搭建現(xiàn)實與“用計算機解決”之間的橋梁

巴軍

2017版《普通高中信息技術(shù)課程標準》把計算思維列為核心素養(yǎng)之一。通過課堂教學(xué)提升學(xué)生計算思維能力的研究也日益成為學(xué)科教研的熱點，如關(guān)于計算思維內(nèi)涵的研究、教學(xué)內(nèi)容的研究、課堂教學(xué)實踐案例的研究等。

無論認為計算思維是有計算特征的思維、是像計算機科學(xué)家一樣的思維，還是運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想和方法解決問題的思維，對于一線信息技術(shù)教師的實際課堂教學(xué)而言，計算思維到底應(yīng)該教什么、怎么教、教到什么程度是教師們普遍關(guān)注并感到有些困惑的問題，計算思維的教學(xué)面臨許多挑戰(zhàn)。

培養(yǎng)計算思維能力面臨的教學(xué)困惑

圍繞培養(yǎng)計算思維的高中信息技術(shù)課堂教學(xué)，有一些現(xiàn)象值得思考。（1）以算法和程序設(shè)計為教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)較困難，有相當(dāng)一部分學(xué)生積極性不高。（2）學(xué)生對教師精心設(shè)計的探究性問題不是很感興趣，反而更愿意接受教師的直接講解，亦步亦趨地跟著做，模仿案例[1]。（3）學(xué)生更喜歡應(yīng)用信息技術(shù)，追求使用更炫的技術(shù)，喜歡學(xué)習(xí)比較容易的操作技能，但對探究技術(shù)背后的知識、緣由，開展自主學(xué)習(xí)，似乎動力不足。透過現(xiàn)象看本質(zhì)，這些現(xiàn)象細糾原因，可以分為以下幾類。

1.對培養(yǎng)計算思維的教學(xué)內(nèi)容的困惑

有人認為，學(xué)習(xí)程序設(shè)計是培養(yǎng)計算思維最直接、最有效的載體，是培養(yǎng)計算思維的最主要手段。但現(xiàn)實是，學(xué)生要編寫出有意義的程序，要學(xué)習(xí)語法規(guī)則、要編寫代碼、要學(xué)習(xí)算法等。大多數(shù)學(xué)生，作為一名初學(xué)者，都覺得有些枯燥難懂。況且，如果學(xué)生學(xué)了幾種算法和一些語法知識，能照貓畫虎地編程，計算思維就提升了嗎？同時，編程內(nèi)容有時也與學(xué)生的日常學(xué)習(xí)生活不緊密。對計算思維理解的狹義使教學(xué)陷入困境。

2.對培養(yǎng)計算思維的教學(xué)深度的困惑

新課標把計算思維提升到了核心、重要的位置，但對計算思維在中學(xué)階段的培養(yǎng)應(yīng)該達到什么樣的深度、計算思維教育的實際目標，似乎并沒有充分的區(qū)分度，雖然新課標也對核心素養(yǎng)進行了水平1、水平2的劃分[1]。從過去對知識與技能的學(xué)習(xí)到當(dāng)前對思維的培養(yǎng)，本身就不是一個量級，一個是低階思維，一個是高階思維，學(xué)生感到有難度，教師感到總在門口徘徊，深入不了學(xué)生的思想。思維培養(yǎng)需要一定的過程和經(jīng)歷，是一貫的、系列的，不可能一蹴而就，需要有適合學(xué)生年齡段的目標與長期努力。

