基于計算思維的小學信息技術課教學策略

陸熠

【摘? ?要】計算思維是小學信息技術學科的核心素養之一，而“算法與程序設計”模塊是培養學生計算思維的重要載體。在教學研究和應用中，教師應在觀念上，重視計算思維的培養;在教學中，融入計算思維的訓練;在評價上，注重計算思維的反饋。由此，著力培養學生的計算思維能力，為學生學習高級程序語言奠定基礎，形成解決問題的思維方法，更好地適應未來的社會。

【關鍵詞】小學信息技術;計算思維;算法與程序設計

計算思維，是指運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計，以及人類的行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。

《江蘇省義務教育信息技術課程綱要（2017年修訂）》（以下簡稱《課程綱要》）明確提出，義務教育信息技術學科核心素養包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任等方面。可見，計算思維是解決問題的基礎能力之一，是學生必須掌握的最基本的思維方式。在小學信息技術教學中，尤其在“算法與程序設計”模塊中培養學生的計算思維，對提高未來信息社會公民信息素養有著重要的意義。筆者試以蘇教版五年級第7課《穿越迷宮》為例，說明培養學生計算思維的教學策略。

一、在觀念上，重視計算思維的培養

計算思維是美國計算機科學家周以真教授于2006年最先提出的。對于計算思維的概念認知，發展到目前為止，定義大概有三類：“問題解決說”“信息表達說”“三維目標說”。“問題解決說”強調的是過程思維;“信息表達說”強調的是可視化思維;“三維目標說”是前兩者的綜合，三維分別是指計算概念、計算實踐、計算觀念。

《課程綱要》中已經把計算思維的培養提升到學科核心素養的高度，廣大教師必須在觀念上重視計算思維，進一步厘清計算思維的概念，將計算思維融入到教學中。“算法與程序設計”模塊是培養學生計算思維的重要載體，只有敢于直面計算思維，高度重視算法與程序設計，才有可能真正地將計算思維的培養落實到課堂教學里。

以往的“算法與程序設計”模塊教學，教師比較關注知識的學習，疏于計算思維的培養。教學流程一般是以講解命令的用法和使用格式為起點，再設計對應的算法練習加以鞏固。這種教學流程以掌握編程技術為目標，計算思維難以得到訓練，違背了“算法與程序設計”教學的根本目的，是一種本末倒置。

“算法與程序設計”模塊教學應以計算思維為起點，著重培養學生的計算思維，使學生學會解決問題的思維方法，而非簡單的編程技術。這是一種基于學生計算思維培養的“自然生長樹式”教學流程（見圖1）。即計算思維是樹根，為解決問題提供了思維方法（樹干），由此學習解決具體問題所涉及的算法（樹枝），最后才是學習算法涉及的命令、格式等（樹葉）。“自然生長樹式”教學流程，重在計算思維的培養，體現計算思維的價值。

二、在教學中，融入計算思維的訓練

計算思維五要素，是指情境導入、問題分析、搭建算法腳本、調試糾錯、展示表達。在教學中，以五要素作為抓手，借助思維導圖、流程圖、腳本圖、調試單等進行訓練，可以有效提升學生的計算思維能力。

（一）情境導入+思維導圖，訓練抽象思維

抽象，是指將一個實際問題變為計算機可以處理的問題。這是算法與程序設計的切入點。一上課，教師先請學生表演“貓抓老鼠”的游戲，再玩“貓抓老鼠”的電腦游戲，旨在通過情境創設，激發學生的學習興趣，體驗學習任務中的情境，幫助學生抽象出電腦游戲的角色、背景，大致了解游戲過程。教師用思維導圖進行記錄（見圖2），為更好地抽象出游戲控件奠定基礎。

（二）自然語言+思維導圖，訓練分解思維

分解，是指把一個問題分解成若干部分，從每個部分及其相互關系中去尋找解決問題的答案。在scratch編程教學中，學生面對的是一個綜合性的游戲制作任務。如果將任務直接拋給學生，學生肯定會束手無策。因此，教師借助提問幫助學生分析游戲，引導學生用自然語言描述角色的游戲行為，將游戲制作任務（大問題）分解成多個小任務（小問題），以思維導圖進行記錄（見圖3）。

