基于計算思維培養(yǎng)的“互聯(lián)網(wǎng)信息處理”單元教學設計探索

摘要：本文以義務教育階段信息科技課程“互聯(lián)網(wǎng)應用與創(chuàng)新”模塊中的“互聯(lián)網(wǎng)信息處理”單元為基礎，基于計算思維培養(yǎng)與跨學科綜合思維能力培養(yǎng)，選用“探秘黃金分割”項目，引導學生利用互聯(lián)網(wǎng)開展跨學科研究，從不同角度抽象并界定問題、對問題進行量化、建立模型、得出結論或完成計算，進而提升學生的信息意識、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力，幫助學生發(fā)展計算思維，提升綜合思維水平。

關鍵詞：計算思維；互聯(lián)網(wǎng)信息處理；單元教學設計；跨學科學習

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）20-0000-03

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”》）指出，信息科技課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)，主要包括信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任。其中，“計算思維”是信息科技學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重點，亦是難點。同時，《義務教育課程方案（2022年版）》提出，各門課程原則上要用不少于10%的課時設計跨學科主題學習。

“互聯(lián)網(wǎng)應用與創(chuàng)新”是第四學段的起始模塊，該模塊的內容要求“學生能夠根據(jù)學習和交流的需要，使用互聯(lián)網(wǎng)搜索、遴選、管理并貢獻有價值的數(shù)據(jù)和資源，能夠創(chuàng)建具有特色的作品”。該內容可加深學生對互聯(lián)網(wǎng)的認識，幫助學生形成利用互聯(lián)網(wǎng)基礎設施和計算思維方法解決學習和生活中各種問題的能力，對學生信息科技學科核心素養(yǎng)的提升具有重要作用。

那么，如何在互聯(lián)網(wǎng)信息處理中發(fā)展學生的計算思維？能不能將計算思維的培養(yǎng)與跨學科學習結合起來？項目如何選擇？活動如何設計？這些都是值得教師思考的問題。

用——計算思維發(fā)展之源

計算思維要想獲得發(fā)展，必須將其運用到“解決問題過程中”，也就是要“用”起來，要創(chuàng)設真實的情境，讓學生在情境中經(jīng)歷解決問題的過程，對面臨的問題進行抽象、分解、建模，然后設計算法，形成問題解決方案，不斷反思、優(yōu)化該方案，并將其遷移運用于其他問題的解決。

融——跨學科學習落實之本

信息科技課程具有基礎性、實踐性和綜合性特點，具有“跨學科”屬性。因此在教學中，教師要將跨學科學習與信息科技課程融合起來，采用在線學習、合作學習方式，解決跨學科學習問題，邊學邊用。這樣既能提升課時的利用率，也能增強學習的有效性。

擇——互聯(lián)網(wǎng)信息處理入課之徑

在“互聯(lián)網(wǎng)信息處理”中融入跨學科學習，發(fā)展學生的計算思維，項目選擇是關鍵。教師要著眼于學生的最近發(fā)展區(qū)，為學生提供有知識或經(jīng)驗基礎且有一定難度的內容，調動學生的積極性，發(fā)揮其潛能，使其能在項目活動中超越最近發(fā)展區(qū)而達到下一發(fā)展階段。

教——案例：“探秘黃金分割”項目

1.課標分析

本單元的核心關注點是互聯(lián)網(wǎng)信息的處理，主要涉及的學科核心素養(yǎng)是數(shù)字化學習與創(chuàng)新、計算思維。在完成本單元的學習后，學生可以將學習到的互聯(lián)網(wǎng)信息獲取與互聯(lián)網(wǎng)作品創(chuàng)建的相關知識運用到實際學習研究中，深刻領會互聯(lián)網(wǎng)在學習、生活中的作用，逐步形成解決在線學習問題的基本模型，為后續(xù)學習奠定堅實基礎。

2.教學目標

①經(jīng)歷對“探秘黃金分割”項目的探究與學習，體驗線上交流小組的組建與管理，掌握互聯(lián)網(wǎng)資源獲取、遴選、分類保存的方法，學會協(xié)同編輯在線文檔，提升數(shù)字化學習能力；

②對“探秘黃金分割”項目開展跨學科、有重點的探究，嘗試抽象并界定問題、對問題進行量化，進而建立模型、得出結論或完成計算，逐步學習用計算機領域的思想方法解決實際問題，發(fā)展計算思維；

③綜合運用信息科技、數(shù)學、語文、美術等多學科知識創(chuàng)建具有特色的作品并進行展示，提升綜合思維能力。

3.策略分析

“探秘黃金分割”項目涉及數(shù)學、生物、美術、音樂、日常生活等多個領域，具有典型的跨學科性質。本單元教學將互聯(lián)網(wǎng)信息處理中的信息搜索、信息管理、團隊組建、在線交流、協(xié)同寫作、作品呈現(xiàn)等，整合到學生“發(fā)現(xiàn)問題→組建研究團隊→確定研究主題→開展研究活動→表達研究成果→進行研究總結”的全過程中，引導學生利用互聯(lián)網(wǎng)開展研究，探索黃金分割的秘密，獲得對黃金分割更全面、更深刻的認識，提升學生的信息意識、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力。同時，在探究黃金分割的過程中，嘗試從不同角度抽象并界定問題、對問題進行量化，進而建立模型、得出結論或完成計算，逐步掌握探究數(shù)理類問題的一般步驟，幫助學生發(fā)展計算思維。

