具身認(rèn)知視域下面向小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

史家寧?施周龍

摘要：旨在探討基于具身認(rèn)知理論的小學(xué)生計(jì)算思維提升策略。在仔細(xì)考查了小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)現(xiàn)狀后，建構(gòu)了具身理論指導(dǎo)下融合計(jì)算思維核心要素的教學(xué)設(shè)計(jì)框架，并以小學(xué)信息科技新課標(biāo)下所規(guī)定的一個(gè)具體教學(xué)主題——“游戲博弈中的策略”為例，圍繞設(shè)計(jì)框架進(jìn)行了具體的教學(xué)設(shè)計(jì)，最后提出了相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐策略，以期能有效提高小學(xué)生的計(jì)算思維水平。

關(guān)鍵詞：具身認(rèn)知；計(jì)算思維；小學(xué)生；教學(xué)設(shè)計(jì)

一、前言

在最新頒布的《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中明確給出了義務(wù)教育信息科技課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)，要求學(xué)生要初步具備解決問(wèn)題的能力，發(fā)展計(jì)算思維[1]?？梢?jiàn)計(jì)算思維的培養(yǎng)是新時(shí)代重要的教育強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略之一，具有顯著地位。而當(dāng)下關(guān)于計(jì)算思維的研究多數(shù)停留在理論層面，缺乏具體的實(shí)施步驟。另外，在實(shí)際教學(xué)中，仍以“滿堂灌”的授課方式為主，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法真正接納新知識(shí)。由此可見(jiàn)，創(chuàng)新相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)是極為重要的。因此，本文以“游戲博弈中的策略”為例，展開(kāi)了具身認(rèn)知視域下面向小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)研究，充分發(fā)揮具身認(rèn)知理論的優(yōu)勢(shì)，將隱喻性的抽象概念轉(zhuǎn)化為罕譬而喻的原理，幫助學(xué)生領(lǐng)會(huì)核心、把握要點(diǎn)，并促進(jìn)其計(jì)算思維的形成。

二、相關(guān)概念界定與分析

（一）具身認(rèn)知理論的內(nèi)涵及其在教育領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用

“具身認(rèn)知”（Embodied Cognition）這一概念最初是在法國(guó)科學(xué)家梅洛·龐蒂于1955年出版的《身體、思維與文化》一書(shū)中被提及的，后由其學(xué)生大衛(wèi)·安德森進(jìn)行完善，于20世紀(jì)90年代提出了具身認(rèn)知理論。此理論強(qiáng)調(diào)“身體及其所處環(huán)境共同作為認(rèn)知活動(dòng)發(fā)生的基礎(chǔ)，認(rèn)知的展開(kāi)與發(fā)生恰恰在于身體、心智以及環(huán)境三者構(gòu)成認(rèn)知系統(tǒng)的自組織生成與涌現(xiàn)”[2]。具身認(rèn)知作為第二代認(rèn)知科學(xué)被運(yùn)用到了各個(gè)領(lǐng)域中，其中，在教育領(lǐng)域，王靖、邵麗、賈麗娜等學(xué)者都取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，驗(yàn)證了在具身認(rèn)知理論指導(dǎo)下的課堂教學(xué)更具優(yōu)勢(shì)。

（二）計(jì)算思維概念界定及當(dāng)下小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的研究現(xiàn)狀

計(jì)算思維最早是由西摩·派珀特教授提出的，后由周以真教授將其帶入大眾視野之中。它體現(xiàn)了人面對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中復(fù)雜的問(wèn)題，借助計(jì)算機(jī)科學(xué)的思想和方法去理解問(wèn)題本質(zhì)，形成問(wèn)題解決的數(shù)字化方案，是問(wèn)題求解的一系列思維活動(dòng)和思考方式[3]。目前，國(guó)內(nèi)外已有大量學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了分析界定，給出了計(jì)算思維的相關(guān)定義及其所包含的核心要素，如圖1所示?？偠灾?，計(jì)算思維是時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，是未來(lái)社會(huì)應(yīng)具備的一項(xiàng)涵蓋多要素的復(fù)合能力。

為厘清當(dāng)下小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的現(xiàn)狀問(wèn)題，本文以“計(jì)算思維”及“小學(xué)生”為關(guān)鍵詞于中國(guó)知網(wǎng)共檢索到近百篇相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合CiteSpace6.2.R1軟件對(duì)近三年國(guó)內(nèi)關(guān)于小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了可視化分析，得到相關(guān)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜，如圖2所示。同時(shí)對(duì)排名前十的高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行了梳理總括，其詞頻與中心度分布情況如表1所示。

通過(guò)以上可視化的圖片、圖表等，可以分析得出當(dāng)下有關(guān)計(jì)算思維的研究多處于策略研究層面，相關(guān)教學(xué)設(shè)計(jì)較少，不利于一線教師進(jìn)行實(shí)踐操作。因此，本文針對(duì)小學(xué)生思維方式的特殊性，運(yùn)用具身認(rèn)知理論構(gòu)建了相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)框架，并給出了具體的教學(xué)設(shè)計(jì)方案，以期能促進(jìn)新課標(biāo)的落地實(shí)施，進(jìn)一步提升小學(xué)生的計(jì)算思維。

