初中學生計算思維發展的教學策略研究

沈姣娜

【摘要】注重培養學生的計算思維，讓信息技術與實際生活更好地聯系，才能讓學生更好地解決現在和未來的各種問題。文章結合FLASH課堂教學，從抽象能力、分解能力、算法能力、評估能力和概括能力這五方面來落實課堂教學，并從實踐中總結出注重自主式、探究式學習，方法理論與操作相結合，任務設計項目化、評價形式多樣化的教學策略與方法。

【關鍵詞】計算思維；信息技術；FLASH教學；教學策略

一、問題的提出

計算思維是目前國內外計算機及教育領域廣為關注的一個熱點。周以真教授認為：“計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動?！?013年，英國直接把原有的信息通信技術課程改名為計算課程。

以往的信息技術課堂上我們強調技術操練，這樣的課堂活動僅鍛煉了學生低層次的思維能力，學生對所學知識遺忘得很快，而且根本不知道如何運用知識解決實際問題。注重培養學生的計算思維，讓信息技術與實際生活更好地聯系，才能讓學生充分理解并能夠運用這種思維方式解決現在和未來的各種問題；注重學科思維的發展，才能真正培養學生的能力。國內的中小學信息教師逐漸認識到計算思維對于信息技術課程的重要性，逐步將計算思維的理念落實于日常教學中。

二、研究理論依據

2013年，南安普頓大學John Woollard研究員提出計算思維“是一個認知或思維過程，能夠反映人們的抽象能力、分解能力、算法能力、評估能力和概括能力”。這五方面能力的應用，貫穿了學生解決問題、完成具體任務的整個過程。面對一個復雜的任務，學生首先分析任務，利用抽象能力判斷任務要點，抓住問題的本質；其次利用分解能力把復雜的問題分解為簡單的小問題；再次利用算法能力，把具體的問題轉化為數學模型，再制訂解決方案；然后利用評估能力判斷解決方案的可行性，對方案進一步調整修改或者回到原點，重新制訂；最后在完成任務后，概括各種經驗和方法，并在遇到同類問題時能快速地解決。

三、以計算思維為核心的課堂實踐

計算思維與我們程序設計的過程非常相符，所以在初中vb教學或者虛擬機器人教學中，學生計算思維得以很好地發展。那么在其他課程的教學中，如何才能有效地開展？針對這一問題，筆者在FLASH動畫教學中進行了如下實踐。

（一）抽象能力培養的課堂實踐

在理解和分析問題過程中，抽象能力能夠幫助學生梳理關鍵點，提煉出相關操作或知識點的本質內容，重構問題，并在此基礎上能夠將這些相關內容條理化，為之后的分解問題和得出解決步驟做準備。

教學片斷1：抽象能力幫助分析具體任務

在《豐富的動畫補間動畫》這節課中，筆者設計了一個制作“花蝶戀”動畫的任務。要求學生利用之前學習的舞臺布置、元件的使用、逐幀動畫和補間動畫的制作等知識，來完成這一集合多種動畫效果的作品。在演示示例作品后，讓學生分析動畫作品，并思考下列問題。

師：動畫中出現哪些類型的動畫效果？

生：逐幀動畫和動畫補間動畫。

師：制作這一綜合動畫作品，你大致會設置幾個圖層？

生：大致是四層吧，背景層、逐幀動畫，還有兩個動畫補間動畫。

師：你計劃如何制作這一動畫，大致步驟是怎樣的？

生：設置舞臺背景，再設置好元件，制作逐幀動畫和動畫補間動畫。

在學生分析完動畫后，抽象出所看到的動畫類型為逐幀動畫和動畫補間動畫。在這一過程中，學生對不同類型的動畫特點進一步加深了印象，對相關知識點也會有進一步的理解。

教學片斷2：抽象能力幫助理解基本概念

在《認識動畫》這一課中，筆者是這樣引導學生理解“幀”和“關鍵幀”這兩個基本概念的。

師：看一下“向日葵”動畫的時間軸，老師點擊時間軸上的每一幀，請同學們查看舞臺上圖案的變化。

生：我發現老師每次點擊關鍵幀時，舞臺的圖案就會發生變化，而點擊普通幀時圖案是不會發生變化的。

師：對，任何動畫要表現運動或者變化，至少前后要給出兩個不同的關鍵狀態，表現變化這個關鍵狀態的幀就是關鍵幀。

在任務設計過程中，通常會出現以下兩種問題。

第一，教師在學生分析思考任務前，就將具體步驟詳細地呈現，沒有學生思考的過程。雖然課堂任務達成率很高，整堂課顯得有序高效，但學生的思考僅停留在低層次思維，甚至只是機械模仿。學生對所學知識遺忘得很快，而且根本不知道如何運用知識解決實際問題。