在圖2的基礎上，學生根據自身經驗導向，不難找出與自然語言描述相對應的具體scratch控件，教師再通過引導來介紹個別新控件。此過程中，教師仍需用思維導圖進行記錄（見圖4）。

“自然語言+思維導圖”的教學策略，不僅方便學生形象地分解大問題，逐一破解小問題，降低了學習難度，而且訓練了學生的分解思維能力，使思維過程有據可循。同時，學生完成了對游戲的第二次抽象，使游戲的角色、背景抽象更加完整。

（三）流程圖+腳本圖，訓練算法思維

雖然學生在程序設計時，可以利用原有的思維模式先行解決部分問題，但關于“判斷障礙物”和“判斷老鼠”的任務，即偵測與判斷，始終是本課需要解決的教學難點。由于兩個任務是同類的，教師只要引導學生解決其中一個，學生就能觸類旁通解決另一個問題。教師可以讓學生用“如果……就……”的句式來整理問題描述，厘清判斷的條件及條件成立后要執行的內部腳本。待學生解決難點后，教師可引導學生根據思維導圖（見圖4），說出其中一個條件判斷的游戲流程，順勢出示流程圖，由學生說出對應的腳本圖（見圖5）。這種從流程圖再到腳本圖的正向引導，是程序設計整體思路的一次梳理。

接著，教師再次利用腳本圖引導學生說出對應的功能描述（見圖6），這種從腳本圖到功能描述的反向理解，是程序設計整體思路的二次梳理。通過正反兩次的思維梳理，就能幫助學生建立程序設計的流程步驟并理解算法，徹底解決教學難點。“流程圖+腳本圖”的教學策略，既使學生初步完成了游戲制作的主要腳本，又訓練了學生的算法思維。

（四）半成品+調試單，訓練評估思維

當學生初步完成并運行程序時，會發現一些程序的運行結果與預期目標不同，說明此時的游戲程序還是一個半成品，需要通過程序調試進行找錯、糾錯、修正。這是程序設計必不可少的基本步驟。但在實際教學中發現，學生一旦發現錯誤，往往感覺無從下手。此時，教師提供精心設計的調試單，就能有效幫助學生自糾錯誤（見表1）。

調試單是一個學習支架，可以幫助學生羅列程序運行的錯誤現象，并以此追根溯源地發現程序設計中的錯誤腳本，輔助學生進行腳本修改，還能成為幫助他人或通過他人幫助解決問題的有效載體，從而實現訓練學生評估思維的目標。

（五）作品展示+設計說明，訓練概況思維

學生完成程序設計后，通過游戲操作展示自己的作品，并對游戲設計進行說明，包括制作過程中遇到的問題、修改的思路、解決問題的方法等。如學生在分享“判斷老鼠”的腳本時一再強調：經調試發現，控件僅判斷一次是不夠的，需要將判斷控件放在重復執行的控件中才能保證判斷準確。學生闡述設計說明的過程是對思維進行梳理、總結、提煉的過程，這正是計算思維中“概況”思維的一種表現。同時，學生還可以交換操作他人的作品，發現他人作品中的優點，通過交流進一步提升計算思維能力。由此，學生既完成了知識的歸納與總結，也訓練了概況思維，可謂一舉兩得。

三、在評價上，注重計算思維的反饋

雖然評價問題是決定計算思維能夠在中小學課程中成功實施的關鍵，但在教學過程中，教師難以收集學生的計算思維訓練的反饋信息，難以評價學生對計算思維的掌握程度。如果僅用科目成績或任務完成情況來評價，就顯得片面且單薄，不能客觀評價學生的計算思維能力。根據南京師范大學教育科學學院博士生導師鐘柏昌教授的任務評價法，針對計算思維五要素，做如下評價應用。

