思維導圖在培養學生計算思維中的應用研究

張甜

一、研究背景

進入信息時代，人們日益關注計算思維能力的培養。計算思維的概念，最早是在1996年由麻省理工學院Seymour Papert教授提出，2006年由美國卡內基梅隆大學Jeannette.M.Wing教授給出具體定義和系統闡述，由此引發了人們對計算思維的研究熱潮。新一輪基礎教育課程改革更是將計算思維納入了信息技術學科核心素養之一。信息技術課不應該是單純的計算機工具教學，而是讓學生學會像計算機科學家那樣思考并解決實際問題。因此如何培養學生計算思維成為信息技術學科亟待研究的問題之一。

二、計算思維概述

目前來說，國內外眾多專家對于計算思維的認識仍然沒有達成共識。Jeannette.M.Wing教授對于計算思維的定義闡述為：計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計和理解人類行為等涵蓋計算機科學廣度的一系列思維活動。進一步來說，計算思維就是通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，將原本復雜困難的問題重新分解成人們已知解決方案的問題的思維方法。2016年8月計算機科學教師協會發布了K-12計算機科學標準，更新了計算思維的定義：計算思維是一種解決問題的方法，從計算機科學領域擴展到所有學科，為利用計算機解決問題提供了分析問題和設計解決方案的獨特方法。計算思維的本質是抽象和自動化。這種思維方式突破了計算過程的能力和限制，它應當如同所有人都具備的讀、寫、算能力一樣，成為一種普適技能。

三、思維導圖概述

思維導圖的概念最初是由英國學者Tony Buzan于20世紀60年代提出，它是一種基于腦科學和認知心理學的發散性思維方式。思維導圖能夠模擬大腦的記憶結構，綜合運用符號、線條、詞匯、圖像等元素，將思維過程以圖文并茂、直觀清晰、生動形象的圖形方式呈現出來。思維導圖的特點是，左腦右腦協作完成，結合具象思維和抽象思維，讓復雜的、零碎的知識遵循簡單、自然、大腦容易接受的規則組成有高度組織性的圖示。使用思維導圖思考問題，學習者能夠直觀地回顧整個思考過程，系統地梳理整合知識，按照一定的邏輯理清思維脈絡，讓思維可視化。

在教學過程中使用思維導圖，可以將學生的思維過程完整清晰地呈現出來，讓學習過程從“無形”到“有形”，有效提高學生的元認知水平。正因為計算思維是學生分析問題、解決問題的一系列活動過程，利用思維導圖將這個活動過程可視化，可以為學生提供整個過程清晰化的結構，讓學生回顧并審視思考過程中的問題，及時調整解決方案。通過對自身思維過程的認知，了解思維過程中的不足，改善并提升計算思維能力。

四、教學案例分析

本案例使用的教材為中圖版信息技術五年級第五單元第二節“程序結構初嘗試”中的第三課時“三種結構綜合用”。本節課的教學目標是在順序和循環結構的基礎之上，學會選擇結構，并對三種結構進行綜合運用，對學生來說有一定的難度。

本節課采用任務驅動教學方法，教學各個環節如圖4-1所示，其中，復習舊知、合作探討、拓展任務、歸納總結教學環節中應用了思維導圖工具。

在復習舊知環節中，引導學生使用思維導圖回顧順序結構和循環結構知識。在此環節中，教師為學生提供思維導圖框架，如圖4-2所示，不但能夠為學生復習舊知提供線索，加快復習的速度，而且能快速檢測出學生舊知的學習情況。

在講授新知環節中，教師引導學生學習遇到需要判斷條件再執行下一步程序的情況時，我們可以使用控制模塊中的“如果……”指令。在合作探討環節中學生使用思維導圖分析“口算練習”任務，如圖4-3所示，明白任務中涉及到的角色、每個角色需要實現的功能后，完成任務腳本的制作，調試腳本并展示作品。在這里要指出的是，學生在調試作品時，需要像計算機執行程序一樣思考、理解腳本中的每個語句應該出現的現象，并與實際執行結果相比較，反復糾錯，提升計算思維能力。

在拓展任務環節中，學生獨立完成“升級版口算練習”任務。在本任務中，需要綜合使用循環結構和選擇結構。學生使用思維導圖分析任務，表征思考過程，完成任務，調試腳本并展示作品。在本環節中，不為學生提供思維導圖框架，學生自由發散思維，可以使用多種方法完成任務。

在歸納總結環節中，每個學生應用思維導圖自主歸納本節課所學知識。教師為學生提供歸納總結的思維導圖框架，能夠快速掌握本節課教學效果。

在任教的4個班級中，其中2個班級應用了思維導圖工具，本節課教學效果對比差異比較明顯。從課堂氣氛來看，學生對于使用思維導圖完成任務比較感興趣;從任務完成情況來看，使用思維導圖班級中85%的學生能夠獨立完成，其他班級獨立完成任務的學生則為65%-75%;從學生作品內容來看，應用思維導圖班級的學生作品功能和形式相比其他班級更加多種多樣。

五、小結

培養學生的計算思維，是時代和社會發展的要求，也是學生適應信息社會的保障，但是學生計算思維的形成卻不是一朝一夕就可以完成的。本文在信息技術教學過程中利用思維導圖工具初步嘗試了思考、探究、實踐這一目標。在后續的教學中，將逐步探索思維導圖在教學設計、教學實施和教學評價方面對培養計算思維的作用。