指向計(jì)算思維的小學(xué)生思維可視化教學(xué)策略研究

中圖分類號：G434文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2025）13—0055-04

隨著信息科技課程的不斷發(fā)展，計(jì)算思維已成為提升學(xué)生綜合能力的核心素養(yǎng)之一。計(jì)算思維不僅幫助學(xué)生在問題解決、邏輯推理和創(chuàng)新能力方面取得突破，還在知識應(yīng)用和跨學(xué)科學(xué)習(xí)的培養(yǎng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，如何在教學(xué)中有效地培養(yǎng)計(jì)算思維，成為教育實(shí)踐中的一大挑戰(zhàn)。思維可視化作為一種創(chuàng)新性的教學(xué)策略，通過圖示化工具將抽象的思維過程具象呈現(xiàn)，既有助于學(xué)生理解知識間的內(nèi)在聯(lián)系，又能強(qiáng)化其對復(fù)雜概念的實(shí)際應(yīng)用能力。因此，筆者嘗試在小學(xué)信息科技教學(xué)中探討思維可視化如何幫助學(xué)生全面提升計(jì)算思維，并提出相應(yīng)的教學(xué)策略。

思維可視化：培養(yǎng)計(jì)算思維的重要方法

1.計(jì)算思維的內(nèi)涵

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)處理問題的方法進(jìn)行問題建模、分析、推理及解決的思維方式，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化分解問題，通過算法、抽象和模式識別促進(jìn)問題解決。《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）明確指出“計(jì)算思維是信息科技核心素養(yǎng)之一，對培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新能力和問題解決能力起著關(guān)鍵的推動作用。通過程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、算法思維等教學(xué)途徑，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維”。然而，在實(shí)際教學(xué)中，將計(jì)算思維融人課堂教學(xué)面臨諸多挑戰(zhàn)，培養(yǎng)效果可能難以達(dá)到預(yù)期。因此，教師需要靈活運(yùn)用教學(xué)策略，確保計(jì)算思維在課程中得到全面滲透，從而有效提升學(xué)生的這一核心素養(yǎng)。

2.思維可視化的內(nèi)涵

思維可視化是指運(yùn)用思維導(dǎo)圖、模型圖、流程圖等圖形化工具及相關(guān)技術(shù)軟件，將抽象的思維過程和思考方式轉(zhuǎn)化為清晰、具體、直觀的可視化表現(xiàn)形式。思維可視化的核心在于系統(tǒng)化分解與梳理思維過程，助力學(xué)生從表面認(rèn)知過渡到深層理解，因此它是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要方法。通過圖示化分析與講解，使得學(xué)生的思維形成過程得以完整呈現(xiàn)，學(xué)生能夠直觀把握知識結(jié)構(gòu)，理解復(fù)雜概念，進(jìn)而提升邏輯思維與問題解決能力。此外，思維可視化教學(xué)還助力教師高效評估學(xué)生的知識掌握情況，通過觀察學(xué)生的圖示記錄，教師能迅速識別認(rèn)知誤區(qū)，并進(jìn)行及時干預(yù)，提高教學(xué)的即時性與針對性。

指向計(jì)算思維的思維可視化教學(xué)策略

按照新課標(biāo)的要求，計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)融入課程的每個環(huán)節(jié)，以逐步培養(yǎng)學(xué)生分析、抽象、推理及解決問題的能力。教師應(yīng)鼓勵學(xué)生采用思維可視化工具來展示其解題思路和成果。通過可視化手段，學(xué)生在解答問題時能夠清晰地呈現(xiàn)其思維流程，而教師則能借助對圖示的深度剖析，精確地把握學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)，從而提供針對性的指導(dǎo)與反饋。思維可視化不僅促進(jìn)了學(xué)生對知識內(nèi)容的深人理解，還有助于他們構(gòu)建起條理分明的思維架構(gòu)。進(jìn)一步而言，這種方法在提升學(xué)生的歸納總結(jié)、邏輯推理以及知識的綜合應(yīng)用能力方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，對于發(fā)展計(jì)算思維具有不可忽視的重要性。思維過程往往具有內(nèi)隱性和復(fù)雜性，采用特定的技巧將其顯性化顯得尤為必要。因此，筆者提出以下四項(xiàng)思維可視化策略，旨在全面提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。

1.思維結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化：構(gòu)建知識框架，理清思維脈絡(luò)

