讓思維“落地生根”
——基于非插電活動(dòng)的小學(xué)低年級(jí)計(jì)算思維的培養(yǎng)探究

楊莫菲 江蘇省南京市夫子廟小學(xué)

周以真教授提出，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類(lèi)行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。[1]目前，用于中小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的方式主要是各種編程工具，但是由于學(xué)生的身心發(fā)展和認(rèn)知水平的約束以及上機(jī)對(duì)兒童視力的影響，在小學(xué)階段（特別是低年級(jí)階段）直接開(kāi)展上機(jī)編程教學(xué)有一定困難。因此，當(dāng)下探究適合低年級(jí)學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)形式具有深遠(yuǎn)的意義和實(shí)踐價(jià)值。

不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)(Computer ScienceUnplugged)是由新西蘭的Tim Bell、Ian H.Written和Mike Fellows三位教師發(fā)起的，他們根據(jù)實(shí)際的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，組織設(shè)計(jì)了豐富的教學(xué)活動(dòng)案來(lái)提升學(xué)生的思維能力。通過(guò)有趣的游戲、謎題讓學(xué)生理解計(jì)算機(jī)科學(xué)的概念，提高學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的興趣，達(dá)到不用打開(kāi)計(jì)算機(jī)就可以很好地理解計(jì)算科學(xué)的概念。[2]學(xué)生在活動(dòng)的過(guò)程中認(rèn)識(shí)了計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念和基本原理，培育了學(xué)科思維水平，提升了知識(shí)遷移能力，最終真正實(shí)現(xiàn)“玩中學(xué)”的教學(xué)效果，這也與《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”）中“科”與“技”并重的課程理念不謀而合。

●關(guān)注低年級(jí)思維特點(diǎn)，改變傳統(tǒng)教學(xué)形式

根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論，低年齡階段（6～8歲）正處于前運(yùn)算階段向具體運(yùn)算階段的過(guò)渡時(shí)期，這個(gè)階段的學(xué)生能通過(guò)表象符號(hào)進(jìn)行思維活動(dòng)，思維從以自我為中心向外部客體發(fā)展，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯推理，對(duì)物理世界的邏輯性、規(guī)則和預(yù)見(jiàn)性有了更清晰的認(rèn)識(shí)，但是他們依然需要在真實(shí)的生活情境中，依賴(lài)豐富的材料，通過(guò)大量的感知、經(jīng)驗(yàn)與體驗(yàn)來(lái)建構(gòu)對(duì)世界的認(rèn)知。

1.以感性認(rèn)知為主

低年級(jí)學(xué)生對(duì)身臨其境的事物感興趣，能夠留下深刻的印象，對(duì)抽象概念的理解能力較弱，總是需要借助于對(duì)直觀(guān)事物的了解。

2.有效思維時(shí)間短

小學(xué)生思維的特點(diǎn)決定了其自我控制能力弱，任何新奇有趣的事物都能引起他們的關(guān)注，但注意力集中的時(shí)間較短，有效思維的時(shí)間較短。

3.思維淺顯難獨(dú)立

在課堂中，低年級(jí)學(xué)生很容易關(guān)注到事物外顯的特點(diǎn)，很少主動(dòng)發(fā)現(xiàn)事物的內(nèi)在關(guān)系、規(guī)律等知識(shí)。在遇到困難時(shí)，他們不能獨(dú)立嘗試解決問(wèn)題，需要教師的提示和引導(dǎo)。

●多元化非插電活動(dòng)，啟蒙學(xué)生計(jì)算思維

筆者在課堂上將非插電活動(dòng)與“暢學(xué)編程”一級(jí)課程有機(jī)結(jié)合，啟蒙學(xué)生的計(jì)算思維，以期培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成用計(jì)算思維解決實(shí)際問(wèn)題的習(xí)慣。

案例一：認(rèn)識(shí)“順序結(jié)構(gòu)”和“循環(huán)結(jié)構(gòu)”

