小學信息技術教材中的計算思維挖掘與教學案例淺析

蔡榮華 萬夢思

摘要：計算思維是當前教育領域和計算機科學領域重點關注的一個話題，在中小學階段如何將計算思維更好地融入課堂教學，一直是一線教師比較關注的內容。通過深度挖掘小學信息技術教材南方版六年級下冊第一單元中的計算思維內容和對案例進行分析，以期為一線教師在用教材進行教學設計和課堂教學中融入計算思維提供新的視角。

關鍵詞：中小學信息技術教材;計算思維;教學案例

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）14-0080-02

1 引言

計算思維這一概念的公開提出是周以真教授在2006年通過美國的權威刊物發表的，同時周教授還強調了計算思維的重要性，它應該跟讀、寫、算一樣成為每個人都應該掌握的一種基本能力。周教授認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[1]。根據周教授的觀點，計算思維是通過仿真、遞歸、抽象、自動化、冗余、分解等一系列核心的方法將復雜的問題轉化成計算機能夠識別的基本的解決問題步驟，并且將問題解決。美國國際教育技術協會（簡稱ISTE）對基礎教育階段的計算思維培養給出了操作層面的定義，包括六個要素[2]。目前針對計算思維國內外還沒有統一的定義，國內外許多學者都對計算思維的定義和操作提出了自己的理解，南安普敦大學的CynthiaSelby博士和John Woollard博士提出的計算思維包括算法思維、抽象、分解、概括和評估這五個要素[3]，如圖1所示。

Selby博士和 Woollard博士關于對計算思維的定義比較適合中小學信息技術教育，本次文章里也是借用這個定義認為計算思維是由抽象思維、算法思維、分解思維、概括思維以及評估思維這五個思維要素組成的。其中抽象是計算思維最本質的特征之一，是通過去除繁雜和冗余提煉出相同事物共有的特征和規律;分解指的是將復雜的問題分解成一系列比較容易理解的小問題;算法指的是具體解決問題的一系列步驟;概括指的是在抽象的基礎上提取解決問題的通用信息，然后通過提取的通用信息去解決類似的問題;評估指的是在完成任務之后對結果進行評價，并于預期的結果比較。

通過對文獻進行綜述筆者發現，在中小學階段計算思維的培養主要是通過信息技術課程實現的，信息技術課程是學科核心素養和計算思維培養的落腳點與著力點。但是筆者發現當前中小學信息技術課程中的一線教師在講課時過分注重知識技能的講解和步驟的操作，缺乏從課程的頂層設計思想去培養學生的思維，教學中并沒有充分的融入計算思維。中小學信息技術課程的目標不僅僅是要教會學生掌握基本的知識技能和原理，讓學生能夠學會使用信息技術去解決基本的問題，更重要的目標是要培養學科背后隱藏的思維，也就是培養學生的計算思維能力，所以筆者通過深度挖掘中小學信息技術教材中的計算思維內容和探究教學案例，以期為中小學的一線教師在使用信息技術教材設計教學內容和融入計算思維的過程中提供嶄新的視角。

2 《算法與程序設計初體驗》中計算思維挖掘與教學案例探究

在計算思維培養的方法中，通過編程來實現一直是大家公認且有效的一種方法，本次分析的教材是南方版小學信息技術教材六年級下冊第一單元的內容即《算法與程序設計初體驗》，整個單元包括四次課程和一次活動，主要學習的內容是scratch程序設計語言，了解編程的基本概念和解決問題的一般步驟，表1是第一單元的基本內容組成和對教材中計算思維內容的挖掘。

第一課“小貓漫步”任務場景中的“競技場”環節需要學生在前面“淘寶屋”環節的基礎上回答出在scratch軟件里為什么不同的指令區要用不同顏色表示呢？有哪幾種方法讓小貓移動呢？這里體現的計算思維是抽象思維和概括思維，教師在前面的“淘寶屋”教學環節中可以有意識的以提問的方式來引導學生思考相關的問題，讓學生形成愛思考的學習心理，然后讓學生對同類型的問題找出解題的共同點，教師鼓勵學生大膽思考，不要局限于一種解題方式，從而讓學生的抽象思維能力和概括思維能力得到了很好的鍛煉。

