從無序到有序看計算思維的養成

鞠敏

計算思維架構起了現實世界與計算機世界的橋梁，信息技術學科以培養學生的計算思維為首要目的。從計算思維的本質內涵可見，所構造的、適宜于計算機機械地一步一步自動化執行的步驟是有序的;學生在進入課堂之初，其日常生活經驗所賦予他們的直接感知往往以緘默知識的形式存在于他們的認知結構中，而學生嘗試從自身經驗出發，所描述出來的流程、步驟等是不完善的，抑或是混亂的，混亂意味著無序，而在這無序與有序之間，恰是學生思維能力生長的區間。例如，五年級《吃豆精靈》一課，很多學生在課前已經玩過類似的游戲，也表現出相當濃厚的興趣，但倘若讓學生嘗試使用自然語言、流程圖等形式有序化地描述出游戲過程，學生卻表現得不盡如人意，而將游戲過程轉化為計算機可機械化執行的序列步驟卻是落實培養學生計算思維能力的關鍵所在。

● 課堂情境接軌生活經驗

信息技術學科課堂情境創設的目的在于幫助學生構建出合理的計算模型，所創設的情境需與學生的日常生活經驗接軌。正如建構主義學習理論所認為的，學習是引導學生從原有經驗出發，生長（建構）起新的經驗。新的經驗是從學生自身原有經驗中“生長”出來的，因此在設計教學時，教師必須充分考慮學生的原有生活經驗，如果情境與學生日常生活經驗相悖，那情境本身就會引發學生的認知沖突，在這樣的前提下，要求學生分析課堂情境，梳理出計算機自動化執行的序列步驟，構建出合理的計算模型無異于癡人說夢了。例如，在五年級《賽車游戲》一課中，筆者設置了這樣的問題：一輛小汽車行駛在道路上，可能會遇到哪些問題？學生積極踴躍回答：碰到行人、紅綠燈等。再繼續追問：應該如何在這樣的道路上行駛呢？對課本上汽車在偏離軌道自動糾正方向，碰到綠色后左轉或右轉15度所形成的歪歪曲曲的行駛軌跡，學生普遍不能接受，學生認為這樣的行駛違背了日常生活經驗。由此來看，課堂教學情境要切實考慮到學生的經驗，在與他們的生活經驗相悖的情況下，學生在課堂上就有可能生出一種“逆反”心理。

● 問題驅動引領課堂生成

教學中，如何幫助學生梳理混亂的思緒，助力其構建出計算模型，總結出有序化的執行步驟？筆者認為，通過設置合理的問題串，以追問、反問的形式，幫助學生突破認知障礙，是一條適宜可操作的路徑。

例如，在《賽車游戲》一課中，學生對賽車在賽道上行駛的情境并不陌生，即使并未真正見過賽車比賽，他們也會將日常生活中汽車行駛在道路上的經驗套用遷移到賽車游戲中去。例如，在黑板上繪制出一條賽道，學生可以繪制出賽車在賽道上行駛的多種軌跡。學生自身經驗中已具備一定的認知準備，只是如何從現實世界中的賽車游戲抽象到計算機世界中的賽車游戲，尚處于一種混沌狀態。下面，筆者以教學片段為例，探討如何在課堂教學中外顯學生思維過程，助力學生思維條理化。

教學片段1：

在《賽車游戲》一課中，在邀請多位學生繪制合理的賽車行駛軌跡之后，引導學生思考：何為不偏離軌道？怎樣才能不偏離軌道？在這樣的問題引領下，學生很容易得出結論：在將偏離賽道的時候需要及時改變方向。此時就將賽車游戲的環節轉換為“前進→糾正方向→前進→糾正方向”如此往復的過程。

教學片段2：

在學生初步意識到需要及時糾正方向后，適時追問：如圖1所示，當賽車前進到①處時，應該如何改變方向？當賽車前進到②處時，應該如何改變方向？通過層層追問，逐步引導學生梳理思緒，將思緒條理化。

從學生的回答之中引導學生歸納總結：如果碰到賽道的上邊緣，那么需要向右旋轉;如果碰到賽道的下邊緣，那么需要向左旋轉。至此，通過對問題情境的觀察，學生已然能夠明確總結出賽車游戲的一般規則。筆者認為，課堂上的追問、反問等都是為了學生能夠總結出計算機自動化執行的步驟，都是為了學生構建出合理的計算模型，培養學生的計算思維。

● 實踐探究促進思維發展

在《賽車游戲》一課中，在總結出賽車游戲的一般流程后，學生所面臨的主要問題轉化為如何判斷賽車是碰到了賽道的上邊緣還是下邊緣。在課堂教學中，筆者放手讓學生對此問題進行探索，下面是課堂中出現的幾種問題解決方案。

方案一：學生嘗試使用碰到顏色控件搭建腳本，腳本如圖2所示。在此段腳本執行過程中，學生很容易就發現了問題，僅僅通過碰到顏色，無法判斷賽車是碰到了賽道的上邊緣還是下邊緣?；诖耍瑢W生進行了改進設計。

方案二：學生將賽道兩側分別填充不同的顏色，通過偵測模塊下的碰到顏色控件來區分是碰到上邊緣還是下邊緣。腳本如圖3所示。

方案三：部分學生發現賽車本身有明顯的顏色區分，如賽車的輪子是黑色的，賽車的車身頂部是灰色的。這部分學生的腳本如圖4所示。

在三個方案的基礎上，筆者對學生的作品進行了追問，如果僅僅使用車身的兩種顏色來進行判斷是否可行？學生再次嘗試后，對腳本進行了改進設計。改進后的腳本如圖5所示。

在上述判斷賽車狀態的過程中，對學生思維能力的要求在逐步遞升，從僅僅使用碰到顏色控件到最后給賽車添加“虛擬傳感器”，這一過程是學生在逐步探究中撥開層層迷霧，找到問題最佳解決方案的過程，也是學生思維逐漸清晰明了的過程。

總之，從無序到有序的過程，是課堂教學中培養學生計算思維重點發力所在，在此認知的背后，是教師要切實做到將課堂的主角地位歸還給學生，努力踐行做好一名“引路人”。