讓思維“落地生根”
——基于非插電活動的小學低年級計算思維的培養探究

楊莫菲 江蘇省南京市夫子廟小學

周以真教授提出，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。[1]目前，用于中小學生計算思維培養的方式主要是各種編程工具，但是由于學生的身心發展和認知水平的約束以及上機對兒童視力的影響，在小學階段（特別是低年級階段）直接開展上機編程教學有一定困難。因此，當下探究適合低年級學生計算思維的教學形式具有深遠的意義和實踐價值。

不插電的計算機科學(Computer ScienceUnplugged)是由新西蘭的Tim Bell、Ian H.Written和Mike Fellows三位教師發起的，他們根據實際的教學經驗，組織設計了豐富的教學活動案來提升學生的思維能力。通過有趣的游戲、謎題讓學生理解計算機科學的概念，提高學生對計算機科學的興趣，達到不用打開計算機就可以很好地理解計算科學的概念。[2]學生在活動的過程中認識了計算機科學的基本概念和基本原理，培育了學科思維水平，提升了知識遷移能力，最終真正實現“玩中學”的教學效果，這也與《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）中“科”與“技”并重的課程理念不謀而合。

●關注低年級思維特點，改變傳統教學形式

根據皮亞杰的認知發展理論，低年齡階段（6～8歲）正處于前運算階段向具體運算階段的過渡時期，這個階段的學生能通過表象符號進行思維活動，思維從以自我為中心向外部客體發展，可以進行簡單的邏輯推理，對物理世界的邏輯性、規則和預見性有了更清晰的認識，但是他們依然需要在真實的生活情境中，依賴豐富的材料，通過大量的感知、經驗與體驗來建構對世界的認知。

1.以感性認知為主

低年級學生對身臨其境的事物感興趣，能夠留下深刻的印象，對抽象概念的理解能力較弱，總是需要借助于對直觀事物的了解。

2.有效思維時間短

小學生思維的特點決定了其自我控制能力弱，任何新奇有趣的事物都能引起他們的關注，但注意力集中的時間較短，有效思維的時間較短。

3.思維淺顯難獨立

在課堂中，低年級學生很容易關注到事物外顯的特點，很少主動發現事物的內在關系、規律等知識。在遇到困難時，他們不能獨立嘗試解決問題，需要教師的提示和引導。

●多元化非插電活動，啟蒙學生計算思維

筆者在課堂上將非插電活動與“暢學編程”一級課程有機結合，啟蒙學生的計算思維，以期培養學生養成用計算思維解決實際問題的習慣。

案例一：認識“順序結構”和“循環結構”

（1）教學內容分析

本節課（1課時）主要讓學生了解“順序結構”“循環結構”，知道計算機是按順序執行程序中的每一條指令。本課作為編程學習的初識課，除了讓學生初步感受編程的基本概念外，還讓消除學生對編程的陌生感、畏懼感。通過“看一看”“聽一聽”“寫一寫”“說一說”的方式，運用游戲、畫圖等非插電教學活動激發學生的學習興趣，并在完成教學活動的過程中，讓學生潛移默化地掌握計算思維中創建、調試和合作的方法。

（2）教學過程

①看一看，明確任務。教師向學生展示小魚戲蓮圖，詢問想到了哪首詩。學生立刻背誦語文課中的古詩《江南》，接著教師請學生根據詩意標出學習單上小魚游動的正確序號，引出本節課的教學內容“順序結構”。

②聽一聽，體驗游戲。教師讓學生玩游戲“小魚游一游”，學生根據教師口述的口令執行動作，從而到達指定位置。在此活動中讓學生明確計算機是按照一條條指令做事情的，而編程就是給計算機詳細指令的過程。

③畫一畫，理清思路。今天的任務是讓學生幫助小魚完成不同的任務，在學習單上畫一畫，用“↑↓←→”四個箭頭標識小魚前進的方向（如圖1）。在展示學生作品時，讓學生說一說自己給小魚畫的指令。有的學生在講解的過程中發現了錯誤，有的學生通過比較發現自己的指令不夠簡潔……

