倡導真實學習，培養(yǎng)計算思維

【摘"" 要】計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設計等思維活動。教師以人教信息科技學習平臺五年級上冊“垃圾分類”主題單元的教學為例，通過學情分析、教學設計和教學實施，引導學生在真實學習中提升計算思維。

【關鍵詞】信息科技；計算思維；真實學習；垃圾分類

隨著課程改革的推進，信息科技課程的實施形式逐漸豐富。但是，在中小學的信息科技課堂中，依舊存在著“過于強調操作技能培訓，忽視素養(yǎng)培養(yǎng)”的現象。教學重點仍然停留在對編程軟件等技術工具的分步講解、示范操作、重復練習等層面。學生掌握的僅僅是操作技能，其問題解決能力、遷移運用能力和創(chuàng)新實踐能力等數字素養(yǎng)并未得到很好的培養(yǎng)。如何應對這些問題？

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）倡導真實性學習，要求學生通過課程學習，初步具備解決問題的能力，發(fā)展計算思維。計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設計等思維活動。學生的問題解決能力、遷移運用能力和創(chuàng)新實踐能力等素養(yǎng)的培養(yǎng)都滲透著計算思維。

本文以人教信息科技學習平臺五年級上冊“垃圾分類”主題單元的教學為例，探討從真實任務出發(fā)，培養(yǎng)學生計算思維和核心素養(yǎng)的策略。

一、主題單元設計

主題單元設計的關鍵是創(chuàng)設貼近學生生活的真實任務情境，引導學生發(fā)現問題、解決問題，在此過程中培養(yǎng)學生的思維能力，發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。

近年來，垃圾分類一直是社會上的熱點話題，也是學生日常生活的一部分。各地學校開展了許多與垃圾分類有關的活動，如海報設計、手抄報設計等。為了進一步深化學生對垃圾分類的認識，本主題單元鼓勵學生大膽創(chuàng)新，設計“垃圾分類”趣味小游戲，解決身邊的難題，達成“高效識記、輕松分類”的目的，讓垃圾分類成為校園生活新風尚。

任務情境如下：垃圾分一分，校園美十分。為了幫助同學們了解生活中不同種類的垃圾并進行正確分類，請你設計一個好玩的垃圾分類模擬小游戲。

二、單元任務分解

（一）學情分析

本單元的教學對象為小學五年級的學生。從知識基礎來看，該階段的學生已經掌握了圖形化編程軟件的基本操作方法，能夠根據簡單問題完成相應的算法設計，并通過程序進行驗證。從認知規(guī)律來看，學生的認知水平正處于從形象思維向抽象思維過渡的時期，具有一定的抽象和概括能力。從情感態(tài)度來看，五年級的學生勇于挑戰(zhàn)新知，對事物有好奇心，具有一定的創(chuàng)新和探究精神。

（二）課時設計

面對“設計垃圾分類趣味小游戲”這個單元任務，學生容易產生困惑，不知該從何下手。為此，教師先組織學生對問題進行梳理，如：游戲中的道具包括不同的垃圾桶和垃圾；設計的程序能隨機生成垃圾，并能正確辨別垃圾的種類，把不同的垃圾丟到相應的垃圾桶里；要制定相應的游戲規(guī)則，增加游戲的趣味性；等等。之后，教師引導學生對單元任務進行分解，先把復雜的問題簡單化，嘗試構建簡單模型，再進行深化和拓展（如圖1）。

環(huán)環(huán)相扣、層層遞進的課時任務引導學生從簡單的丟垃圾入手，逐步實現垃圾的分類投放，并設計游戲規(guī)則，拓展完善游戲。在由易到難、由淺入深的學習過程中，學生不斷解決問題，提升遷移應用能力，發(fā)展自身的計算思維。單元設計如表1所示。

三、教學過程設計

計算思維能幫助學生對問題進行抽象、分解、建模，并通過設計算法的方式形成解決方法。學生模擬解決問題的過程，優(yōu)化解決問題的方案，并將其遷移運用到解決其他問題的過程中。如何在教學中滲透計算思維的培養(yǎng)策略和方法，是教師需要重點關注的問題。下面以課時2為例，分析設計教學過程的具體思路及要點。

（一）回顧舊問題，發(fā)現新問題

經過前面的學習，學生已經通過選擇舞臺背景和角色，完成了學校垃圾站的設計，也學習了隨機數積木，實現了“垃圾的隨機產生”，還學習了邏輯運算類“與”積木，設計了簡單投放垃圾（不分類）的算法，形成了垃圾投放（不分類）的基本程序解決框架。

本課教學中，教師帶領學生回顧上一節(jié)課的學習成果，引導學生聯(lián)系現實生活，發(fā)現新問題：生活中，我們不能隨便丟垃圾，需要對垃圾進行分類，而后做到正確投放。

（二）抽象核心問題，結構化分解問題

計算思維中的分解指的是把一個較難解決的復雜問題進行結構化處理，分解成一系列可以逐個解決、同時具有一定聯(lián)系的子問題，使復雜問題簡單化。這也是解決問題過程中較為關鍵的一個環(huán)節(jié)。而抽象則是將問題分解后形成的自然語言描述轉化為計算機可以理解并執(zhí)行的程序語言，即從事物的描述中梳理和抽象出可以控制執(zhí)行的若干條規(guī)則，并將這些規(guī)則轉換成計算機可以理解的表達形式。

