基于問題解決理念培養(yǎng)計算思維的課程實踐

許明偉

自周以真教授正式提出并明確定義“計算思維”后，“計算思維”受到學者的廣泛關(guān)注并發(fā)展成為信息技術(shù)學科的核心素養(yǎng)。為了讓圖形化編程教學貼近實際生活，更聚焦學生計算思維核心素養(yǎng)，筆者根據(jù)學生日常生活中喜歡玩的幸運抽獎游戲，設計了《幸運大轉(zhuǎn)盤》一課，讓學生在真實的情境中發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、解決問題，讓學生在體驗計算機解決問題的過程中，發(fā)展計算思維核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學生科學探究、跨學科解決問題的關(guān)鍵能力。其中，計算機解決問題的過程是指通過分析問題、分解抽象、建模設計算法、編程調(diào)試等步驟以尋求問題解決最優(yōu)化的過程。為有效發(fā)展學生的計算思維，基于問題解決的理念、計算機解決問題的過程和一般課堂教學模式，本文架構(gòu)了基于問題解決理念培養(yǎng)計算思維的課程實施模式。下面，以《幸運大轉(zhuǎn)盤——有趣的Scratch編程應用》一課為例，探討課程設計、實施的過程。

● 課程的設計思路

1.教材與學情分析

本節(jié)課內(nèi)容選自廣東省中山版信息技術(shù)小學六年級上冊第二單元。本單元主要學習使用Scratch創(chuàng)編故事、開發(fā)作品，而本節(jié)課是該單元的最后一課，是一節(jié)綜合活動課，也是筆者所在學校基于STEAM理念項目式學習的其中一課。本課面向六年級的學生，他們對Scratch非常感興趣，也掌握了各個模塊指令的使用，具備了一定的概率與統(tǒng)計的數(shù)學知識。

2.教學理念

基于教材與學情分析，在“STEAM理念”“以學生為中心”“問題解決”的教育理念支持下，致力于發(fā)展學生的計算思維。

3.教學目標

知識與技能目標：靈活使用各種模塊指令，創(chuàng)作作品;編程實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤概率設計（計算思維）。

過程與方法目標：學會分析作品，探究編程的方法與過程;利用數(shù)學、編程相關(guān)知識，理解轉(zhuǎn)盤概率設計的算法設計（計算思維）。

情感態(tài)度與價值觀目標：感受編程的魅力，愛上編程（信息意識）;學會科學看待“運氣”（信息社會責任）;培養(yǎng)自主探究的能力、合作學習的團隊精神。

4.教學策略

本節(jié)課采用了“學生主體，教師主導”的教學策略，主要使用情景教學、項目學習、范例演示的教法與自主探究、小組合作、學練結(jié)合等學法展開教學活動。

● 課程的實施過程

1.創(chuàng)設情境，激趣導入

學生們很喜歡在電腦上抽獎，但中獎真的是運氣嗎？基于這一生活情境，筆者設計了本節(jié)課，課前讓5位學生上臺玩一玩幸運大轉(zhuǎn)盤，共抽獎10次，邊玩邊讓學生統(tǒng)計他們中各個獎項的次數(shù)，發(fā)現(xiàn)四等獎中獎次數(shù)為5次，為什么四等獎的中獎次數(shù)最多？引出本節(jié)課的主題：幸運大轉(zhuǎn)盤的秘密——有趣的Scratch編程應用。通過在抽獎游戲中創(chuàng)設問題情境，激發(fā)學生興趣與思考。

2.任務驅(qū)動，自主實踐

讓學生分析作品中的角色、動作，完成圖1。接著邀請學生上臺嘗試編寫腳本，探究驗證分析結(jié)果，接著全班實踐任務一：編程實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)并停下來。引導學生分析思考，嘗試將復雜問題分解為一個個簡單的問題。

3.動手探究，點撥提升

可現(xiàn)在的中獎是隨機的，不可控的，那怎么用程序控制呢？引出任務二：編程實現(xiàn)只中一個獎項。全班先探索嘗試，找出第1個關(guān)鍵點——方向問題，轉(zhuǎn)盤停下時的方向就決定最后中幾等獎，再請有發(fā)現(xiàn)的學生上臺示范任務二（如圖2）。可是在生活中只中一個獎項是不現(xiàn)實的，怎么中多個獎項？這樣由淺入深，逐步培養(yǎng)學生解決問題的能力。