（1）教學(xué)內(nèi)容分析

本節(jié)課（1課時(shí)）主要讓學(xué)生了解“順序結(jié)構(gòu)”“循環(huán)結(jié)構(gòu)”，知道計(jì)算機(jī)是按順序執(zhí)行程序中的每一條指令。本課作為編程學(xué)習(xí)的初識(shí)課，除了讓學(xué)生初步感受編程的基本概念外，還讓消除學(xué)生對(duì)編程的陌生感、畏懼感。通過(guò)“看一看”“聽(tīng)一聽(tīng)”“寫(xiě)一寫(xiě)”“說(shuō)一說(shuō)”的方式，運(yùn)用游戲、畫(huà)圖等非插電教學(xué)活動(dòng)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并在完成教學(xué)活動(dòng)的過(guò)程中，讓學(xué)生潛移默化地掌握計(jì)算思維中創(chuàng)建、調(diào)試和合作的方法。

（2）教學(xué)過(guò)程

①看一看，明確任務(wù)。教師向?qū)W生展示小魚(yú)戲蓮圖，詢(xún)問(wèn)想到了哪首詩(shī)。學(xué)生立刻背誦語(yǔ)文課中的古詩(shī)《江南》，接著教師請(qǐng)學(xué)生根據(jù)詩(shī)意標(biāo)出學(xué)習(xí)單上小魚(yú)游動(dòng)的正確序號(hào)，引出本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容“順序結(jié)構(gòu)”。

②聽(tīng)一聽(tīng)，體驗(yàn)游戲。教師讓學(xué)生玩游戲“小魚(yú)游一游”，學(xué)生根據(jù)教師口述的口令執(zhí)行動(dòng)作，從而到達(dá)指定位置。在此活動(dòng)中讓學(xué)生明確計(jì)算機(jī)是按照一條條指令做事情的，而編程就是給計(jì)算機(jī)詳細(xì)指令的過(guò)程。

③畫(huà)一畫(huà)，理清思路。今天的任務(wù)是讓學(xué)生幫助小魚(yú)完成不同的任務(wù)，在學(xué)習(xí)單上畫(huà)一畫(huà)，用“↑↓←→”四個(gè)箭頭標(biāo)識(shí)小魚(yú)前進(jìn)的方向（如圖1）。在展示學(xué)生作品時(shí)，讓學(xué)生說(shuō)一說(shuō)自己給小魚(yú)畫(huà)的指令。有的學(xué)生在講解的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤，有的學(xué)生通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)自己的指令不夠簡(jiǎn)潔……

圖1

④說(shuō)一說(shuō)，分享交流。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：“有時(shí)候需要畫(huà)很多相同的箭頭，有沒(méi)有快捷的方式？”提示學(xué)生可以將“→→→”替換成“3→”，即循環(huán)做3次“→”，然后用同樣的方式修改指令，引出本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容“循環(huán)結(jié)構(gòu)”。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考修改后的指令有什么變化，有哪些好處。學(xué)生觀(guān)察發(fā)現(xiàn)路線(xiàn)變短了，指令變少了。教師總結(jié)對(duì)比多個(gè)單一方向的指令和循環(huán)指令的使用，明確循環(huán)指令的作用——縮減煩瑣的重復(fù)指令。

⑤課堂小結(jié)。教師再次明確“順序”“循環(huán)”的概念，請(qǐng)學(xué)生思考生活中有哪些“順序”“循環(huán)”的例子。

案例二：創(chuàng)建一個(gè)故事——簡(jiǎn)單編程項(xiàng)目

（1）教學(xué)內(nèi)容分析

本節(jié)課（2課時(shí)）學(xué)習(xí)內(nèi)容是“創(chuàng)建一個(gè)故事——簡(jiǎn)單編程項(xiàng)目”，要求學(xué)生用角色貓、狗自己創(chuàng)編一個(gè)故事并編寫(xiě)一個(gè)程序。學(xué)生通過(guò)前期的學(xué)習(xí)已經(jīng)熟悉“暢學(xué)編程”軟件的基本操作，這節(jié)課主要是綜合運(yùn)用計(jì)算思維的概念與方法，體驗(yàn)運(yùn)用計(jì)算思維解決問(wèn)題的完整過(guò)程。第1課時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生分析、規(guī)劃所要解決的問(wèn)題，并形成初步的解決方案。第2課時(shí)學(xué)生上機(jī)操作檢驗(yàn)初步方案，最終得到有效解決方案。

（2）教學(xué)過(guò)程（第1課時(shí)）

①?gòu)?fù)習(xí)舊知。教師引導(dǎo)學(xué)生回顧之前學(xué)習(xí)的有關(guān)計(jì)算思維的內(nèi)容，列舉出在現(xiàn)實(shí)生活或?qū)W習(xí)中運(yùn)用計(jì)算思維的案例并進(jìn)行討論。接著，學(xué)生觀(guān)看貓和狗的范例故事視頻，思考貓狗分別做了哪些事情，并在學(xué)習(xí)單中為這些事情標(biāo)上順序序號(hào)。

