在初中信息技術教學中培養學生計算思維之初探

王君

教育部頒布的《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）明確將信息素養凝練細化為“信息意識”“計算思維”“數字化學習與創新”“信息社會責任”四項信息技術學科核心素養，其中“計算思維”的提出，更是為廣大的一線信息技術教師開啟了一場頭腦風暴，同時也吹響了信息技術課程從技能工具型輔助學科向培養學生信息素養和思維能力的關鍵學科轉變的號角。

對照課標，理解計算思維內涵

所謂計算思維，并不只是讓學生學習掌握某項信息技術技能，而是培養學生運用計算機科學領域的思想方法對問題進行抽象分析并轉化為處理問題的能力，或者說是培養學生的信息思維習慣和意識。

怎樣理解計算思維中所提到的計算機科學領域思想方法呢？筆者通過一些生活中的具體例子來解釋。例如，停車場里的學生自行車發生丟失，怎樣通過停車場的監控視頻，用最短的時間找到偷車賊呢？運用計算機科學領域思想方法解決這一問題的做法是采用編程思想中的折半查找法：先把進度條拖到監控視頻中間位置，看自行車是否還在，如果不在，則拖動進度條至前半部分的中間位置，如果在，則拖動進度條至后半部分的中間位置……如此重復幾回，會大大縮短查看視頻的時間，用最少的時間解決這一問題。現實生活中運用計算思維的地方還有很多：當你早晨上學時，把當天所需要的東西放進背包，這就是“預置和緩存”;當有人丟失自己的物品時，他會沿著剛走過的路線去尋找，這就是“回推”……由此可見，計算思維與人們的工作與生活密切相關，未來計算思維將成為人類不可或缺的一項基本生存能力。

以思維訓練為抓手，促進計算思維落地一線教學

思維的培養和提升，關鍵在于學生是否有獨立思考的過程和自主完成學習任務的能力。這兩方面分別體現了思維訓練和操作技能訓練兩個維度，思維訓練是核心、靈魂，操作技能訓練是基礎、血肉，兩者相輔相成，缺一不可。因而，要使計算思維真正落實到一線教學中，就需要徹底改變以往教師操作演示、學生“依葫蘆畫瓢”的傳統教學模式。在教學設計時，應以思維訓練為抓手，著重培養學生的思維能力和習慣，同時結合操作技能訓練培養學生利用計算機解決實際問題的能力。以編程教學為例，筆者認為，要使計算思維真正在編程教學中有效落地，就要從問題分析和抽象建模入手，著眼于培養學生將現實問題抽象轉化為計算機可處理的問題。例如，筆者在教授Scratch場景動畫《晨光熹微》一課時，從問題分析→抽象建模→搭建積木→程序測試→完善改進等幾個環節來進行教學設計，其中，問題分析、抽象建模、搭建積木等幾個環節注重的是思維訓練，是落實計算思維培養的主陣地。

①問題分析環節：這個環節主要是讓學生通過看、說、思三個環節，即先讓學生仔細觀看場景動畫《晨光熹微》，然后由學生描述場景動畫中的內容，再思考分析場景中有幾個角色，角色又有哪些動作，得出思考結果（角色：太陽;角色動作：太陽漸漸升起）。這個環節可以幫助學生厘清該場景動畫的內容和組成。②抽象建模環節：這個環節通過嘗試引導學生分組討論交流，將問題分析環節中“太陽漸漸升起的動作”抽象轉化為計算機能夠處理的數學問題，即Scratch編程是如何添加角色——太陽的，又是如何實現太陽漸漸升起這一動作的。通過該環節，引導學生將具體問題抽象表述為計算機可處理的數學問題（在角色庫中添加太陽，將太陽放至舞臺下方的某一坐標位置，并在一定時間內慢慢滑行至舞臺上方某一坐標位置）。③搭建積木環節：有了抽象建模環節的結論，就可以將角色太陽的動作分解為兩步，即將太陽移至舞臺下方，從舞臺下方滑行到舞臺上方。這對應Scratch動作積木中的兩個積木：和

通過問題分析、抽象建模和積木搭建三個環節，既幫助學生厘清了思路，找到了破解編程問題的突破口，又提高了學生將現實問題轉化為計算機可處理問題的能力，學生的計算思維在課堂中得到了有效發展。

摒棄認識誤區，讓計算思維根植課堂

在計算思維落地的過程，有部分教師產生了這樣的認識誤區——計算思維培養只適用于編程教育。筆者認為編程教育雖然是計算思維落地教學實踐的重要陣地，但絕不僅限于此。謝琪教授就曾在《如何通過教學設計在課堂中落實信息技術學科核心素養》一文中指出落實計算思維的四要素，第一條就是確定哪些問題可以用信息技術的相關知識進行解決。以3D打印教學為例，筆者在講授利用《草圖工具繪制扳手》一課時，首先帶領學生初步了解和認識草圖繪制和編輯的各項功能，為本節課內容做知識準備，然后在上視圖模式下展示自制扳手的二維平面圖（如下圖），讓學生思考這把扳手是由哪些圖形構成的（將現實問題抽象為數學圖形問題），這些圖形可以用草圖繪制和編輯中的哪些工具完成（將復雜的數學圖形問題分解為一個個簡單的、計算機可處理的圖形繪制、修剪與迭加問題，即將數學圖形問題分解轉化為計算機可處理的問題），并讓學生分享自己制作扳手的設計思路，通過師生點評交流共同改進設計思路，最后學生按照改進后思路設計完成扳手制作任務（利用3D軟件中的草圖繪制編輯工具完成扳手制作任務）。一堂課下來，學生們注意力高度集中，課堂交流互動熱烈，學習熱情高漲，學生的課堂參與度也大幅提升，課堂結束時，幾乎每一個學生都如愿制作出了一把由自己親手設計的扳手。整節課，通過知識準備→問題思考（抽象、分解）→分享交流→自主操作→作品展示→評價完善→歸納小結等一系列教學環節，學生在信息技術課程的學習過程中，發展了思維，并逐步提升了利用信息技術領域的思想方法和技巧解決實際問題的能力。

新課標的發布，開啟了信息技術學科新一輪課程改革的序幕。新課標對課堂的教學要求也從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀的三維目標培養向培育和發展學生學科核心素養轉變。作為一名信息技術教師，要想讓計算思維這一核心素養真正在課堂中生根發芽、拔節抽穗，還需要深刻理解并把握新課標的要求，深挖、拓展課程資源，重構課堂教學組織模式，不斷嘗試、探索和落實計算思維的實施路徑，讓信息技術教育真正成為助力新時代學生思維培養的重要渠道，為學生終身發展奠基。