本節(jié)課的核心問題是“正確辨別垃圾種類并實現分類投放”。實際生活中，共涉及四種不同類型的垃圾和垃圾桶。如果統(tǒng)一考慮，內容十分繁雜，會給學生帶來較大的困擾，因此，教師可引導學生分兩個階段考慮問題。第一階段只考慮一個垃圾桶（如可回收垃圾桶），分解出兩個子問題：（1）正確辨別垃圾是否為可回收垃圾；（2）實現可回收垃圾的正確投放。第二階段是對第一階段的成果進行遷移，正確辨別四種不同類型的垃圾并實現分類投放。

（三）設計優(yōu)化算法，逐步解決問題

算法中滲透著問題求解思維，關注正確的結果及問題求解的效率。本環(huán)節(jié)，教師通過小組活動引導學生對算法進行設計、優(yōu)化以及遷移應用，培養(yǎng)學生的計算思維。

1.設計投放可回收垃圾的算法

人教信息科技學習平臺為垃圾這一角色設計了六種不同的造型。其中，造型1和造型4代表可回收垃圾。當造型1和造型4的垃圾碰到可回收垃圾桶時，將被成功投放。其他造型的垃圾碰到可回收垃圾桶后，將回歸到初始位置。

教師先讓學生獨立思考，分組討論后描述算法。對于五年級的學生而言，繪制流程圖有一定困難。因此，教師突破流程圖，讓學生用自己喜歡的方式表示算法，如用自然語言、示意圖等。學生小組分享后，教師適時點評，并用流程圖（如圖2）幫助學生梳理邏輯，把思維過程呈現出來，讓學生感受到使用流程圖可以把復雜過程簡單直觀地展示出來。

在驗證程序前，學生已經學習并使用過偵測類積木，會偵測兩個角色是否相互碰撞以及當前舞臺的背景圖編號。要辨別垃圾是否為可回收垃圾，需要偵測可回收垃圾桶與不同造型代表的垃圾之間的碰撞，這是教學過程中的一個難點，需要教師引導學生將“舞臺”的“背景編號”切換為“角色”的“造型編號”。

2.優(yōu)化投放可回收垃圾的算法

在初步完成算法描述后，教師可引導學生對算法進行回顧和反思，養(yǎng)成對算法進行細化和優(yōu)化的習慣。如，上一節(jié)課學生已經掌握了邏輯運算類“與”積木的用法。本節(jié)課中，教師可啟發(fā)學生運用“或”積木優(yōu)化算法（如圖3）。然后帶領學生比較算法優(yōu)化前后的區(qū)別，讓學生體會結構簡單化、程序輕量化的好處，培養(yǎng)學生的計算思維。

3.設計投放其他三種垃圾的算法

完成了可回收垃圾的投放設計之后，教師可組織學生開展小組合作，參考可回收垃圾投放的算法，在上一環(huán)節(jié)完成的程序框架的基礎上進行修改，完成投放其他垃圾正確的算法設計，培養(yǎng)學生的遷移運用能力。

（四）小組交流分享，回顧反思問題

教師借助人教信息科技學習平臺為學生搭建了作品反饋和評價交流的橋梁。在小組合作環(huán)節(jié)，教師實時查看各小組的完成情況，精準掌握學情，有針對性地調整教學思路與節(jié)奏。在評價反饋環(huán)節(jié)，教師直觀展示和比較各小組作品，通過可視化的方式組織學生交流分享，提升學生的數字化學習與創(chuàng)新素養(yǎng)。

四、單元實踐反思

（一）倡導真實性學習

真實性學習的本質是讓學生基于真情境，探索真問題，產生真思考，落實真應用。在本單元教學中，教師從貼近學生生活的真實問題入手，關注學生已有的學習經驗，創(chuàng)設真實有趣的學習情境，讓學生經歷完整的任務分析、方案設計、方案驗證、方案優(yōu)化過程。這個過程將學習和實踐緊密結合，培養(yǎng)了學生的協(xié)調、分工、合作、交流等能力，讓學生在“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”。

（二）關注計算思維的初步養(yǎng)成

熊璋教授提出，信息科技課程不應該局限于讓學生掌握現有的程序設計語言，而應讓學生學習使用計算機解決問題的思維和方法。因此，在教學過程中，用計算思維分析和解決問題遠比學習使用圖形化編程工具進行編程更為重要。事實上，編程只是算法的一種驗證手段，是一種技能操作。在教學中，教師更應關注隱藏在技能操作背后的抽象、分解、建模、算法設計等計算思維的培養(yǎng)。

總體而言，指向真實性學習的信息科技課堂關注“為什么做”“在什么條件下做”“為誰而做”等問題，旨在提升模擬、仿真、驗證等問題解決能力，推動“還能怎么做”“如何優(yōu)化”等創(chuàng)新能力、創(chuàng)造能力的發(fā)展。

參考文獻：

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［4］熊璋，趙健，陸海豐，等.義務教育階段信息科技課程的時代性與科學性：《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》解讀［J］.教師教育學報，2022，9（4）：63-69.

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