3.對培養(yǎng)計算思維的教學(xué)方法的困惑

無論是任務(wù)驅(qū)動式學(xué)習(xí)、項目式學(xué)習(xí)還是深度學(xué)習(xí)等教學(xué)模式或方法，都要以學(xué)情做基礎(chǔ)，以學(xué)生為本。中學(xué)階段，在學(xué)生的基礎(chǔ)知識與技能還薄弱的時候，就力推計算思維培養(yǎng)，放手讓學(xué)生搞研究、完成項目，對有些興致高昂、資歷較高的學(xué)生還可以，但對大多數(shù)學(xué)生而言，較難有特別的研究成果，習(xí)得感和成就感不足，常會使成長階段的學(xué)生缺乏接受挑戰(zhàn)的勇氣。同時又沒有中高考和家長等外力的作用，沒有一貫的培養(yǎng)與要求，自然動力不足。對超越當(dāng)前學(xué)生能力的自主探究和思維培養(yǎng)，學(xué)生常不愿接受。因此，寧愿選擇不費腦子、較輕松的方式來應(yīng)付學(xué)習(xí)。這種短視的行為，當(dāng)然不會取得好的效果。

那么，如何在信息技術(shù)課堂教學(xué)中培養(yǎng)計算思維能力呢？我們拋開計算思維的定義，不糾結(jié)它的各種內(nèi)涵和外延，回到計算思維的本真。我們來看看計算思維的特征，或者說要素，能夠給我們怎樣的啟示。

從計算思維的特征挖掘課堂教學(xué)的方向

計算思維有許多特征，從通過信息技術(shù)課程培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的角度，主要有四個方面。（1）問題分解：在明確問題的目標與條件下，把問題進行拆分，形成具有相對獨立功能的子問題，如果分解的問題比較復(fù)雜，就繼續(xù)細化。（2）模式識別：對拆分后的問題，找出各部分之間的異同，分類、表征事物的特征或性狀，為后續(xù)問題的解決提供依據(jù)。利用我們已有的經(jīng)驗、模式去認識事物。（3）抽象化：探究模式背后的一般規(guī)律，進行符號化的描述。針對信息技術(shù)教學(xué)，就是把現(xiàn)實問題構(gòu)建成計算機可以處理的數(shù)學(xué)模型。（4）算法設(shè)計：針對相似的或有規(guī)律的問題，設(shè)計出可以逐步解決的方案。這里的算法設(shè)計指能夠發(fā)揮計算機的自動化、系統(tǒng)化的特性，通過計算機解決問題的方案。

從計算思維的這些特征，可以看出培養(yǎng)計算思維的教育，就是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和洞察事物背后規(guī)律和相互聯(lián)系的教育;就是培養(yǎng)對問題進行解構(gòu)并且會歸納總結(jié)的教育;就是學(xué)習(xí)構(gòu)建模型，尋找易被計算機解決的方案的教育。這樣的教育，要能夠使學(xué)生面對未知、模糊、復(fù)雜或開放的問題，知道從哪里開始、知道如何系統(tǒng)分析、知道用計算機解決問題的方法和步驟，提升學(xué)生學(xué)習(xí)和解決問題的能力和自信心。

因此，就信息技術(shù)課堂教學(xué)而言，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，就是教師要幫助學(xué)生搭建現(xiàn)實與用計算機解決之間的橋梁。

培養(yǎng)計算思維能力的課堂教學(xué)實施策略

1.充分挖掘教學(xué)內(nèi)容中的計算思維教育點

通過分析計算思維的特征，可以體會到信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)中的許多內(nèi)容可以承載計算思維培養(yǎng)。算法與程序設(shè)計是培養(yǎng)計算思維不錯的載體，但不是唯一的。教師要有意識地挖掘這些教育點，創(chuàng)造教育契機。

如要了解人們對某一熱點的看法，除了街頭采訪，還可以通過問卷調(diào)查、網(wǎng)絡(luò)爬蟲和大數(shù)據(jù)平臺進行數(shù)據(jù)收集與計算，使學(xué)生的精力更多放在數(shù)據(jù)分析與得出結(jié)論上，而不是數(shù)據(jù)采集和計算方面。主動地發(fā)揮計算機的特點和作用，更快捷、更精準地發(fā)現(xiàn)、洞悉事件的本質(zhì)，這就是計算思維能力的體現(xiàn)。進而推之，學(xué)生制作線上調(diào)查問卷、抓住研究主題的關(guān)鍵點、學(xué)習(xí)使用數(shù)據(jù)分析工具，撰寫數(shù)據(jù)報告等，都是計算思維培養(yǎng)的教育點。