從提出問題到解決問題，又發(fā)現(xiàn)新問題，引出任務三：編程實現(xiàn)中四個獎項。這個任務是本節(jié)課的重難點，教師為學生提供了支撐，先呈現(xiàn)中獎可能性設計圖（如圖3），師生討論合作完成。抽獎10次，設計一、二、三、四4個等級，中獎次數(shù)分別是1，1，2，6，然后中獎可能性是多大？（通過在廣州、中山等地多次教學，筆者發(fā)現(xiàn)大部分學生都不理解中獎概率，小學數(shù)學只學習了分數(shù)入門跟“一定、可能、不可能”等可能性的知識）這里教師需要幫助學生理解中獎可能性大小可以用分數(shù)表示，從而理解中獎概率的設計。

那如何編程實現(xiàn)呢？學生先通過閱讀材料，初步理解，再師生互動，找出第2個關(guān)鍵點：把隨機數(shù)的區(qū)間分為4份，與前面的概率設計一一對應。接著學生可以參考學習文檔，實踐任務三：編程實現(xiàn)中四個獎項。這樣通過多種方法，幫助學生理解中獎可能性與隨機數(shù)實現(xiàn)的算法設計（如下頁圖4），指導學生使用編程實現(xiàn)中獎概率的設計，突破重點和難點。

最后，呈現(xiàn)拓展任務：編程實現(xiàn)個性化的中獎可能性。學生根據(jù)自身水平嘗試完成拓展任務，可以將隨機數(shù)的范圍設置為1～20，1～100，還可以更換6個獎項的盤面，完成更加個性化的轉(zhuǎn)盤作品。從而實現(xiàn)學生的分層教學，注重學生個性化表達與創(chuàng)新精神。

4.分享展示，總結(jié)延伸

學生上臺分享展示作品并進行自評與他評，教師引導學生反思程序，當程序中出現(xiàn)多個類似語句時，可以用一個代替，引出程序優(yōu)化的思想。同時引導學生科學看待中獎問題，不要將編程應用于賭博、網(wǎng)絡游戲等違法案例。最后呈現(xiàn)智能電梯、刷臉識別、機器人、無人機等圖片，引導學生應用編程讓世界更智能更美好。在總結(jié)中升華，幫助學生樹立信息社會責任意識，培養(yǎng)正確的價值觀。

● 課程的思考

縱觀本節(jié)課的主要脈絡，三個學習任務、四個教學環(huán)節(jié)，層層深入，環(huán)環(huán)相扣。從問題出發(fā)，又回歸問題解決，引導學生逐步解決問題，同時引導學生體驗計算機解決問題的過程，從而培養(yǎng)學生計算思維核心素養(yǎng)。

本節(jié)課還有一些亮點：①編程生活化——隨處可見的幸運大抽獎;②基于STEAM教學理念——適當融合數(shù)學知識;③數(shù)學思維與計算思維融合——綜合數(shù)學編程的相關(guān)知識與方法，設計算法，體驗計算機解決問題的過程。

● 結(jié)語

用好玩的程序讓孩子們愛上編程，用孩子的想象讓世界更加智能。筆者希望編程教學來源于生活，又回歸生活，讓學生在真實的情境中發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、解決問題，在體驗計算機解決問題的過程中，發(fā)展學生計算思維核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學生科學探究、跨學科解決問題的關(guān)鍵能力。希望基于問題解決理念培養(yǎng)計算思維的課程實施模式能給大家?guī)硪恍┬碌乃伎肌?/p>

（本文系2018年度廣東省中山市教育科研課題“基于STEAM理念的小學信息技術(shù)項目學習研究”的研究成果。）

蒼山點題

信息技術(shù)課程教什么的問題決定了怎么教的問題，針對中小學內(nèi)容如何區(qū)分并進行一體化設計這一問題，在高中以2017版課標的嶄新面貌開啟了新一輪課程改革之后，部分省市的初中、小學也開始了相應的變革。

第一篇文章，展示出高中課程的較強理論性，這樣的內(nèi)容如果只是一味講解，知識單一、枯燥，不能很好地激發(fā)學生的興趣。本課是第2課時，在文本編碼的基礎(chǔ)上，再來探究聲音的編碼，學生相對容易理解，尤其是設計了從理論到操作實驗的綜合項目，設計了四個活動來激發(fā)學生的求知欲，達成了理論與技術(shù)的完美結(jié)合。

第二篇文章，介紹了在當前的小學信息技術(shù)學科中，深受學生和教師喜愛的圖形化編程。但是，在圖形化編程的教學中普遍存在編程游戲化、故事化，而忽視了利用編程解決實際生活問題的具體情境，編程教學并不就是計算思維的培養(yǎng)。因此，作者架構(gòu)了基于問題解決理念培養(yǎng)計算思維的課程實施模式，讓學生在真實的情境中發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、解決問題，讓學生在體驗計算機解決問題過程中，發(fā)展計算思維核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學生科學探究、跨學科解決問題的關(guān)鍵能力。

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