第二課“小貓變變變”任務場景中的“益智園”環節是需要學生動手操作獨立完成作品的，這個環節設置的任務是針對想要拔高的學生，在編寫完“小貓變小猴”的程序后，要讓一只小猴變成兩只顏色不一樣的小猴，這里體現的計算思維是概括思維和算法思維。學生在“淘寶屋”和“練功坊”環節學到的都是讓小貓變小猴或者讓小貓變小獅子的技能，沒有直接的學習讓一只小猴變成兩只顏色不一樣的小猴的內容，教師在教學中可以引導學生總結前面學習的小貓變小猴或者小貓變小獅子的共同技能，然后引導學生將總結出的共同技能遷移到一只小猴子變成兩只顏色不一樣的小猴子任務中，然后引導學生說出解決問題的方法和操作的步驟，讓學生通過scratch軟件完成，這就很好地培養了學生的概括思維能力和算法思維能力。

第三課“小貓蓋新居”任務場景中的“淘寶屋”環節需要學生掌握小貓是如何蓋新居的，需要用到哪些工具，這個環節體現的計算思維是抽象思維和分解思維。教師可以創設情境讓學生想象假如自己家要蓋新房，新房里都會有些什么東西，然后引導學生將答案遷移到“小貓蓋新居”的問題里，接著教師在進一步的引導學生將蓋新房需要用到的工具進行分解，以思維導圖的形式將“小貓蓋新居”的步驟展現出來，學生可以根據思維導圖的提示和教師的引導用scratch軟件去一步步地實踐，在此過程中教師將計算思維融入具體的課堂教學中，學生不僅掌握了基本的技能操作，思維方面也得到了很好的培養。

第四課“小貓T臺秀”任務場景中的“競技場”環節是讓學生分享編寫程序時的創新之處以及編寫程序時遇到的困難，這個環節體現的計算思維是算法思維和評估思維，這也是一個比較吸引學生熱情和興趣的環節，在完成“淘寶屋”和“益智園”環節的任務之后，學生都信心滿滿，想通過這個環節來大展身手并且談談自己的成果和感悟。教師可以鼓勵學生大膽的曬出自己編寫的程序，并讓學生對程序進行簡單的說明以及編寫程序時的心得分享，然后讓其他學生進行評價，教師有意識地引導學生對編寫的程序過程進行分享以及師生之間相互評價，學生不僅在教師的指導下完成了任務，算法思維能力和評估思維能力也得到了很好的培養。

3 總結

信息社會人們對計算思維的關注也越來越多，如何在中小學階段培養學生的計算思維已經是許多一線教師和學者重點關注的課題，教材并不能夠直接的培養學生的計算思維，需要教師將教材中的計算思維內容進行深度挖掘，然后在課堂教學中將計算思維融入相應的教學環節，并且運用一些教學方法引導學生思考，長此以往才能培養學生的計算思維能力。計算思維的培養也不是一朝一夕就能完成的，它是一個長期且緩慢的過程，思維是隱性的，看不見也摸不著，計算思維需要通過解決實際的問題體現出來，有關在中小學階段采用何種方法和教學模式來培養學生的計算思維到目前為止還沒有一個統一的標準，還需要廣大一線教師和學者去深入探索和實踐，以期找到一個可借鑒的培養中小學生計算思維的方法。

參考文獻：

[1] J eannette M. Wing. Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.

[2] ISTE & CSTA. Computational thinking teaching in K-12 Education： teacher resources， second edition（2011）[DB/OL].http：//csta.acm.org/Curriculum/sub/CurrFiles/472.11CTTeacherResources_2ed-SP-vF.pdf，2015-11-23.

[3] Selby， C.， Woollard， J. Computational Thinking：The DevelopingDefinition[DB/OL]. http：//eprints.soton.ac.uk/356481，2014-06-23.

[4] 張立國，王國華.計算思維：信息技術學科核心素養培養的核心議題[J].電化教育研究，2018，39（5）：115-121.

[5] 楊平展， 朱全民. 信息技術[M]. 海口： 南方出版社， 2020.

【通聯編輯：王力】