“大單元”教學如何有效培養學生計算思維的實踐研究

趙瑩瑩

【摘 要】培養學生的計算思維，不是讓學生成為程序員、工程師，而是在未來時代擁有一種適配的思維模式。本文關注的重點是在初中信息技術課程中如何培養計算思維，在“積木式智能硬件”課程中選取一個單元作為課程案例，分析計算思維培養的教學策略，并進行教學實驗，分析實驗結果，利用“大單元”教學模式將計算思維在初中信息技術教學中有效落地。

【關鍵詞】計算思維;“大單元”教學;積木式智能硬件;教學模式;編程教育

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2021）09-034-03

當前，計算思維教育已在中小學教育中逐漸滲透推廣，并受到各方的廣泛關注。核心素養導向下的“大單元教學”設計，要求教師建立好學科核心素養與學科核心內容之間的關系，依據課程標準，選擇有利于培養學科核心素養的教學內容和情境素材。

概念的界定

1.計算思維的內涵

2017年，新版《普通高中信息技術課程標準（2017版）》中對計算思維的具體解釋為：計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。具備計算思維的學生，可以采用計算機能夠處理的方式界定問題、抽象特征、建立結構模型、合理組織數據;通過對各種信息資源判斷、分析與綜合，運用合理的算法形成解決問題的方案;總結利用計算機解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關的其他問題。

周以真教授在2006年首次提出計算思維，而后經過完善將計算思維定義為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。熊璋教授認為計算思維是對問題的抽象和建模，運用合理的算法求解問題。無論是哪一種解釋，計算思維都被認為是一種有效的解決問題的思維方式，它基本可以分為四個部分：問題分解、模式識別、抽象問題、算法設計。

2.“大單元”教學

“大單元”教學是指以大主題或大任務為中心，對學習內容進行分析、整合、重組和開發，形成具有明確的主題（或專題、話題、大問題）、目標、任務、情境、活動、評價等要素的一個結構化的具有多種課型的統籌規劃和科學設計。

最近幾年在學什么和怎么學這個問題上，世界各國的變化比較活躍。比如美國有翻轉課堂、STEM學習、基于項目的PBL學習（Project-Based Learning）、游戲化學習，芬蘭有基于現象的學習（Phenomenon-based learning），英國的工作室學習，新加坡的少教多學等等。這些方式雖然看起來眼花繚亂，其實都有一個共同特征，就是從為追求標準答案的被動學習走向為形成解決方案而展開的主動學習，從淺層次的知識點學習到知識體系化的深度學習。

深度學習是當前教育改革的重要抓手，指向深度學習的“大單元”教學以學科核心知識為依托，以學科核心活動為載體，以生活中真實的學科問題為情景，通過單元整體設計實現對核心素養的培養。

初中信息技術課程中以“大單元”教學模式

培養學生計算思維的實踐研究

1.教學內容

程序設計是基礎教育課程改革的重要組成部分，圖像化編程是目前中小學非常熱門的教育話題。本課程選用mixly積木式程序設計軟件，通過程序控制傳感器，做出切實解決生活中問題的小項目。課程包括無處不在的燈光、電動躺椅、自動感應門、旋轉廣告牌、誰是門神、不一樣的值周生，自主設計。課程共16課時，以“大單元”方式進行課程的設計，以學生為中心，每個項目源于生活中的問題。

例如在大單元“‘聰明的躺椅”中，分成三個模塊，分別為，“讓躺椅動起來”解決的是舵機聯動躺椅角度變換;“讓躺椅‘聰明起來”解決的是靠背可以通過按鈕隨意調節角度;“讓躺椅智能起來”解決的是加入語音識別等人工智能要素，讓躺椅在整個單元學習過程中更加便捷和人性化。

2.教學模式分析

結合計算思維的特點和中學生的認知規律，課程整體設置由易到難，程序設計由簡單到復雜。在課程實施過程中，教師設置情景，提出問題，引導學生對問題進行分解和抽象，為學生提供自學材料，輔助學生完成方案設計和項目內容，最后引導學生進行分享和迭代。

3.教學實驗和實驗結果分析

針對學生的學習效果，筆者設計了一份前測問卷，主要測試學生對計算思維的了解程度和計算思維能力水平。后測問卷主要針對學生對“大單元”教學模式的學習態度，以及課程結束后學生的計算思維能力水平和自我效能感。本次課程涉及3個班，前測問卷共收回107份，后測問卷共收回101份。