（一）思維點記錄法

思維點記錄法，是針對學生在完成任務過程中記錄的評價方法，是一種指向學生思維的過程性評價。例如，在《穿越迷宮》一課的教學中，教師布置了“用過程來描述作品”的任務。學生利用教師提供的學習單畫出作品的設計草圖，標示出作品的要素并用文字說明（見圖7），然后才能在scratch程序中完成作品。設計草圖能客觀地反映學生完成任務的思維過程。如果草圖中缺失了必要的元素，就說明學生沒有進行相應的抽象，教師就可以展開有針對性的指導。思維點記錄法是一種較為開放的評價，它提倡創意設計，能客觀地評價學生的計算觀念及抽象思維，能較好地引導計算思維的實踐。

（二）思維導圖記錄法

思維導圖記錄法，是指利用思維導圖，評價學生抽象能力與分解思維能力的方法。在教學結束后，要求學生模仿教師示范的同類作品來設計、制作自己的作品。如果學生能像《穿越迷宮》一樣，將腦中的思考進行導圖式記錄，把抽象化的思維進行形象化的表達，便能很好地表達出學生對游戲的抽象理解，鍛煉和檢驗了抽象思維能力。學生通過把復雜的游戲分解成關鍵詞，將這些游戲關鍵詞，如角色、背景、規則等用線連接起來，其實就是學生對關鍵詞之間相互隸屬關系的一種理解，是學生記憶鏈接的表現，更是學生分解思維的表達，也就意味著他們已經掌握了解決問題的思維方法，能對課堂所學知識進行遷移。

（三）“3W1H”訪談法

“3W1H”訪談法，是一種以事物“3W1H”（Who、Why、What、How）四個方面為交流主線，檢驗學生的分解能力和算法思維能力的評價方法。例如，在本課教學中，教師通過以下問題對學生抽樣訪談：①《穿越迷宮》游戲可以分解成哪些小任務？②分解的依據是什么？③你將采用哪些控件來完成這些小任務？④你將怎么運用這些控件？這種評價法，雖然耗費時間較多，但關注了編程技術與計算思維的同步發展，能客觀檢驗學生的分解和算法思維能力，有效評價學生的計算實踐和計算觀念。

（四）調試單評價法

針對半成品的教學任務，分為正向待完成任務和反向糾錯任務。學生借助調試單，能很好地記錄腳本運行情況和修改情況，通過反復地計算實踐，在對半成品測試、調試的過程中理解“條件”等計算概念。例如，《穿越迷宮》調試單（見表2）很清晰地記錄了學生錯誤現象“第二次游戲開始時，小貓還在老鼠位置”，錯誤腳本為“缺少控件”，修改后腳本則是在“綠旗被點擊”控件的下方首行處加入“移到”控件，即實現了小貓開始游戲位置的初始化，解決問題結果為“是”。由此可見，教師通過觀察調試單可以檢驗學生的算法掌握情況，客觀評價學生的評估思維。

（五）展示評價法

學生對自己的作品進行展示，既是對學生完成任務的肯定，也是檢驗學生概況思維能力的一種評價方式。學生利用展示機會，通過自我評價和他人評價，可以歸納知識，總結經驗，更好地考量自己的作品質量和概況思維能力。在《穿越迷宮》的課堂中，有學生自告奮勇地想要闡述自己的游戲設計并展示流暢的游戲操作，教師順勢展播學生的游戲作品畫面，學生邊操作邊說明。待完成后，就有學生提出：這個小貓的移動速度太快，是不是可以調慢移動的速度;也有學生提出：如果在迷宮中加入一些其他的障礙物，游戲就更有趣了;還有學生提出：游戲中能不能出現一些道具幫助小貓過關。這種評價，既是智慧分享的機會，也是學生再學習的形式。

觀念重視、融入訓練、注重反饋能有效促進小學生計算思維發展，對落實信息技術學科素養有著重要意義。計算思維不僅能為學生學習高級程序語言奠定基礎，而且有助于學生形成解決問題的思維方法，更好地適應未來的社會。

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（江蘇省蘇州市常熟市謝橋中心小學 215500）