三、面向小學(xué)生計(jì)算思維提升的具身教學(xué)設(shè)計(jì)框架、教學(xué)設(shè)計(jì)方案與實(shí)踐策略

（一）面向小學(xué)生計(jì)算思維提升的具身教學(xué)設(shè)計(jì)框架

在進(jìn)行具身認(rèn)知視域下面向小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要捋清具身認(rèn)知、計(jì)算思維及所選知識(shí)點(diǎn)之間的映射關(guān)系。其次要設(shè)計(jì)多種教學(xué)活動(dòng)，巧妙激活學(xué)生的身體圖式，幫助學(xué)生更好地理解抽象的計(jì)算思維概念。最后，所設(shè)計(jì)的具身教學(xué)活動(dòng)應(yīng)讓學(xué)生感受到信息科技的應(yīng)用價(jià)值，從而發(fā)揮提升小學(xué)生計(jì)算思維的作用。基于此，本研究搭建了分三個(gè)階段七個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)框架，如圖3所示。

（二）面向計(jì)算思維提升的具身教學(xué)設(shè)計(jì)——以“游戲博弈中的策略”為例

1.課前預(yù)備階段

（1）學(xué)情分析

本節(jié)課是面向五到六年級(jí)的學(xué)生制定的，此階段學(xué)生具備較高的抽象思維能力，且剛開(kāi)始接觸 Scratch 編程等內(nèi)容，正是培養(yǎng)計(jì)算思維能力的關(guān)鍵時(shí)期。因此，在授課過(guò)程中，我們應(yīng)組織好各知識(shí)點(diǎn)間的銜接關(guān)系，多組織學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐。如在“抽火柴”游戲環(huán)節(jié)，要盡可能調(diào)動(dòng)學(xué)生眼、耳、手等的感知通道，進(jìn)一步幫助學(xué)生計(jì)算思維能力的提升。

（2）設(shè)定計(jì)算思維教學(xué)目標(biāo)

在確定好教學(xué)內(nèi)容后，教師應(yīng)根據(jù)多維目標(biāo)的要求，巧妙地融合計(jì)算思維的概念，制定出符合小學(xué)生年齡特征的計(jì)算思維教學(xué)目標(biāo)，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)分類如表2所示。

（3）融入計(jì)算思維的具身教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

研究者們發(fā)現(xiàn)，那些形式上更加直觀、資源上更加豐富、操作上更追求互動(dòng)、方法上更注重探究的學(xué)習(xí)內(nèi)容，都將深化學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)素養(yǎng)的發(fā)展[4]。因此，在進(jìn)行以提升計(jì)算思維為目標(biāo)的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)上，應(yīng)充分發(fā)揮具身認(rèn)知理論的優(yōu)勢(shì)，從圖4所示的四個(gè)維度上進(jìn)行構(gòu)思，基于現(xiàn)實(shí)條件設(shè)計(jì)出符合教學(xué)要求的具身教學(xué)活動(dòng)，以此來(lái)促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

（4）教學(xué)內(nèi)容分析

在暫無(wú)配套學(xué)科教材的現(xiàn)狀下，本研究依據(jù)計(jì)算思維培養(yǎng)的要求，從各類現(xiàn)有教材與網(wǎng)絡(luò)上遴選了與“游戲博弈中的策略”這一主題相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，并從以上四個(gè)維度出發(fā)，設(shè)計(jì)了適用于所選教學(xué)內(nèi)容的具身教學(xué)活動(dòng)，同時(shí)羅列了其與計(jì)算思維核心要素之間的映射關(guān)系，如表3所示。

（5）數(shù)字化具身教學(xué)環(huán)境創(chuàng)設(shè)

傳統(tǒng)課堂通常采用緊湊順序的排列方式，極大地束縛了學(xué)生的身體。在具身認(rèn)知理論的指導(dǎo)下，教師可依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，創(chuàng)設(shè)具身教學(xué)環(huán)境，如U形排列方式等，以此來(lái)滿足不同學(xué)習(xí)方式所需要的環(huán)境需求。另外，教育工作者應(yīng)當(dāng)重視數(shù)字化教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，使得學(xué)生在這種情境氣氛的陶染下，潛移默化地養(yǎng)成運(yùn)用計(jì)算思維解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.正式授課階段

教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)如下：

（1）問(wèn)題導(dǎo)入，提煉細(xì)化學(xué)習(xí)任務(wù)。課程開(kāi)始之前，以“田忌賽馬”的故事導(dǎo)入。首先組織學(xué)生觀看相關(guān)視頻，并在頭腦中進(jìn)行具身模擬；其次歸納出故事中所使用的策略，以此來(lái)引出今天的授課主題；最后明確告知學(xué)生本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（2）掌握三種基本算法結(jié)構(gòu)的概念及應(yīng)用。三種基本算法結(jié)構(gòu)分別為順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)。教師可通過(guò)相關(guān)實(shí)體教具的展示講授這部分內(nèi)容，讓學(xué)生盡可能參與到講解過(guò)程中來(lái)，感受算法的魅力。