圖1

④說一說，分享交流。教師引導學生思考：“有時候需要畫很多相同的箭頭，有沒有快捷的方式？”提示學生可以將“→→→”替換成“3→”，即循環做3次“→”，然后用同樣的方式修改指令，引出本節課的教學內容“循環結構”。

教師引導學生思考修改后的指令有什么變化，有哪些好處。學生觀察發現路線變短了，指令變少了。教師總結對比多個單一方向的指令和循環指令的使用，明確循環指令的作用——縮減煩瑣的重復指令。

⑤課堂小結。教師再次明確“順序”“循環”的概念，請學生思考生活中有哪些“順序”“循環”的例子。

案例二：創建一個故事——簡單編程項目

（1）教學內容分析

本節課（2課時）學習內容是“創建一個故事——簡單編程項目”，要求學生用角色貓、狗自己創編一個故事并編寫一個程序。學生通過前期的學習已經熟悉“暢學編程”軟件的基本操作，這節課主要是綜合運用計算思維的概念與方法，體驗運用計算思維解決問題的完整過程。第1課時帶領學生分析、規劃所要解決的問題，并形成初步的解決方案。第2課時學生上機操作檢驗初步方案，最終得到有效解決方案。

（2）教學過程（第1課時）

①復習舊知。教師引導學生回顧之前學習的有關計算思維的內容，列舉出在現實生活或學習中運用計算思維的案例并進行討論。接著，學生觀看貓和狗的范例故事視頻，思考貓狗分別做了哪些事情，并在學習單中為這些事情標上順序序號。

②范例引導。教師將范例故事中發生的事情按序號填入泳道圖中（如圖2），泳道圖可以幫助厘清故事的思路。

圖2

③自主創作，思維可見。教師讓學生用小組合作的方式設計自己的貓狗故事，先填寫貓狗需要做的事，并按順序標序號，接著在泳道圖上填寫，初步完成自己的故事架構。之后，讓各小組輪流上臺演一演自己編寫的故事。

④思維碰撞。學生通過表演再次厘清思路，小組之間互相評價并提出修改意見，學生繼續完善泳道圖，為下節課上機編程做準備。

●探究多種教學策略，強化學生計算思維

1.活動形式多樣，激發興趣

針對不同年齡層次、認知水平的學生可以運用不同的培養工具，設計不同形式的教學培養活動，使得教學活動形式多元化。[3]在設計教學活動時，教師把原本枯燥的知識通過游戲、角色扮演等方式向學生展示，讓學生在開放的環境中“學中玩、玩中學”，潛移默化地實現課堂教學目的，并幫助學生強化計算思維的知識與方法。

2.真實問題情境，啟迪思維

小學低年級學生計算思維培養的落腳點是能將計算思維解決問題的過程與方法遷移到實際生活或學習中，將教學活動與學生實際生活相結合，讓他們在問題解決的過程中進行思維的體驗與探究，這有助于學生對計算思維概念與方法的理解及遷移運用。

3.借助多種工具，思維可見

新課標中明確提出“運用計算機科學領域的思想方法，在問題解決過程中用計算思維解決問題，并將其遷移運用于解決其他問題”。[4]可見，培養學生的計算思維并不是為了把所有的學生培養成程序員，而是要幫助學生更好地掌握解決問題的思維和方法。在低年級教學中，教師可以選擇簡單的圖符、泳道圖，甚至可以采用請學生上臺說一說、演一演的形式呈現學生的思維過程。這些形式化工具可以有效展現問題解決的細節分解和過程演繹，讓計算思維可見。

4.鼓勵小組合作，思維碰撞

在信息科技教學中，通過小組合作學習，能夠實現智慧的集中，讓學生取長補短，發揮自身優勢，相互學習，活躍思維，培養思維能力。在小組合作學習中，學生的知識遷移能力、表達能力、溝通協作能力均得到發展。

目前，中小學信息科技課堂中主要依賴編程工具培養學生的計算思維，但是計算思維的立足點是利用這種科學的思維方法去解決現實中的問題。所以，作為信息科技教師要正確認識發展計算思維不等于編程教育，如何讓計算思維在學生的學習與生活中“落地生根”，探索更多適合學生認知特點的教學形式是亟待研究的方向。