)疑中發(fā)現(xiàn)+創(chuàng)造中解疑”的良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的真學(xué)、真思、真練、真會(huì)，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的深度發(fā)展。

1.分析中生智：?jiǎn)拘延?jì)算思維

在教學(xué)中，教師要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生分析一些典型問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力。

例如，在利用“畫(huà)筆”模塊的相關(guān)控件畫(huà)正多邊形時(shí)，筆者先帶領(lǐng)學(xué)生一起分析正方形的畫(huà)法。通過(guò)角色代入，讓小農(nóng)夫在體驗(yàn)中理解知識(shí)，“悟”出方法。這樣，學(xué)生對(duì)畫(huà)正多邊形的方法就有了初步的認(rèn)知，接下來(lái)在讓學(xué)生嘗試畫(huà)正三角形和正五邊形時(shí)，他們就能將實(shí)際問(wèn)題與剛剛所學(xué)的畫(huà)正方形的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，正確地分析問(wèn)題，抓住解決問(wèn)題的關(guān)鍵，提高學(xué)習(xí)效率。

2.質(zhì)疑中發(fā)現(xiàn)：鞏固計(jì)算思維

在教學(xué)中，經(jīng)常有一些看似“不走尋常路”的學(xué)生，他們提出的一些問(wèn)題似乎脫離了教學(xué)的正確答案，但有時(shí)，這些提問(wèn)和疑問(wèn)卻能夠引發(fā)課堂的大討論，引發(fā)學(xué)生更好地思索問(wèn)題。

例如，當(dāng)搭建完正方形羊圈時(shí)，就有學(xué)生提出“正方形的穩(wěn)定性不太好，不還是容易被狼撞破嗎？”的質(zhì)疑。于是，筆者緊緊抓住這一點(diǎn)，啟迪學(xué)生聚焦問(wèn)題“什么形狀的羊圈穩(wěn)定性好呢？”，并展開(kāi)討論，學(xué)生匯報(bào)“正三角形羊圈比較牢固”，所以就請(qǐng)學(xué)生為農(nóng)夫搭建正三角形羊圈。但在搭建的過(guò)程中，又有學(xué)生提出“正三角形圍得范圍太小了，圈不了那么多羊”，那怎么辦呢？通過(guò)探究和發(fā)現(xiàn)，學(xué)生決定為農(nóng)夫搭建正五邊形的羊圈。從正方形羊圈到正三角形羊圈再到正五邊形羊圈，學(xué)生層層深入，對(duì)畫(huà)正多邊形的方法有了更深的理解，甚至發(fā)現(xiàn)了畫(huà)正多邊形的通用模式。

3.創(chuàng)造中解疑：提升計(jì)算思維

創(chuàng)造力是挖掘新事物的一種能力，它可以把學(xué)生的思維提升到一個(gè)新的高度，是學(xué)生發(fā)展中一種不容小覷的能力。因此，在課堂中，教師要幫助學(xué)生掌握事物的本質(zhì)特點(diǎn)和聯(lián)系，讓學(xué)生從不同的角度去理解，使其系統(tǒng)化并達(dá)到融會(huì)貫通的程度，這樣學(xué)生才能及時(shí)提取知識(shí)，靈活應(yīng)用知識(shí)，生成更多精彩的“答案”。

例如，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)畫(huà)正多邊形的通用模式后，他們就開(kāi)啟了創(chuàng)造之旅。他們?yōu)檗r(nóng)夫搭建正七邊形羊圈、正十邊形羊圈、正三十六邊形羊圈……學(xué)生在輕松、自由、民主的學(xué)習(xí)氛圍中，產(chǎn)生了好奇心，萌發(fā)了求知欲，孕育了創(chuàng)新的意向和行動(dòng)，他們開(kāi)始思考能不能為農(nóng)夫搭建圓形羊圈。通過(guò)不斷的試驗(yàn)和探索，學(xué)生發(fā)現(xiàn)“由于舞臺(tái)是固定的，當(dāng)邊數(shù)越來(lái)越多，邊長(zhǎng)固定不變時(shí)，畫(huà)出來(lái)的圖形就會(huì)變形”，并最終發(fā)現(xiàn)“當(dāng)邊數(shù)越來(lái)越多，邊長(zhǎng)越來(lái)越小時(shí)，畫(huà)出來(lái)的圖形就接近于圓形”。這樣，學(xué)生的計(jì)算思維就得到了提升，創(chuàng)新素養(yǎng)也得到了發(fā)展。

總之，算法就像一把鑰匙。算法驅(qū)動(dòng)的課堂，能看見(jiàn)思維，助力成長(zhǎng)；算法驅(qū)動(dòng)的課堂，強(qiáng)調(diào)學(xué)科實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人；算法驅(qū)動(dòng)的課堂，讓每一個(gè)學(xué)生都能從“問(wèn)題”走向“計(jì)算思維”。

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