（3）通過(guò)“抽火柴”小游戲，進(jìn)行算法的策略設(shè)計(jì)。在確保學(xué)生習(xí)得三種數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)之后，組織學(xué)生進(jìn)行“抽火柴”小游戲，游戲規(guī)則如下：一堆火柴有n根，A、B兩人輪流取出。每人每次可以取1 ～X 根，最先沒(méi)有火柴可取的人為敗方，另一方為勝方。如果先取者有必勝策略則記為1，先取者沒(méi)有必勝策略記為0。在明確游戲規(guī)則之后，指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)操中更為具象地探索和表達(dá)對(duì)計(jì)算思維的理解與應(yīng)用。

（4）總結(jié)概括，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行遷移反思。此時(shí)學(xué)生已經(jīng)了解策略的概念，掌握了三種算法的基本結(jié)構(gòu)，且可以針對(duì)真實(shí)問(wèn)題，進(jìn)行算法的策略設(shè)計(jì)，同時(shí)學(xué)生還增強(qiáng)了自身的計(jì)算思維意識(shí)與能力，可將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行遷移。

3.評(píng)價(jià)反饋階段

教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋優(yōu)化如下：

（1）教學(xué)評(píng)價(jià)是教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程的“指揮棒”。對(duì)于計(jì)算思維的測(cè)評(píng)應(yīng)當(dāng)從原理理解和項(xiàng)目實(shí)踐兩方面構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，既反映個(gè)體對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科核心概念和方法的掌握，又反映將其運(yùn)用于解決普適化問(wèn)題的能力[5]。因此，在本研究中，首先應(yīng)該對(duì)本節(jié)課的教學(xué)主題“游戲博弈中的策略”進(jìn)行深入分析，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的“知識(shí)評(píng)價(jià)量表”。其次結(jié)合具身認(rèn)知理論設(shè)計(jì)“多維度計(jì)算思維測(cè)量表”，將二者進(jìn)行結(jié)合，為本節(jié)課做出評(píng)價(jià)。

（2）在優(yōu)化反饋環(huán)節(jié)，可以通過(guò)日常觀察等方法，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，把握教學(xué)過(guò)程中存在的缺陷與不足，及時(shí)對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以保證教學(xué)更好地進(jìn)行，起到增強(qiáng)學(xué)生計(jì)算思維能力的作用。

（三）面向計(jì)算思維提升的具身教學(xué)實(shí)踐策略

1.教學(xué)內(nèi)容的選擇要蘊(yùn)含計(jì)算思維概念且適于具身認(rèn)知理論

在運(yùn)用具身認(rèn)知理論進(jìn)行面向計(jì)算思維提升的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要確保教學(xué)內(nèi)容中蘊(yùn)含計(jì)算思維概念。其次要充分理解具身認(rèn)知理論的內(nèi)涵，了解其適合的應(yīng)用范圍和場(chǎng)景，避免出現(xiàn)指導(dǎo)理論與教學(xué)內(nèi)容不符的情況，偏離了教學(xué)實(shí)際，過(guò)分強(qiáng)調(diào)身體參與，反而降低了教學(xué)效果，不利于學(xué)生發(fā)展。

2.強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維意識(shí)的培養(yǎng)與具身生態(tài)環(huán)境的建設(shè)

計(jì)算思維的養(yǎng)成不止于信息技術(shù)學(xué)科知識(shí)的獲取，更重要的是通過(guò)信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)了解工具背后的學(xué)科思想，使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知的變化[6]。所以教學(xué)內(nèi)容的選擇應(yīng)秉承“提高意識(shí)，培養(yǎng)習(xí)慣”的原則，引導(dǎo)學(xué)生形成運(yùn)用計(jì)算思維解決問(wèn)題的基本認(rèn)知，將學(xué)生鍛造成為具備應(yīng)對(duì)未來(lái)復(fù)雜智能化環(huán)境的新時(shí)代青年。同時(shí)要注重具身教學(xué)情境的建設(shè)，增強(qiáng)課堂的互動(dòng)性，助力實(shí)現(xiàn)提升小學(xué)生計(jì)算思維意識(shí)與能力的教育愿景。

四、結(jié)語(yǔ)

筆者在具身認(rèn)知理論的指導(dǎo)下，搭建了面向計(jì)算思維提升的具身教學(xué)設(shè)計(jì)框架，并以新課標(biāo)中“游戲博弈中的策略”為例，圍繞框架進(jìn)行了具體的教學(xué)設(shè)計(jì)，最后提出了相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐策略。運(yùn)用此類教學(xué)設(shè)計(jì)，使得學(xué)生能夠在課堂學(xué)習(xí)中全身心地參與進(jìn)來(lái)，對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)大有裨益。

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作者單位：喀什大學(xué)

責(zé)任編輯：周航