第二，教師在布置任務后，讓學生不經思考直接進行操作以完成任務，以致學生操作步驟凌亂，完成效率低，對知識的理解也是模糊的，當然也不利于培養學生分析、抽象具體任務的能力。所以在課堂任務設計中，教師要留給學生思考的空間，引導學生分析任務，分離出相關知識點，幫助學生加深理解相關知識，完善知識結構，提升抽象能力，使學生在反復操練中培養抽象分析問題的習慣。

信息技術基礎知識及基本概念一直是學生學習的難點，單純地講解概念明顯不適合初中學生。學生要在感性認識的基礎上，通過思維活動，認清事物的本質，獲得理性認識。教師在講解中增加從感性認識轉變為理性認識的過程，讓學生對客觀現實進行分析歸納，幫助理解概念，提升抽象能力。

（二）分解能力培養的課堂實踐

分解能力建立在抽象能力的基礎上，它幫助學生將問題分而治之，把復雜綜合性問題化解為簡單的獨立問題，單獨地進行理解、解決、開發和評估。在實際任務中，我們可以按維度、按層次、按流程分解問題。

教學片斷3：分解能力幫助分解復雜問題

在《添加ActionScript代碼》這一課中，在學生學習了基礎知識后，筆者設計了這樣一個綜合性的任務，在提供的動畫半成品的基礎上，添加按鈕和代碼，完成動畫作品。

任務四：制作綠碳愛心樹動畫

師：大家看這個示例動畫，我們先來分析一下這個動畫，動畫中哪些地方可以實現頁面跳轉？分別跳轉至哪一頁？帶著這兩個問題再次查看動畫，并填寫動畫規劃表。

生：片頭點擊按鈕后應該跳至第二幀播放，然后點擊不同的功能按鈕，跳轉至澆水、陽光、施肥等界面。最后播放片尾，如果點擊了Replay，就返回片頭。

師：分析得很全面，還有同學要補充嗎？

生：在澆水、陽光、施肥界面點擊了Back按鈕后才能返回主界面，否則無法繼續其他的操作。

學生完成規劃表的填寫。

師：根據規劃表要求，想一想你要添加哪些按鈕和代碼來完成“綠碳愛心樹”動畫的制作？

生：我們要添加按鈕，在每個幀上添加停止播放代碼，還要為各按鈕添加事件觸發代碼。

通過查看示例動畫，在規劃表和問題的引導下，學生很容易就分析出需要從添加按鈕，添加停止播放代碼，為各按鈕添加事件觸發代碼這三方面著手完成動畫作品，把原來看似復雜的綜合任務分解為獨立的小任務，再進一步分析和解決這三個問題。在這個過程中，這個動畫規劃表起到了關鍵的作用，幫助學生分析動畫，理清思路，更重要的是培養了學生使用圖表工具和分解思維分析化解問題的習慣。學生在今后遇到的實際生活學習問題中，學會用這種思維方式來解決問題。

（三）算法、評估能力培養的課堂實踐

所謂算法能力就是將實際的生活問題建立數學模型的能力。建模就是通過明確定義的步驟來處理、解決復雜問題的方法，它強調的是解決問題過程中資源的分配和步驟規則的制定，而不是問題的答案。評估能力就是指判斷“算法”是否是解決問題的最佳方案，并能夠指出問題所在，進一步優化算法的能力。在初中信息課中最能夠培養學生算法、評估能力的部分就是綜合作品的創作。比如在《綜合創作動畫作品》這一課中，不但涉及知識的綜合運用，還要求學生進行小組合作，分工配合，對學生來說難度極大。在這種綜合作品創作的課程中，可以對任務建模，避免盲目制作，提高作品完成效率。具體可以引導學生制定動畫作品實施計劃表和計劃圖（如圖1），對動畫劇本、角色分鏡繪制、動畫制作、后期加工等不同任務進行分工，體驗“多線程式”和“迭代探索式”的工作方式。在制作過程中，組員再進一步評估分析，修正方案。

