在STEM模式下提升小學生計算思維能力的實踐研究

趙炳權

【摘要】在小學信息技術教育中，很多老師可能經歷過這樣的情形：教師在課堂反復引導學生掌握某些知識或剛演示完操作過程之后，學生在練習時很快就忘記了那些知識關鍵點。中國學生發展核心素養的提出，讓信息技術教學開始重視計算思維的培養。STEM教學模式的出現，為發展學生的核心素養提供了多種可選擇的機會，提升了學生思維的寬度和深度，加強了對學生計算思維能力的培養。

【關鍵詞】STEM教學模式;計算思維;創新課堂模式

小學信息技術教育的核心目標是培養學生適應個人終身發展與社會發展的人格品質與關鍵能力，其中利用信息技術解決問題的能力是首位。近年來由于人工智能、創客教育、STEM等新課程的出現，信息技術課堂已經不同以往的照書上課，課堂知識變得靈活多變，以往的信息技術課堂教師演示學生“跟著做”，使到教學過程經常出現“復制→粘貼”的情況;學生的計算思維無法得到培養和提升，特別在現代社會，學生周邊出現很多獲取知識和技能的工具，學生的惰性思維就會涌現，簡單的數學題也借助計算器或者平板去完成，他們只會按照已有的思路模式做事，不清楚信息技術本身具有多樣化解決問題的方式，學習中失去創新的能力和動力，缺乏學習主動性和探究創新的能力。在這種情況下，STEM教學模式的引入，提倡跨學科、自主探究、思維創新的理念就進入學生的學習過程。

一、教學模式分析

傳統信息技術教學課堂中，教師將知識的形成發展、技能的掌握作為唯一的學習內容忽視學生思維方法的培養，甚至認為信息技術課就是教師演示一步學生跟著做一步的過程，脫離學生思維的訓練和發展。在實際教學過程中，之前基本都是采用最簡單直接的講授，將問題解決過程和最優的方法直接告訴或者演示給學生，用結果替代學生思考的過程，造成學生思維停留在表面理解的狹窄空間中，缺乏創新。

STEM教育具備的特點是跨學科、技術性、創新性等。跨學科意味著課堂當中要涉及多學科的知識整合，要求教師必須有充分的教學準備和知識儲備，把課堂的內容聚焦在完成任務和解決問題上。學生要利用科學、技術、工程、數學等學科知識解決問題，在學習過程中注重學生自主探究和發揮創新精神去解決問題。小學已經引入Scratch編程、機器人、人工智能等課程，在這些課程當中，著重學生計算思維能力和創新能力的培養。舉個簡單例子，用Scratch畫一個邊長100的正方形，學生已經在數學課堂掌握了正方形的知識特點，如何把這些特點應用在編程當中，在編程的世界，同一個圖型可以有多種繪制的方法，在這個時候，如何正確引導學生掌握編程的技術，用最簡單語句最高效的辦法繪制成為學生思考的問題。STEM教學模式本身具有跨學科特點，可以從數學的方法引入繪制的方法，最簡單直接的辦法就是用加法分析，正方形四條邊相等就是畫4條一樣的邊，四個角都是90度就是每次畫完一條邊以后轉90度，這種最簡單的辦法畫出來后，學生會發現同一條指令居然只是重復編寫了4次，輸入效率很低，這個時候引入重復指令就相當于數學上的乘法4*（指令），程序變簡單了，效果出來一樣。STEM教育理念中，注重學生學習過程，在完成任務的過程中，學生嘗試利用跨學科知識來尋求不同的辦法，在不斷的嘗試中發現問題、分析問題和解決問題，提升自身的信息素養和計算思維能力。

二、計算思維能力的培養

我國新一輪教學改革中也正式將計算思維列為信息技術學科的核心素養之一。現在小學信息技術中年段教材引入了Scratch編程，相對于一些高級的編程語言，Scratch更適合小學生的學習，它以最簡單的圖形化、模塊化代替繁瑣的編寫語言，配合STEM的教學模式以項目作為驅動，利用跨學科引領學生掌握操作技能的同時提升計算思維的能力。創新課堂模式是計算思維培養的重要手段，引導學生主動地用計算思維去解決問題。

