注重情境創設 培養計算思維
——以《探秘智能小車中的分支結構》教學為例

鄧彩虹 福建師范大學平潭附屬中學

計算思維本質上是一種思維活動，這種思維活動需要內化為個人解決問題的能力，并“條件性”地體現在各種問題的解決中。筆者認為，創設不同的情境，啟發學生分析解決問題，并能夠將一般方案、步驟清晰準確地表述出來，有利于提高學生的計算思維。下面，筆者以福建教育出版社出版的信息技術七年級下冊第二單元“走進程序設計”第6課《探秘智能小車中的分支結構》為例，探究在教學過程中如何創設學習情境鏈培養學生的計算思維。

● 核心素養培育下的初中編程教學問題

1.教學內容較為單一

初中信息技術教材采用C語言作為編程語言，在教學實踐過程中，筆者發現部分學生雖然在小學階段已經學過圖形化編程，具備一定的抽象思維能力，擁有初步的編程思維，但在初學C語言時仍然很吃力，同時，傳統的教學拘泥于編程知識、技巧的簡單傳授，容易讓學生覺得編程學習很枯燥。例如，在教學《探秘智能小車中的分支結構》一課時，傳統教學大多數是以學習語法規則、代碼編寫為主線，枯燥的編程學習容易讓學生失去興趣，理解和應用也就大打折扣。

2.學習情境創設比較簡單

在教學實際中，大多數教師僅在教學的導入部分或某一教學活動中創設情境，未能將情境學習理念貫徹整個編程教學過程。同時，開放式交互情境的學習情境較少，對促進學生協作開展知識構建的作用不大，也不利于學生思維活動的深化。

3.計算思維培養重視不足

目前，很多初中編程教學沿用傳統的講練結合教學模式，忽視計算思維培養，導致學生被動學習，使學生缺乏主動思維的意識。計算機解決問題的思路是由人來決定的，所以教師不能拘泥于具體的編程語句或代碼的簡單傳授，要注重培養學生在抽象的編程學習過程中運用計算機領域的思想來解決問題的計算思維能力。

● 創設情境助力培養計算思維

在中小學信息技術課程教學過程中，編程是體現計算思維的最佳方式之一。教師在教學設計、課堂活動、效果評價等環節上要恰當地運用各種教學方法，使學生能夠在掌握所學知識的基礎上，充分發揮自己的想象和創造力解決實際問題。

例如，在《探秘智能小車中的分支結構》一課中，筆者以智能小車在道路行駛中會遇到的分支為主線，創設社會情境、問題情境、應用情境、評價情境等相互聯系的學習情境，采用任務驅動的方法，通過“原理初探”“自動過紅綠燈”“自動轉彎”“無人配送車驗證碼取快遞”等環節，由淺入深，由易到難，讓任務層層遞進。緊密聯系的學習情境鏈彌補了多元情境教學中情境創設不連續、片段化的不足，避免孤立、零散的情境元素給學生帶來認知和思維發展存在“跳躍”和“斷層”的情形，有利于學生形成計算思維漸進發展的實踐場域，也避免其在自主學習過程中產生厭倦感和枯燥感。進而通過學習情境鏈“節點”之間的情境要素“流動”，增強項目式編程教學活動中學習的交互性，學生親身體驗、參與編程過程，不斷優化算法并且編程實現，將計算思維逐步“滲透”到自身的知識結構中，在情境中不斷促進計算思維的發展。

● 教學案例

1.導入社會情境，激發學生興趣

分支結構是程序設計常用的基本結構之一，筆者以華為ADS無人駕駛汽車為切入點，讓學生感受科技的力量，引導學生思考無人駕駛汽車如何做到眼觀六路、耳聽八方。學生在思考這個問題時，一般都能夠說出無人駕駛小車智能系統需要進行判斷，但是對采用什么樣的傳感器以及如何判斷卻不了解。啟發學生思考、討論、表達無人駕駛汽車的工作原理，向學生歸納總結無人駕駛汽車擁有一套模仿人駕駛過程的系統，其中包含感知、定位、規劃、決策、控制等核心模塊。全車配備了非常多的傳感器，這些傳感器共同感知、共同決策，對外界進行持續檢測判斷，分析路況環境，并且作出駕駛動作選擇。從而引入分支結構的定義，讓學生初步感受分支結構，為后面的學習做好鋪墊。