4.課時教學過程安排

盡管黃金分割涉及諸多領域，但這是一個與數(shù)字和計算相關的問題，可以用計算機科學領域的思想方法來進行研究。課程環(huán)節(jié)及安排如下表所示。

評——學科核心素養(yǎng)落實的關鍵

本項目關注學科核心素養(yǎng)在項目活動中的落實，采用自評+互評、結果+過程、量表+觀察的方式進行評價。在項目開展過程中，用項目活動記錄表約束進程，在整體項目完成后，用評價量規(guī)從整體上考察學科核心素養(yǎng)的落實情況，具體評價內容為：①能針對一定目標，通過互聯(lián)網(wǎng)，多渠道獲取所需信息，掌握互聯(lián)網(wǎng)信息搜索的基本方法（A，T，I）。②能科學組建并管理在線團隊，合理利用互聯(lián)網(wǎng)平臺開展在線交流與協(xié)同寫作（I，R）。③能依據(jù)一定的目標，對獲取的信息進行鑒別，遴選出有價值的信息（A，I）。④能夠結合實例，對信息進行分類整理與管理（T，I）。⑤能從不同角度抽象并界定問題、對問題進行量化，進而建立模型、得出結論或完成計算，掌握探究數(shù)理類問題的一般步驟（T）。⑥能用恰當?shù)男问奖磉_研究成果并發(fā)表在互聯(lián)網(wǎng)中，為互聯(lián)網(wǎng)貢獻有價值的信息（R）。（說明：A-信息意識，T-計算思維，I-數(shù)字化學習與創(chuàng)新，R-信息社會責任）

析——基于計算思維培養(yǎng)的探究學習步驟細化

在基于計算思維培養(yǎng)的互聯(lián)網(wǎng)信息處理單元教學中，最重要也是最難的是如何引導學生運用計算機領域的思想方法解決面對的問題。下面，筆者以生物小組為例，解釋學生探究時的具體步驟。

第一步：抽象并界定問題

生物小組遇到的問題可以抽象為：利用一定的手段，獲取目標生物體的特定生長特征數(shù)據(jù)，分析不同類別數(shù)據(jù)間的關系，發(fā)現(xiàn)并歸納其中的規(guī)律。生物小組的學生可將問題界定為：如何獲取目標生物體的特定生長特征數(shù)據(jù)；如何對數(shù)據(jù)進行分析，并發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律；如何科學、規(guī)范地呈現(xiàn)研究結果。

第二步：量化

量化是將信息用數(shù)值或符號來表示，轉化成計算機可以處理的方式。生物小組的學生可分成兩個小隊，對動植物的生長特征數(shù)據(jù)進行收集整理。一隊負責實地測量，另一隊借助互聯(lián)網(wǎng)查找資料，兩隊通過在線文檔實時編輯、匯總數(shù)據(jù)，并與互聯(lián)網(wǎng)中的其他生物小組共享資料，形成多張數(shù)據(jù)表。

第三步：建立模型

建立模型是在量化的基礎上，構建各變量之間的數(shù)學關系，建立“可計算”的數(shù)學公式或用數(shù)學語言進行描述。生物小組的學生對收集到的數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)可以從以下幾方面建立數(shù)據(jù)模型：①可通過計算楓葉寬度（B）/楓葉葉脈長度（A）來尋找楓葉葉脈長度與寬度之間的關系；②在將圖1中的數(shù)據(jù)剔除重復數(shù)字后，可得到一組數(shù)據(jù)：3，5，8，13，21，34，55，89；將圖2中的數(shù)字列舉出來，可以得到一組數(shù)據(jù)：1，2，3，5，8，13。兩組數(shù)據(jù)有部分重合。去重后整理可得到一組新的數(shù)據(jù)：1，2，3，5，8，13，21，34，55，89（形成的新數(shù)列）。

觀察新數(shù)列（斐波那契數(shù)列），可發(fā)現(xiàn)兩個特征：①自第三項開始，后面的每個數(shù)字都是該數(shù)字之前的兩個數(shù)字之和；②可計算該數(shù)列中相鄰兩個數(shù)字的比值，尋找其與黃金分割之間的關系。

第四步：得出結論或完成計算

生物小組可利用在線文檔中電子表格的計算功能，按照在第三步探索出的數(shù)據(jù)模型，計算出楓葉葉寬與葉脈長度的比值、新數(shù)列中相鄰兩個數(shù)字的比值。通過數(shù)據(jù)，學生能夠發(fā)現(xiàn)楓葉葉寬與葉脈的比值在0.618附近波動，其平均值接近黃金分割比；在新數(shù)列中，隨著項數(shù)的增加，相鄰兩個數(shù)字的比值逐漸接近黃金分割比。由此，生物小組得出如下結論：許多生物中都隱藏著黃金分割的秘密，但生物的生長在共性中有其個性，并不是千篇一律的，也很難用公式準確衡量。所以，生物的生長模式總是一步步接近，但從未達到精確的黃金分割比例。

思——信息科技教學能力提升之道

計算思維為學生提供了一個跨領域的問題解決框架，它不僅適用于計算機科學，還適用于包括自然科學、社會科學在內的所有學科。這種思維模式有助于學生形成全局觀念，從而使其能夠更好地理解和解決復雜問題。

參考文獻：

中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.