具身認知視域下面向小學生計算思維培養的教學設計

史家寧?施周龍

摘要：旨在探討基于具身認知理論的小學生計算思維提升策略。在仔細考查了小學生計算思維的培養現狀后，建構了具身理論指導下融合計算思維核心要素的教學設計框架，并以小學信息科技新課標下所規定的一個具體教學主題——“游戲博弈中的策略”為例，圍繞設計框架進行了具體的教學設計，最后提出了相應的教學實踐策略，以期能有效提高小學生的計算思維水平。

關鍵詞：具身認知；計算思維；小學生；教學設計

一、前言

在最新頒布的《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》中明確給出了義務教育信息科技課程要培養的核心素養，要求學生要初步具備解決問題的能力，發展計算思維[1]。可見計算思維的培養是新時代重要的教育強國戰略之一，具有顯著地位。而當下關于計算思維的研究多數停留在理論層面，缺乏具體的實施步驟。另外，在實際教學中，仍以“滿堂灌”的授課方式為主，導致學生無法真正接納新知識。由此可見，創新相應的教學設計是極為重要的。因此，本文以“游戲博弈中的策略”為例，展開了具身認知視域下面向小學生計算思維培養的教學設計研究，充分發揮具身認知理論的優勢，將隱喻性的抽象概念轉化為罕譬而喻的原理，幫助學生領會核心、把握要點，并促進其計算思維的形成。

二、相關概念界定與分析

（一）具身認知理論的內涵及其在教育領域中的研究與應用

“具身認知”（Embodied Cognition）這一概念最初是在法國科學家梅洛·龐蒂于1955年出版的《身體、思維與文化》一書中被提及的，后由其學生大衛·安德森進行完善，于20世紀90年代提出了具身認知理論。此理論強調“身體及其所處環境共同作為認知活動發生的基礎，認知的展開與發生恰恰在于身體、心智以及環境三者構成認知系統的自組織生成與涌現”[2]。具身認知作為第二代認知科學被運用到了各個領域中，其中，在教育領域，王靖、邵麗、賈麗娜等學者都取得了實質性進展，驗證了在具身認知理論指導下的課堂教學更具優勢。

（二）計算思維概念界定及當下小學生計算思維培養的研究現狀

計算思維最早是由西摩·派珀特教授提出的，后由周以真教授將其帶入大眾視野之中。它體現了人面對現實生活中復雜的問題，借助計算機科學的思想和方法去理解問題本質，形成問題解決的數字化方案，是問題求解的一系列思維活動和思考方式[3]。目前，國內外已有大量學者對其進行了分析界定，給出了計算思維的相關定義及其所包含的核心要素，如圖1所示。總而言之，計算思維是時代發展的產物，是未來社會應具備的一項涵蓋多要素的復合能力。

為厘清當下小學生計算思維培養的現狀問題，本文以“計算思維”及“小學生”為關鍵詞于中國知網共檢索到近百篇相關文獻，結合CiteSpace6.2.R1軟件對近三年國內關于小學生計算思維培養的研究內容進行了可視化分析，得到相關關鍵詞共現圖譜，如圖2所示。同時對排名前十的高頻關鍵詞進行了梳理總括，其詞頻與中心度分布情況如表1所示。

通過以上可視化的圖片、圖表等，可以分析得出當下有關計算思維的研究多處于策略研究層面，相關教學設計較少，不利于一線教師進行實踐操作。因此，本文針對小學生思維方式的特殊性，運用具身認知理論構建了相應的教學設計框架，并給出了具體的教學設計方案，以期能促進新課標的落地實施，進一步提升小學生的計算思維。

三、面向小學生計算思維提升的具身教學設計框架、教學設計方案與實踐策略

（一）面向小學生計算思維提升的具身教學設計框架

在進行具身認知視域下面向小學生計算思維培養的教學設計時，首先要捋清具身認知、計算思維及所選知識點之間的映射關系。其次要設計多種教學活動，巧妙激活學生的身體圖式，幫助學生更好地理解抽象的計算思維概念。最后，所設計的具身教學活動應讓學生感受到信息科技的應用價值，從而發揮提升小學生計算思維的作用。基于此，本研究搭建了分三個階段七個環節的教學設計框架，如圖3所示。

（二）面向計算思維提升的具身教學設計——以“游戲博弈中的策略”為例

1.課前預備階段

（1）學情分析

本節課是面向五到六年級的學生制定的，此階段學生具備較高的抽象思維能力，且剛開始接觸 Scratch 編程等內容，正是培養計算思維能力的關鍵時期。因此，在授課過程中，我們應組織好各知識點間的銜接關系，多組織學生動手實踐。如在“抽火柴”游戲環節，要盡可能調動學生眼、耳、手等的感知通道，進一步幫助學生計算思維能力的提升。

（2）設定計算思維教學目標

在確定好教學內容后，教師應根據多維目標的要求，巧妙地融合計算思維的概念，制定出符合小學生年齡特征的計算思維教學目標，本節課的教學目標分類如表2所示。

（3）融入計算思維的具身教學活動設計

研究者們發現，那些形式上更加直觀、資源上更加豐富、操作上更追求互動、方法上更注重探究的學習內容，都將深化學習者學習素養的發展[4]。因此，在進行以提升計算思維為目標的教學活動設計上，應充分發揮具身認知理論的優勢，從圖4所示的四個維度上進行構思，基于現實條件設計出符合教學要求的具身教學活動，以此來促進學生計算思維的發展。