2.搭建現(xiàn)實與“用計算機解決”的橋梁，在教學(xué)方法上契合學(xué)生

學(xué)生對自己經(jīng)歷過的、身邊的事物比較容易理解。教師在教學(xué)中，要善于抓住現(xiàn)實與計算機解決之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生架設(shè)橋梁，協(xié)助學(xué)生理解從對現(xiàn)實問題的分解到用計算機解決問題的過程和方法。

如學(xué)習(xí)用Python語言畫圖，如果單看Turtle那些命令和函數(shù)，量多而不好掌握，學(xué)生愛出錯還不知所以然。如果把那些繁復(fù)的函數(shù)，分類成“在哪里畫？”“如何定位？”“用什么畫？”和“怎么畫？”這種日常畫畫涉及的問題，把現(xiàn)實問題與計算機解決進行勾連，聚焦關(guān)鍵問題，就好理解和應(yīng)用。

3.計算思維培養(yǎng)的深度與時機把握要適應(yīng)學(xué)生的認知水平

計算思維教育的深度如何把握？是否能夠主動地應(yīng)用信息技術(shù)、應(yīng)用計算機去解決實際問題，是一個衡量尺度。比如，如何了解今年總理政府工作報告中主要關(guān)心的內(nèi)容？教師和學(xué)生可以討論從哪里入手。教師可以引導(dǎo)學(xué)生用編程畫詞云圖的方式得出結(jié)論，這種數(shù)據(jù)處理和分析是符合解題邏輯的。通過Python中的字符串、列表以及對列表的數(shù)據(jù)統(tǒng)計等編程實現(xiàn)，體現(xiàn)了問題分解、抽象、模式識別等計算思維的特征。主動應(yīng)用計算機解決問題的方式是計算思維的深刻體現(xiàn)。深度是一方面，寬度也很重要。教師要把握好時機，拓寬學(xué)生的視野。

教師覺得深度不好把握，主要是因為思維、能力的測評本就不好確定。是測評算法設(shè)計多些還是編程實現(xiàn)多些？是測評應(yīng)用能力還是測評解決問題的過程多些？對中學(xué)階段的學(xué)生計算思維狀況，目前的研究還有很大的空間，需要教育專家、教師的不懈努力。但無論如何，計算思維培養(yǎng)的深度應(yīng)該適應(yīng)學(xué)生的認知水平，并能夠引領(lǐng)學(xué)生思維的發(fā)展。

思維的培養(yǎng)要建立在一定的知識與技能的基礎(chǔ)之上，如果學(xué)生的認知水平還沒有達到思維的起點，思考的空間比較小，此時老師一味地讓學(xué)生思考，就可能停留在低水平上。另外，思維不會憑空產(chǎn)生，思維啟動的緣由是遇到某種困惑、懷疑或問題。只有遇到了問題，人類的思維才會被激活[2]。所以，培養(yǎng)計算思維，也要把握好時機。教師可以根據(jù)學(xué)生的理解能力和認知水平，適度調(diào)整教學(xué)深度、難度和順序，創(chuàng)造時機，因材施教。

計算思維培養(yǎng)是一個系統(tǒng)工程，不光是信息技術(shù)學(xué)科肩負的使命，需要數(shù)學(xué)、實驗科學(xué)、人文藝術(shù)等學(xué)科的融入與結(jié)合，以及不同學(xué)段教育的共同努力，才能結(jié)出豐碩的成果。在信息高速發(fā)展的今天，知識容易老化，從知識教育到思維教育是教育發(fā)展的必然，我們?nèi)沃囟肋h。

參考文獻

史文崇. 計算思維教育的困惑與博弈[J]. 中國遠程教育，2019（8）.

王榮良. 基于思維視角的計算思維教育落實[J]. 中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2020（1）.