1.轉變課堂主體定位

傳統信息技術課堂是教師為主體的講授演示模式，學生根據教師的演示內容進行反復練習并加以簡單修改，但在STEM教育模式的演變下，主體發生改變，學生成為課堂的主導者，教師成為配角在課堂當中發揮引導和評價作用。計算思維的培養講求分析和解決問題的能力，學生就不能再單一地采取“復制→粘貼”的模式，每個學生的思維方式是不一樣的，所以在分析和使用方式就會有所不同。例如，對同一物體拍照，每個人取的角度和鏡頭大小都不同，所以不能局限學生解決問題的方法和途徑一樣。教師需要知道學生從解決問題的眾多方法中選擇最佳方法，或者進行步驟優化整合，提升問題解決的能力和效率，促使學生的計算思維得到釋放和提升。

2.任務為導向，打破傳統知識點單一運用

STEM教育提倡以問題為導向設置學習任務，一個任務當中涉及跨學科知識的運用，由于在完成任務過程當中，學生會使用已知知識甚至要利用未曾學習的知識去完成，在這過程中教師一定要做好充分的知識儲備，當學生遇到問題停滯不前的時候，要善于引導啟發學生利用信息技術手段去搜集和整理信息，把獲取的知識應用到任務當中。除了課堂40分鐘時間以外，要善于利用網絡學習平臺的功能做好課前、課中、課后的知識補充和評價。

3.發揮小組合作探究，實現資源共享

小組合作是STEM模式的普遍組織模式，學生個人能力以及知識儲備有限，特別是小學生，他們在面對陌生問題時，絕大部分會有畏懼心理，遇到難題無法自我解決。小組合作的意義在于發揮各人所長，當面對難題的時候可以發揮“三人行必有我師”的合作模式，而且在面對個別算法問題時，同一個問題可能每個人解決的辦法不一樣，通過小組討論和分析最終找到解決問題的最有效的方法。小組合作還可以實現資源共享，由于一個學習任務可能橫跨的時間不止一兩個課時，所以面對這么龐大的信息和知識量對于小學生而言是比較大難度，所以小組分工收集資源和整理知識在組中進行分享，就會節約很多解決問題的時間，提高效率。

4.做好計算思維培養的評估

周以真教授提出：計算思維意味著每個人都應該能夠利用判斷計算工具、技術和問題之間的匹配程度和理解計算工具、技術的局限性和優勢。在STEM教育模式下，對學生計算思維能力的評估起到至關重要的作用，不但能準確提出問題所在而且能讓學生多發散思維去考慮解決問題。雖然STEM教育中國是一種新的教育模式，其實它已經在國外遍地開花，它當作是信息技術課堂培養計算思維的重要途徑是得到公認的，但是信息技術課程當中其他傳統課程也可以通過培養學生計算思維能力來解決。例如，在學習辦公系列軟件過程中，讓學生以主題學習任務出發，首先會要求學生思考如何把任務分解為一個個小問題（題目、內容、資源、版面等），通過自主探究或小組合作模式來解決這些問題清單的最佳做法并繪制制作流程圖，掌握獲取資源和編輯的技術，并認識到如何利用一些優秀作品資源進行參考加工。

計算思維能力的培養是現代教學中的重要一環，人們生活已經離不開數字世界。每個人都可以運用計算思維，而且可以用在幾乎任何地方。計算思維是一種無形的思維能力，通過計算思維能力的培養提升，對生活中的問題都可以尋求多種方法解決并最終找到最合適的方法。

參考文獻：

[1]彭柳芬.以學科內容為依托的計算思維能力培養[J].教學研究，2014.

[2]王素，李正福.STEM教育這樣做[M].教育科學出版社，2019.