②范例引導(dǎo)。教師將范例故事中發(fā)生的事情按序號(hào)填入泳道圖中（如圖2），泳道圖可以幫助厘清故事的思路。

圖2

③自主創(chuàng)作，思維可見(jiàn)。教師讓學(xué)生用小組合作的方式設(shè)計(jì)自己的貓狗故事，先填寫(xiě)貓狗需要做的事，并按順序標(biāo)序號(hào)，接著在泳道圖上填寫(xiě)，初步完成自己的故事架構(gòu)。之后，讓各小組輪流上臺(tái)演一演自己編寫(xiě)的故事。

④思維碰撞。學(xué)生通過(guò)表演再次厘清思路，小組之間互相評(píng)價(jià)并提出修改意見(jiàn)，學(xué)生繼續(xù)完善泳道圖，為下節(jié)課上機(jī)編程做準(zhǔn)備。

●探究多種教學(xué)策略，強(qiáng)化學(xué)生計(jì)算思維

1.活動(dòng)形式多樣，激發(fā)興趣

針對(duì)不同年齡層次、認(rèn)知水平的學(xué)生可以運(yùn)用不同的培養(yǎng)工具，設(shè)計(jì)不同形式的教學(xué)培養(yǎng)活動(dòng)，使得教學(xué)活動(dòng)形式多元化。[3]在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，教師把原本枯燥的知識(shí)通過(guò)游戲、角色扮演等方式向?qū)W生展示，讓學(xué)生在開(kāi)放的環(huán)境中“學(xué)中玩、玩中學(xué)”，潛移默化地實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)目的，并幫助學(xué)生強(qiáng)化計(jì)算思維的知識(shí)與方法。

2.真實(shí)問(wèn)題情境，啟迪思維

小學(xué)低年級(jí)學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的落腳點(diǎn)是能將計(jì)算思維解決問(wèn)題的過(guò)程與方法遷移到實(shí)際生活或?qū)W習(xí)中，將教學(xué)活動(dòng)與學(xué)生實(shí)際生活相結(jié)合，讓他們?cè)趩?wèn)題解決的過(guò)程中進(jìn)行思維的體驗(yàn)與探究，這有助于學(xué)生對(duì)計(jì)算思維概念與方法的理解及遷移運(yùn)用。

3.借助多種工具，思維可見(jiàn)

新課標(biāo)中明確提出“運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問(wèn)題解決過(guò)程中用計(jì)算思維解決問(wèn)題，并將其遷移運(yùn)用于解決其他問(wèn)題”。[4]可見(jiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維并不是為了把所有的學(xué)生培養(yǎng)成程序員，而是要幫助學(xué)生更好地掌握解決問(wèn)題的思維和方法。在低年級(jí)教學(xué)中，教師可以選擇簡(jiǎn)單的圖符、泳道圖，甚至可以采用請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)說(shuō)一說(shuō)、演一演的形式呈現(xiàn)學(xué)生的思維過(guò)程。這些形式化工具可以有效展現(xiàn)問(wèn)題解決的細(xì)節(jié)分解和過(guò)程演繹，讓計(jì)算思維可見(jiàn)。

4.鼓勵(lì)小組合作，思維碰撞

在信息科技教學(xué)中，通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)，能夠?qū)崿F(xiàn)智慧的集中，讓學(xué)生取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，相互學(xué)習(xí)，活躍思維，培養(yǎng)思維能力。在小組合作學(xué)習(xí)中，學(xué)生的知識(shí)遷移能力、表達(dá)能力、溝通協(xié)作能力均得到發(fā)展。

目前，中小學(xué)信息科技課堂中主要依賴(lài)編程工具培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，但是計(jì)算思維的立足點(diǎn)是利用這種科學(xué)的思維方法去解決現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題。所以，作為信息科技教師要正確認(rèn)識(shí)發(fā)展計(jì)算思維不等于編程教育，如何讓計(jì)算思維在學(xué)生的學(xué)習(xí)與生活中“落地生根”，探索更多適合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的教學(xué)形式是亟待研究的方向。