（4）教學內容分析

在暫無配套學科教材的現狀下，本研究依據計算思維培養的要求，從各類現有教材與網絡上遴選了與“游戲博弈中的策略”這一主題相關的教學內容，并從以上四個維度出發，設計了適用于所選教學內容的具身教學活動，同時羅列了其與計算思維核心要素之間的映射關系，如表3所示。

（5）數字化具身教學環境創設

傳統課堂通常采用緊湊順序的排列方式，極大地束縛了學生的身體。在具身認知理論的指導下，教師可依據現實情況，創設具身教學環境，如U形排列方式等，以此來滿足不同學習方式所需要的環境需求。另外，教育工作者應當重視數字化教學環境的創設，使得學生在這種情境氣氛的陶染下，潛移默化地養成運用計算思維解決實際問題的能力。

2.正式授課階段

教學過程設計如下：

（1）問題導入，提煉細化學習任務。課程開始之前，以“田忌賽馬”的故事導入。首先組織學生觀看相關視頻，并在頭腦中進行具身模擬；其次歸納出故事中所使用的策略，以此來引出今天的授課主題；最后明確告知學生本節課的學習目標。

（2）掌握三種基本算法結構的概念及應用。三種基本算法結構分別為順序結構、分支結構、循環結構。教師可通過相關實體教具的展示講授這部分內容，讓學生盡可能參與到講解過程中來，感受算法的魅力。

（3）通過“抽火柴”小游戲，進行算法的策略設計。在確保學生習得三種數據的基本結構之后，組織學生進行“抽火柴”小游戲，游戲規則如下：一堆火柴有n根，A、B兩人輪流取出。每人每次可以取1 ～X 根，最先沒有火柴可取的人為敗方，另一方為勝方。如果先取者有必勝策略則記為1，先取者沒有必勝策略記為0。在明確游戲規則之后，指導學生在實操中更為具象地探索和表達對計算思維的理解與應用。

（4）總結概括，對所學知識進行遷移反思。此時學生已經了解策略的概念，掌握了三種算法的基本結構，且可以針對真實問題，進行算法的策略設計，同時學生還增強了自身的計算思維意識與能力，可將所學知識進行遷移。

3.評價反饋階段

教學評價與反饋優化如下：

（1）教學評價是教學設計過程的“指揮棒”。對于計算思維的測評應當從原理理解和項目實踐兩方面構建評價體系，既反映個體對計算機學科核心概念和方法的掌握，又反映將其運用于解決普適化問題的能力[5]。因此，在本研究中，首先應該對本節課的教學主題“游戲博弈中的策略”進行深入分析，設計出相應的“知識評價量表”。其次結合具身認知理論設計“多維度計算思維測量表”，將二者進行結合，為本節課做出評價。

（2）在優化反饋環節，可以通過日常觀察等方法，了解學生的學習情況，把握教學過程中存在的缺陷與不足，及時對教學設計進行優化調整，以保證教學更好地進行，起到增強學生計算思維能力的作用。

（三）面向計算思維提升的具身教學實踐策略

1.教學內容的選擇要蘊含計算思維概念且適于具身認知理論

在運用具身認知理論進行面向計算思維提升的教學設計時，首先要確保教學內容中蘊含計算思維概念。其次要充分理解具身認知理論的內涵，了解其適合的應用范圍和場景，避免出現指導理論與教學內容不符的情況，偏離了教學實際，過分強調身體參與，反而降低了教學效果，不利于學生發展。

2.強調計算思維意識的培養與具身生態環境的建設

計算思維的養成不止于信息技術學科知識的獲取，更重要的是通過信息技術課程的學習了解工具背后的學科思想，使學生產生認知的變化[6]。所以教學內容的選擇應秉承“提高意識，培養習慣”的原則，引導學生形成運用計算思維解決問題的基本認知，將學生鍛造成為具備應對未來復雜智能化環境的新時代青年。同時要注重具身教學情境的建設，增強課堂的互動性，助力實現提升小學生計算思維意識與能力的教育愿景。

四、結語

筆者在具身認知理論的指導下，搭建了面向計算思維提升的具身教學設計框架，并以新課標中“游戲博弈中的策略”為例，圍繞框架進行了具體的教學設計，最后提出了相應的教學實踐策略。運用此類教學設計，使得學生能夠在課堂學習中全身心地參與進來，對學生計算思維的培養大有裨益。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[M].北京：北京師范大學出版社.2022.

[2]左群英，汪隆友.從認知到體驗：中小學教材使用的具身轉向[J].中國教育學刊，2021（03）：66-70.

[3]張屹，王玨，謝玲，等.小學數學PBL+CT教學促進學生計算思維培養的研究—以“怎樣圍面積最大”為例[J].華東師范大學學報（教育科學版），2021，39（08）：70-82.

[4]崔志翔，徐斌艷.數智時代國際基礎學科計算思維教育發展的策略、方向與啟示——《PISA 2022數學框架》之思考[J].遠程教育雜志，2022，40（06）：13-21.

[5]程妙婷，李艷，孫丹，等.基于三維框架的小學生計算思維綜合測評[J].現代遠程教育研究，2023，35（05）：86-95.

[6]宿慶，張文蘭，王海，等.面向高中生計算思維培養的信息技術課程項目式學習研究[J].電化教育研究，2022，43（08）：109-115+122.

作者單位：喀什大學

責任編輯：周航