基于“問題解決”的計算思維培養模式探索

歐昭旋

【摘要】為促進學生計算思維的形成，本文提出基于“問題解決”的計算思維培養模式，并以佛山市小學信息技術五年級下冊《語音識別》一課為例，對如何基于“問題解決”來促進學生計算思維的形成進行探討，結合計算思維的形成過程設計了相應的教學過程，以解決問題為主線貫穿教學始終，重在促進學生對知識的深入理解、發展知識間的聯系及能應用知識解決實際問題，促進計算思維的養成。

【關鍵詞】小學信息技術;語音識別;真實情境;計算思維;問題解決

一、問題的提出

當下，世界處于百年未有之大變局，人工智能、大數據等的飛速發展在給人們的生活、生產方式帶來前所未有的改變的同時，對未來人才培養與人工智能教育也提出了新的需求。2021年12月30日發布的《中小學人工智能課程開發標準（試行）》明確指出，應以適應未來的關鍵能力培養為目標，而計算思維作為21世紀必備的素養也受到了教育界廣泛的關注。

但由于計算思維的抽象本質，其培養需要結合具體的學習情境，因而在教學中為學生提供真實情境，在真實情境中解決問題，是讓學生將知識轉化為能力和素養的有效教學方式。下文以佛山市小學信息技術五年級下冊《語音識別》一課為例，探討在小學信息技術課題中如何基于真實問題的解決來促進學生計算思維的形成。

二、基于真實問題解決促進計算思維形成的教學模式

根據計算思維形成的階段，融入真實情境問題，筆者提出了如下表所示的教學模式，以現實生活問題為導向，讓學生在解決問題的過程中逐步經歷計算思維形成的各個階段，從而提升學生的問題解決能力。

基于“問題解決”的計算思維培養模式

該模式以真實情境的問題為載體，教師作為引導對象，為學生提供解決問題的支持，引導學生分析問題。學生作為學習的主體，在教師的指導下，通過自主學習、合作學習經歷解決問題的過程，在教學過程中將問題解決、學生的學習及計算思維三者關系融入教與學的活動。最后，通過回顧解決問題的過程，總結解決問題的一般方法，幫助學生將這種思維和方法遷移到新的問題解決中，確保計算思維的反思與強化，從而促進計算思維的形成。

三、基于真實問題解決促進計算思維形成的的教學實踐

下面以佛山市小學信息技術五年級下冊《語音識別》一課為例，舉例說明以上教學模式的課堂運用。

（一）創設真實情境，導入課程問題

計算思維的培養一定是基于知識的，必須以適量知識為基礎。因此，在創設情境時，除了貼合學生的現實生活之外，還需要在學生能夠理解的基礎上去設計問題，是學生能夠憑借所學去理解和發現的問題。在學習《語音識別》這一課時，筆者先是通過播放語音識別相關的視頻，如，與手機語音助手的聊天交互視頻、通過語音控制家里的智能家居的視頻先引起學生的共鳴，引出本課的主題——語音識別技術。緊接著，展示出用圖形化編程工具（源碼編輯器）制作的一個語音識別助手，用語音讓程序自動報時，用語音控制開關燈。由于學生之前已經學過怎么樣實現報時功能和如何通過切換角色造型模擬開關燈，所以，這樣的一個案例既貼合學生的生活實際，又是基于學生現有的知識儲備的。學生唯一需要去解決的問題是如何實現語音識別的功能，以及怎樣讓程序通過識別結果作出不同的決策。

通過這樣一個問題情境，既能讓學生在真實情境中解決問題，又能與原有的知識建立聯系，將之前所學的知識運用到新的情境中，學會運用已有知識解決問題。與此同時，存在一定的挑戰價值，與學生現有的知識結構產生一定沖突。這是需要學生通過學習才能解決的問題。學習行為能夠在一定程度上驅動學生主動去尋找問題的解決方案。

（二）可視化呈現，分析問題

通過問題情境引出課堂任務后，為了幫助學生理清問題的層次結構，將復雜、抽象的問題具體化，我們可以借助一些可視化的學習工具，如流程圖、思維導圖等，引導學生將任務進行分解，理清解決問題的時序和步驟。

例如，在學習《語音識別》這一課時，筆者通過組織小組交流任務，讓學生以小組為單位去體驗語音助手的功能，并將語音助手的工作流程通過流程圖繪制出來，最后以小組為單位上臺分享他們的流程圖，如下圖所示：

學生在小組交流的過程中通過思維碰撞，理清思路，把復雜的問題分解為簡單的子問題，從已知遷移到未知，順利地從識別問題的階段過渡到表征問題的階段，利用流程圖實現問題分析的可視化。

（三）自主學習，探究新知

通過流程圖幫助學生理清思路后，教師以問題為線索，幫助學生找出在這個過程中的認知矛盾，并給學生提供相應的學習資料，指導學生自主學習，讓學生在解決認知矛盾的過程中促進計算思維的發展。例如，在實現語音助手這個任務中，為了幫助學生找出解決問題的關鍵。筆者設計了一系列問題群：

1.如何讓計算機聽懂人類的語言？

2.如何獲取識別結果？

3.如何實現根據識別結果作出不同的決策？

4.如何實現報時功能？

5.如何模擬“開燈”和“關燈”？

學生在問題的指引下進行思考，結合之前所學的知識，最終順利地找到真正需要解決的問題，即如何讓計算機聽懂人類的語言和如何獲取識別結果。通過這樣的方式幫助學生確定了目標后，筆者再給學生提供相應的學習資料，指導學生結合教材，自主學習語音識別指令的使用方法。

學生在理解知識的過程中養成學科思維習慣，在解決認知矛盾的過程中促進計算思維的形成。

（四）設計算法，解決問題

在教師的指導下，學生通過自主學習與合作學習，解決了認知矛盾，習得新知識。接下來，學生便可以大展身手了。根據上個階段分析得出的流程圖，借助流程圖中的框線和符號逐漸抽象、設計問題解決的計算邏輯，最終建立模型，從實踐中歸納問題的一般解決路徑，將所學知識運用到現有的問題解決中，實現知識的遷移，得出最終的解決方案。

例如，在《語音識別》這一課，學生在掌握了語音識別指令的使用方法后，也便突破了這個問題中的關鍵技術，解決了認知矛盾。根據之前所生成的流程圖，學生便能很順利地獲得編程思路，完成程序的設計。學生在這個過程中將分析結果應用到問題的解決中，不斷地鞏固舊知，了解新知，內化知識，遷移知識。

（五）反思評價，拓展遷移

在學生成功解決問題后，教師還要及時地引導學生反思回顧解決問題的過程，總結解決問題的一般方法，將這種思維內化為自己的一種技能，并且能夠將其運用到其它問題的解決中。

教學實踐表明，真實情境是讓學生將知識轉化為能力和素養的橋梁，問題解決是培養學生計算思維的良好載體。我們要將培養學生解決問題的能力與培養學生計算思維的能力結合起來，首先要基于真實情境選取與學生生活相關的問題情景，而且這個問題情景在符合學生現有認知的同時，還要與學生的認知結構產生一定的矛盾，具有一定的挑戰價值，才能有效激發學生的學習本能和學習興趣;在幫助學生確定了學習目標后，以問題為線索推進課堂進程，組織學生分析問題，了解問題的層次結構，發現解決問題的關鍵，從而突破學生認知矛盾，促進學生計算思維的形成。

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責任編輯? 李? 源EA46B634-0AF5-4DF6-A7B4-3F876C0CC4E3