通過精心組織知識內(nèi)容，構(gòu)建層次分明、邏輯清晰的知識框架與思維路徑，形成思維系統(tǒng)化的結(jié)構(gòu)。其核心在于幫助學(xué)生在面對復(fù)雜的學(xué)科知識體系時，迅速辨識核心知識點(diǎn)及其相互間的聯(lián)系，進(jìn)而深化對學(xué)科內(nèi)容的理解與掌握。此過程常借助圖形化工具，如思維導(dǎo)圖與層級結(jié)構(gòu)圖，這些工具以直觀形式展現(xiàn)知識的架構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生對知識體系各部分關(guān)系的認(rèn)知。新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)“在解決實(shí)際問題的過程中學(xué)生需具備條理化的問題分解與分析能力”，而思維可視化正是培養(yǎng)學(xué)生此能力的關(guān)鍵途徑。它不僅是對知識體系的整理，更是對思維流程的優(yōu)化，使學(xué)生在認(rèn)知過程中能從復(fù)雜信息中提煉核心，提升分析與解決問題的效能。

以“計(jì)算機(jī)組成部件”的教學(xué)為例，運(yùn)用思維導(dǎo)圖將計(jì)算機(jī)的核心組件（如圖1）及其相互關(guān)聯(lián)進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，為學(xué)生構(gòu)建一個全面的計(jì)算機(jī)組成的整體框架。通過這一方法，學(xué)生不僅掌握了各部分的基本功能，還深化了對計(jì)算機(jī)整體運(yùn)作原理、各組件的功能及其協(xié)同工作機(jī)制的理解。此外，還可通過層級結(jié)構(gòu)圖進(jìn)一步細(xì)化展示計(jì)算機(jī)的組成，如將硬件細(xì)分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等，幫助學(xué)生明確各層級的功能與相互間關(guān)系，深化認(rèn)知層次。

在編程教學(xué)中，利用思維導(dǎo)圖將編程語言的核心概念（如下頁圖2）進(jìn)行層級化組織，并通過圖形化方式直觀展示，幫助學(xué)生深入理解編程結(jié)構(gòu)的內(nèi)在邏輯與元素間的關(guān)聯(lián)。學(xué)生通過這種方式能夠清晰洞察各模塊的功能及其在整體程序架構(gòu)中的角色，有效避免思維混亂與邏輯錯誤。通過系統(tǒng)化的知識結(jié)構(gòu)，學(xué)生得以更高效地掌握編程語言的核心原理，并在編程實(shí)踐中能夠有條不紊地組織代碼，提升編程技能與效率。

2.思維流程清晰化：明確解決步驟，梳理思維路徑

通過圖示化工具詳盡地展示問題解決過程中的每一步驟及其執(zhí)行次序，使思維流程更清晰，從而增強(qiáng)學(xué)生的邏輯推理與問題解決能力。在計(jì)算思維的培養(yǎng)中，由于問題往往涉及多個步驟，學(xué)生需分階段地進(jìn)行細(xì)致的分析、推理與操作。通過流程圖等可視化工具，學(xué)生能夠洞察問題解決流程的每一環(huán)節(jié)，有效防止在思考過程中產(chǎn)生認(rèn)知偏差與思路混淆。這種條理清晰的思維路徑使學(xué)生在面對復(fù)雜問題時，能夠有條不紊地進(jìn)行思考與決策，顯著提升其問題解決效率與準(zhǔn)確性。

以人教版五年級《閏年平年我知道》一課為例，教師利用流程圖展示多分支結(jié)構(gòu)的執(zhí)行步驟（如圖3），便于學(xué)生認(rèn)識算法的執(zhí)行過程，明確輸入、處理和輸出的基本流程。它不僅有助于學(xué)生明確每一步的執(zhí)行順序與邏輯，還有助于他們在編程過程中減少錯誤，提升計(jì)算思維。此外，流程圖的使用還可以助力學(xué)生理清循環(huán)結(jié)構(gòu)，使他們更好地梳理程序執(zhí)行的各個環(huán)節(jié)。

在文本編輯的教學(xué)中，學(xué)生無法準(zhǔn)確判斷當(dāng)前輸人法的狀態(tài)，導(dǎo)致字符輸入錯誤的現(xiàn)象屢見不鮮。而利用流程圖（如圖4）可系統(tǒng)地指導(dǎo)學(xué)生在輸入標(biāo)點(diǎn)符號時應(yīng)遵循的步驟和注意事項(xiàng)，明確指出判斷輸人法狀態(tài)的方法、Shift鍵的使用時機(jī)，為學(xué)生提供了清晰的指引框架，便于他們在遇到輸入錯誤時迅速回溯并自我糾正，確保標(biāo)點(diǎn)符號輸入的準(zhǔn)確性。

3.思維模型具象化：抽象模型具象化，提升思維應(yīng)用

思維模型具象化是一種將抽象概念、復(fù)雜算法及理論模型轉(zhuǎn)化為具體、直觀可視化模型的過程。此過程涉及將高度抽象的思維結(jié)構(gòu)通過圖形、圖表及流程圖等視覺媒介加以呈現(xiàn)，促進(jìn)學(xué)生的視覺理解與認(rèn)知深化。在信息科技教學(xué)中，針對算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及程序設(shè)計(jì)等概念，學(xué)生往往面臨理解障礙。思維模型具象化策略正是針對這一難題而形成的有效解決方案，它通過將抽象理論轉(zhuǎn)化為可操作的具體模型，使學(xué)生能直觀看到各步驟對最終結(jié)果的影響，進(jìn)而提高理解力和解決問題的能力。