（四）概括能力培養的課堂實踐

概括能力是基于先前已經解決的問題，總結出方法經驗后，快速地解決新問題的能力，對于同類問題還可以概括出一個通用的解決方案。

教學片斷4：概括能力快速解決新問題

在《簡單的動畫補間動畫》這一課中，學生要掌握創建動畫補間動畫的基本方法。動畫補間動畫除了元件位置變化，還有大小、不透明度、顏色、旋轉的變化。所以筆者在這節課中設計了“跳動的籃球”這一動畫制作任務，要求學生制作籃球上下、旋轉的動畫和陰影大小變化的動畫。在學習并制作了籃球位置變化的動畫補間動畫后，讓學生探究嘗試制作其他類型的動畫補間動畫。

師：剛才同學們已經完成了籃球上下運動的補間動畫，接下來想一下在籃球運動的過程中，陰影應該有怎樣的變化？

生：籃球落下，陰影應該變大，籃球彈起，陰影變小。

師：那陰影的動畫該如何來制作？請同學們嘗試制作陰影的動畫補間動畫，并想一想制作動畫補間動畫應注意哪些關鍵問題。

學生嘗試操作，通過剛才籃球動畫的制作，學生很快發現只要在起始幀把陰影縮小，結束幀陰影放大，再添加補間動畫就完成了。

生：通過兩種補間動畫的制作，我發現設置好起始幀和結束幀是制作動畫補間動畫的關鍵。

概括能力能夠幫助學生聯系已有的知識經驗，觸類旁通來解決新問題。通過這次補間動畫的探究式學習，相信學生對動畫補間動畫已有了比較深層次的思維體驗，以后遇到同類問題也能快速地解決。

四、教學策略與方法

信息技術教學一直倡導的方法是“做中學”。很多教師都認為信息技術課就是教學生怎樣使用計算機，把“做中學”理解為技術操練，機械模仿。大批學生能夠模仿教師示范完成操作任務，一節課下來任務達成率很高，整堂課顯得有序高效。但是這樣的課堂活動僅鍛煉了學生低層次的思維能力，學得快忘得也快，而且學生根本不知道如何運用知識解決實際問題。這樣的誤區不僅有礙于學生信息學科思維發展，更造成信息課價值喪失，淪為“技能培訓班”。為促進學生計算思維的發展，筆者認為信息技術課堂應該從以下五個方面著手。

（一）注重自主式、探究式學習方法

通過教師的引導，學生自主學習探究，有助于學生深層次的思維發展。在自主探究式的學習過程中，學生的主體性得到充分發揮。學生在自主分析、概括、解決問題的過程中，計算思維得以充分發展。教師也要針對學生的思維特點，通過對教材的整合優化，為學生搭建探究式學習平臺。比如在《創建按鈕元件》一課中，理解按鈕元件四個不同狀態幀的意義是教學難點。在教學中我們可以利用“問題按鈕”，讓學生觀察對比，分析推理，修改完善，解決問題，從而加深對按鈕元件四個不同狀態幀的理解。

（二）理論與操作相結合

理論教學一直是信息技術教學的薄弱環節。很多教師重視操作，卻忽視了理論。學生只知道“怎么做”而不知“為什么這樣做”。在操作學習中需要思維的參與，只有理解操作所要解決的根本問題是什么，學生才能觸類旁通，舉一反三，將知識和技能內化為思維的一部分。因此，信息教學應注重理論與操作相結合，在注重操作的同時，適度地講解知識原理。例如在學習形狀補間動畫的過程中，很多學生常常會忘記分離對象。雖然教師一直強調不要忘記分離，但這只是機械性的記憶，學生很快就會忘記這一操作。為什么要分離呢？是不是所有操作對象都需要分離呢？只有幫助學生解決這兩個疑問，學生才能正確地應用操作。所以在講解“分離”這一操作時，要簡單介紹一下矢量圖與位圖，在制作補間動畫時，矢量圖（如flash中繪制的圓形、方形）是不需要分離的，而如果是位圖、元件、文字，必須分離后才能制作動畫。