2.設置問題情境，培養計算思維

筆者設置了兩個由易到難的問題情境，即智能小車如何自動過紅綠燈和自動轉彎，引導學生從無人駕駛汽車行駛情境中了解分支結構。

首先引導學生分析智能小車如何自動過紅綠燈，討論當傳感器識別出不同顏色的紅綠燈時智能小車會選擇做出怎樣的駕駛動作，在情境中了解分支結構，筆者帶領學生不斷完善智能小車自動過紅綠燈的流程圖，引導學生根據流程圖，完善程序，調試運行。

在理解并學會用分支結構解決智能小車自動過紅路燈問題后，繼續設置智能小車如何自動轉彎這一問題情境，引導學生分析基本檢測原理，筆者用1代表傳感器探測到道路邊緣，0表示沒有探測到，這樣便于學生理解和描述問題。在這個情境中向學生介紹分支結構中使用if語句嵌套的情況，引導學生自行完善智能小車自動轉彎的流程圖（如下圖），啟發學生思考不同的轉彎，判斷條件是什么，并根據程序流程寫出程序代碼。在這個過程中指導學生在使用if嵌套時要注意分清層次，明白else所對應的應當是離得最近的if語句，防止發生邏輯錯誤。

在解決上述兩個問題情境的過程中，筆者通過引導學生運用思維技能進行問題求解，使學生明白分支條件和分析程序流程是分支結構程序設計的關鍵，在設計程序過程中視情況選擇適當的分支語句，學生在解決問題的過程中，理解了分支結構的原理，在情境中培養了計算思維。

3.拓展應用情境，促進知識遷移

隨著課堂任務的推進，筆者與學生逐一研究在解決問題過程中存在的困難，并通過分解步驟進行講解，引導學習由淺入深地掌握重難點。經過前面兩個課堂任務，學生對分支結構有了一定的理解。這時，筆者合理提高課堂任務難度，提出無人配送車驗證碼取快遞在程序設計中如何使用分支結構這一應用情境，進一步思考如何防止被人以不斷地輸入驗證碼的方式進行暴力破解，引導學生自主學習、合作探究，通過探討如何增加系統的安全性，做到拓展延伸，進階啟發思維，加深對分支結構的理解，增強信息安全意識，更好地突破本節課的教學重難點。

4.構建評價情境，樹立社會責任

筆者向學生提出了擴展思考：你想擁有無人駕駛汽車嗎？為什么？鼓勵學生圍繞無人駕駛汽車的優勢與存在的問題展開交流探討和評價，引導學生客觀、理性地對待無人駕駛汽車。初中學生已經具備了一定的信息安全保護知識，因此，在學生討論過程中教師要適當引導學生加強信息安全責任意識，如通過學生分組討論，用表格、思維導圖等方式列出無人駕駛汽車行駛過程中應該注意的安全問題以及保護措施。同時，教師還可對學生的小組討論結果進行適當評價，進一步增強學生的信息社會道德與倫理準則意識，樹立正確的信息社會安全責任意識。

● 結語

本節課以智能小車在行駛過程中可能會遇到的分支結構為主線，通過任務驅動法，設置兩個由易到難的課堂任務，讓學生針對教師提出的問題進行積極探討，再通過如何解決問題、如何編寫程序等問題，層層遞進，讓學生在“做中學”，有效激發了學生的學習興趣。在拓展任務中，進一步引導學生思考如何優化程序，提升學生的高階思維，如學生可能會想到限制驗證碼輸入的次數、隨機驗證碼等，這些將成為他們學習后面知識的動力，增加學習興趣，培養學生解決生活中實際問題的能力。