以人教版五年級《冒泡排序齊體驗(yàn)》一課的教學(xué)為例，教師通過將排序邏輯轉(zhuǎn)化為具象模型，利用動畫模型演示冒泡排序算法的執(zhí)行流程，使學(xué)生能清晰追蹤數(shù)據(jù)交換的步驟與結(jié)果，深入理解算法的工作原理及其效率特征。結(jié)合程序流程圖的使用，進(jìn)一步將抽象算法步驟具象化為可視化邏輯序列，便于學(xué)生在編程實(shí)踐中準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)算法，從而提升計(jì)算思維能力。

此外，在“圖形繪制”課程中，思維模型具象化同樣發(fā)揮了關(guān)鍵作用。通過構(gòu)建具象模型，教師引導(dǎo)學(xué)生理解幾何圖形的繪制原理與步驟，運(yùn)用思維導(dǎo)圖梳理繪制流程（如圖5），結(jié)合流程圖展示步驟間的邏輯關(guān)系，使學(xué)生能夠直觀把握從指令輸入到圖形輸出的全過程。這一教學(xué)策略不僅促進(jìn)了學(xué)生對幾何概念與編程指令的掌握，還顯著提升了其幾何思維、編程實(shí)現(xiàn)能力及創(chuàng)造力，使學(xué)生能夠設(shè)計(jì)出復(fù)雜圖案。

4.思維迭代完善化：持續(xù)反饋優(yōu)化，推動思維進(jìn)化

學(xué)生通過反復(fù)的反饋和優(yōu)化，不斷調(diào)整和改進(jìn)自己的思維路徑，推動思維不斷進(jìn)化，這一過程是思

維迭代完善的過程。與傳統(tǒng)的單一反饋不同，思維迭代強(qiáng)調(diào)通

過多次循環(huán)反饋，在每一輪反饋中都能發(fā)現(xiàn)問題、提出改進(jìn)方案，并通過實(shí)施改進(jìn)進(jìn)一步完善思維過程。這一過程是動態(tài)的、持續(xù)的，不僅僅是對結(jié)果的修正，更重要的是通過反饋幫助學(xué)生在思維層面實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，使他們能夠更加清晰地認(rèn)識到自己的思維方式、決策過程和問題解決策略。通過將反饋和迭代融入學(xué)習(xí)過程，學(xué)生能夠形成自我反思和自我調(diào)整的能力，這對提升計(jì)算思維和解決問題的能力至關(guān)重要。

在人教版六年級“設(shè)計(jì)我的種植園”項(xiàng)目中，學(xué)生需要設(shè)計(jì)一個具備智能溫度調(diào)節(jié)功能的大棚系統(tǒng)。該系統(tǒng)涵蓋溫度傳感器、空調(diào)控制模塊以及直觀的控制界面。學(xué)生首先依據(jù)需求分析，初步構(gòu)想并規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并通過編程實(shí)現(xiàn)基本的溫控功能。然而，初期設(shè)計(jì)的系統(tǒng)存在一些問題，如溫控反應(yīng)遲鈍、系統(tǒng)響應(yīng)延遲以及在極端溫度變化情境下調(diào)控精度不足等。針對上述問題，教師引導(dǎo)學(xué)生逐一分析設(shè)計(jì)方案，細(xì)致剖析潛藏于系統(tǒng)中的不足，并據(jù)此提出了一系列改進(jìn)策略。在每次迭代修改后，學(xué)生都進(jìn)行了嚴(yán)格的測試與驗(yàn)證，以評估改進(jìn)的實(shí)際效果，并通過小組內(nèi)的深入討論，不斷對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行精細(xì)化打磨。在反復(fù)的反饋和優(yōu)化過程中，學(xué)生不僅解決了初期設(shè)計(jì)中的問題，還提升了對溫控系統(tǒng)的整體理解，并學(xué)會了如何在實(shí)際設(shè)計(jì)中根據(jù)反饋調(diào)整和優(yōu)化方案。通過這一過程，學(xué)生的設(shè)計(jì)思維得到逐步完善，并加深了學(xué)生對技術(shù)實(shí)現(xiàn)和問題解決的理解，使得他們后續(xù)在面對復(fù)雜任務(wù)時能夠更加高效和靈活地進(jìn)行思考和調(diào)整。

結(jié)語

思維可視化是培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維的有效策略。通過以上思維可視化策略，教師可以幫助學(xué)生將知識框架系統(tǒng)化、思維流程清晰化、抽象概念具象化，并通過小組合作和持續(xù)反饋促進(jìn)學(xué)生的思維深化，進(jìn)而全面培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

參考文獻(xiàn)：

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