（三）任務設計項目化

所謂項目化，就是教學任務有一定的實際應用價值，圍繞任務目標，會產生一系列復雜的相關聯的項目活動。項目化的任務設計，有助于學生開展自主探究學習。項目化的學習過程，有助于學生內化所學知識，提升思維層次。綜合性強的項目任務，能夠幫助學生理解計算思維涵蓋的計算概念和方法，培養學生運用抽象、分解、算法、評估和概括這五種思維方式解決問題的習慣，鍛煉學生使用流程圖、思維導圖等工具清晰地表達自己想法的能力。

（四）評價形式多樣化

操作技能的評價更注重結果，因為它的成效比較單一，評價方式比較簡單。而計算思維的成效更多樣化，評價難度較高。我們不僅要關注學習結果，更要關注學生解決問題的條理性、多樣性和批判性，從多方面評價學生。所以在日常教學中，更要關注學生的思維過程，利用課堂觀察、小組評價、成長記錄等多種評價方式來評估學生的計算思維能力。

五、計算思維培養實施成效

計算思維的培養可謂任重道遠，因思維具有內隱性和多樣性，對于學生思維的評價也頗有難度。在實行相關教學實踐一學期后，筆者針對學生信息技術課程的學習情況進行了問卷調查。調查發現，學生的課堂拓展任務達成度、自主探究學習能力以及思維工具使用習慣都有了一定的提高。首先，計算思維的培養讓學生的知識遷移和應用能力都有很大提高，在課堂中教師布置的拓展性任務達成率較以往都有所提高。其次，計算思維課堂中項目化的任務設計及探究式的課堂教學提升了學生自主學習的能力，提高了課堂學習效率。再次，概括能力、分解能力的提升和日常學習中流程圖、思維導圖等思維工具的應用，讓學生的操作更具條理性，也讓學生在日常的學習、生活中養成了運用思維工具的習慣。

第4題：沒有老師的提示幫助，你能完成拓展任務嗎？

809班問卷第4題統計結果對比（圖2實驗前，圖3實驗后）

六、收獲和感悟

正如《為未來而教，為未來而學》的作者提出的“具有生活價值的學習理念”，培養學生的計算思維，就是讓信息技術與實際生活更好地聯系，讓學生充分理解并能夠運用這種思維方式解決現在和未來的各種問題。而培養學生的計算思維可謂是任重道遠，作為信息教師仍需砥礪前行。

第一，作為教師，我們要轉變觀念，不僅要重視學生學習的結果，更要重視學生學習的思維過程，讓學生提升計算思維能力的同時，能不自覺地將計算思維用到現在和未來的生活和學習中去。

第二，教學方式的轉變對教師的信息技術應用能力、課堂教學設計能力、創新力有更高的要求。以學生為主導的課堂，不再是教師一手掌控。教師必須通過任務單、微課、項目式教學等方式來引導學生的學習，憑自己對教學重難點的掌控，從重難點及其他知識點中提煉出問題，設計學習任務。課程視頻的設計，要求能快速吸引學生注意力，并且在短短幾分鐘內將教學重難點或其他知識點簡要清晰地表述，這些都是對教師教學設計能力的考驗。而項目式的課程設計，要求教師有很高的綜合素質及創新能力。

第三，由知識技能為主導轉變為以信息素養為主導的教學方式，在設計和實施過程中還有很多地方有待改進，在課堂上要更多地關注各個層面的學生，根據學生的困惑和建議，不斷反思，不斷調整自己的設計。

在信息技術飛速發展的年代，為什么要學習信息技術？信息技術要怎么學？這是我們信息技術教師時常要靜下心來考慮的問題。2017年浙江省高考選考，第一次正式把技術學科作為高考科目。很多教師感到高興，因為信息技術的學科地位提高了。但信息技術課如果一味關注信息技術本身，只會讓信息技術課變成應試教育的犧牲品。只有注重學科思維的發展，才能真正提高學科地位。

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