通過前測問卷可知，部分學生對計算思維有簡單的了解，具備將問題分解并按照操作步驟完成任務的意識，但是在實踐環節還是存在諸多問題。因此在課程的實施過程中更應該關注學生的動手操作能力，引導學生將想法通過技術實現出來，讓計算思維服務于生活，能夠有效落地。學生在對具體問題進行抽象和分解時還會遇到諸多問題，邏輯思維和算法思維還有很大的提升空間，在課程的實施過程中要著重培養學生將邏輯分析過程寫成算法并得出結果的能力。

在課程結束時，筆者同樣發放了課程調查問卷，在對待計算思維的態度方面和認識方面，74%的同學認可計算思維能力在生活和學習中的重要性，75%的同學通過課程的學習后能夠準確選出計算思維的內涵。說明學生對計算思維有了感性的認識。

通過課程的學習，學生已經初步建立了計算思維的思考模型，在遇到生活中的問題時，大部分同學能夠想到用信息技術的方式解決，63%的同學能夠對教師提供的范例程序進行修改，80%的同學認為自己能夠對問題進行分解和抽象，但是在操作方面還是存在問題。動手能力的培養是一個長期的過程，說明在接下來的課程中還需要繼續為學生創造動手實踐的機會。

本次課程以“大單元”教學為主，是基于項目的自主學習，通過問卷可知超過一半的同學喜歡這樣的學習方式，31%的同學覺得一般，說明學生有自己的學習風格，并不是一個教學模式能夠適應所有學生，因此教師在設計教育教學活動時，在考慮大部分學生喜好的同時，也應注意交替變換教學方式。

在課程實施的過程中，學生的參與度比較高，除極個別學生和病假學生，其余基本能夠完成項目的設計。在最后的作品呈現中，涌現了許多創意作品，如智能垃圾桶、電子鋼琴、兒童搖搖車、人體感應臺燈等，學生開始關注生活中的問題，在創意思維方面也有了顯著的提高。

結論與展望

（1）基于項目的學習方式有利于培養學生的學習興趣。學習興趣是學習的動力，是學習行為發生的源泉，學習是以解決真實的問題為目的，通過自身的努力和小組合作達到目標的。

（2）“大單元”教學有利于學生系統地把握學科知識，將學科知識有效串聯并應用于實際生活，促進學生的深度學習。“‘聰明的躺椅”這節課中躺椅從動起來到搖桿調節到語音控制，是一個不斷完善設計方案，追求生活更加舒適和便捷的過程。

（3）“大單元”教學有利于提高學生分解問題的能力。學生在教師的指導下，將看似復雜的大項目分解為可執行的步驟，抽象為可用程序設計表達的解決方案。經過多次活動訓練，學生已經具備初步分解問題的思維方式，能將一個大項目問題分解為一個個小項目完成，是計算思維中抽象分解能力的體現。

（4）“大單元”教學有利于培養中學生的算法思維，提升程序設計水平。學生在進行項目調試和修改的過程中，需要不斷地調試，當遇到程序不能順利運行或不能達到想要的效果時，需要對程序進行修改和優化。而合作學習能夠取長補短，在交流碰撞中促進問題的解決，進而提升學生的算法和程序設計能力。

實踐證明，基于“大單元”的信息技術課能夠有效提高學生的學習興趣，促進學生計算思維的養成。但是基于我國國情，大班授課無法保證每個學生的學習進度，因此需要教師準備非常完善的自學材料，或引導學生通過網絡搜索有效信息找到問題的答案，輔助學生完成項目，學生可以根據自己的學習情況自定步調進行學習。對于存在盲點的知識和技能，可以通過觀看微課等方式反復學習，再通過小組合作方式將所學內容用于項目的研究，有效促進知識和技能的當堂轉化，有效落地，讓學習的過程更有意義，增強學生的學習動力。

任何教學模式都不會適用于所有課型，需要教師根據班情、學情進行調整，由被動學習變為主動學習，讓學習行為自然而然的發生。計算思維的培養不能等同于編程課，更應關注學生的思維培養，以真實情境的問題解決為切入點，引導學生將問題進行分解，用編程工具創建該問題的表征，并在改變模擬參數的同時運行實驗，以更好地解決生活中的問題。

參考文獻

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