Kolb學(xué)習(xí)圈融入初中信息科技計(jì)算思維培養(yǎng)的研究

【中圖分類號(hào)】G623.58 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1002-3275（2025）03-53-04

信息技術(shù)的革新改變了人們的思維和認(rèn)知，計(jì)算思維已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)人才不可或缺的技能。計(jì)算思維對(duì)于解決信息化時(shí)代的問題十分重要，其能夠幫助學(xué)生適應(yīng)人工智能時(shí)代的變化。當(dāng)前，各國都在大力培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，一些國家已經(jīng)把計(jì)算思維的培養(yǎng)列入了K-12教育的內(nèi)容，我國也非常注重對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱課程標(biāo)準(zhǔn)）將計(jì)算思維作為核心素養(yǎng)之一。可見，計(jì)算思維的培養(yǎng)由高等學(xué)校逐步向基礎(chǔ)教育學(xué)段延伸，因此中小學(xué)的信息科技課程承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重任。

一、計(jì)算思維的概念

Wing較早對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行明確定義，將其視為人們?cè)趯W(xué)習(xí)和生活中運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)基本概念解決問題、研究人類行為的能力。[1]美國國際教育技術(shù)協(xié)會(huì)（ISTE）和計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（CSTA）在OperationalDefinitionofComputationalThinkingforK-12Education中將計(jì)算思維定義為確定問題、分析數(shù)據(jù)、抽象、設(shè)計(jì)算法、評(píng)價(jià)最佳方案、遷移解決方案這六個(gè)因素組成的求解過程。課程標(biāo)準(zhǔn)將計(jì)算思維定義為個(gè)人運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)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(shè)計(jì)等思維活動(dòng)。從以上定義可以看出，計(jì)算思維離不開問題解決，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)目的就是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)、生活中養(yǎng)成良好的問題解決習(xí)慣。

二、初中信息科技教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的現(xiàn)實(shí)困境

初中階段是學(xué)生認(rèn)知能力發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，學(xué)生的邏輯、抽象思維、問題解決能力開始逐漸形成，為培養(yǎng)計(jì)算思維提供了良好基礎(chǔ)。教師要引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究、理解編程語言背后的邏輯、算法，培養(yǎng)學(xué)生將算法思想和問題解決策略應(yīng)用于各類問題的綜合能力。編程教學(xué)是信息科技課程培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的切入點(diǎn)，但目前的具體課程實(shí)踐中仍存在著一些問題，如信息科技課程相比其他課程不受重視，課程開展缺乏系統(tǒng)性；一些教師尚未認(rèn)識(shí)到計(jì)算思維在信息科技課程中的核心價(jià)值，沒有進(jìn)行深入的教學(xué)研究，在教學(xué)設(shè)計(jì)中未體現(xiàn)計(jì)算思維的培養(yǎng)；部分學(xué)生計(jì)算機(jī)基本技能偏弱，編程基礎(chǔ)差，學(xué)習(xí)參與度低，對(duì)程序設(shè)計(jì)有畏難情緒，傾向于機(jī)械地復(fù)制粘貼代碼，而非通過深入思考和探究來解決編程問題。可見，從傳授知識(shí)到培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維是一個(gè)長期且艱巨的任務(wù)。

三、以體驗(yàn)式學(xué)習(xí)為切入點(diǎn)，突破計(jì)算思維培養(yǎng)困境

體驗(yàn)式學(xué)習(xí)以學(xué)生為中心，在具體的學(xué)習(xí)主題、任務(wù)等基礎(chǔ)上，讓學(xué)生通過親身經(jīng)歷的學(xué)習(xí)方式，將學(xué)習(xí)和現(xiàn)實(shí)緊密地結(jié)合在一起，弱化學(xué)習(xí)的抽象性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生更好地理解并解決問題。信息科技是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生在了解編程問題后，需要設(shè)計(jì)算法和程序來解決問題，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維是初中信息科技教學(xué)的一個(gè)重要目標(biāo)。這和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)親身經(jīng)歷的學(xué)習(xí)方式是一致的。

解決編程問題的基本步驟是分析問題、設(shè)計(jì)算法、編寫調(diào)試程序。Kolb學(xué)習(xí)圈包括具體體驗(yàn)、反思觀察、抽象概括、行動(dòng)檢驗(yàn)四個(gè)階段。Kolb學(xué)習(xí)圈的各個(gè)階段與解決編程問題的步驟相似。具體體驗(yàn)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)編程學(xué)習(xí)前的問題情境創(chuàng)設(shè)，反思觀察環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)解決編程問題過程中的分析問題，抽象概括環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)編程學(xué)習(xí)中的設(shè)計(jì)算法，行動(dòng)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)編程學(xué)習(xí)中的編寫調(diào)試程序。將Kolb學(xué)習(xí)圈融入信息科技課程中的計(jì)算思維培養(yǎng)具有較強(qiáng)的可實(shí)施性。

四、基于Kolb學(xué)習(xí)圈的計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)模式構(gòu)建

在Kolb學(xué)習(xí)圈的各環(huán)節(jié)構(gòu)成基礎(chǔ)上，本研究提出基于Kolb學(xué)習(xí)圈的計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)模式（見圖1）。以“情境導(dǎo)入，激發(fā)興趣”“分析問題，理解原理”“設(shè)計(jì)算法，梳理步驟”“編寫程序，解決問題”四個(gè)活動(dòng)展開教學(xué)。

（一）學(xué)習(xí)支架設(shè)計(jì)

1．問題支架

在課堂中創(chuàng)設(shè)的問題情境一般屬于“大問題”，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而對(duì)學(xué)生思考、分析、解決問題的引導(dǎo)作用不明顯。當(dāng)學(xué)生對(duì)本節(jié)課需要解決的主要問題有初步了解之后，教師應(yīng)當(dāng)及時(shí)提供問題支架，引導(dǎo)學(xué)生從“小問題”開始探究，以幫助學(xué)生更深入地分析問題?！靶栴}”的設(shè)計(jì)要與學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)相適應(yīng)，具有一定的邏輯性，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生了解問題的性質(zhì)和原理，使學(xué)生在持續(xù)的問題解決中體驗(yàn)知識(shí)的產(chǎn)生過程。因此，在教學(xué)設(shè)計(jì)的反思觀察環(huán)節(jié)，教師需要提前設(shè)計(jì)好“小問題”，引導(dǎo)學(xué)生有效理解“大問題”。

2．算法支架

對(duì)初中學(xué)生來說，在對(duì)問題進(jìn)行分析后通過設(shè)計(jì)算法來厘清思路非常重要。流程圖是經(jīng)常使用的算法描述方法，但初中學(xué)生的編程思維還未形成，對(duì)流程圖的畫法不熟悉，因此教師需提前提供流程圖框架，讓學(xué)生進(jìn)行補(bǔ)充完善。

3．程序支架

由于初中學(xué)生的編程水平較低，因此在編程過程中教師要為學(xué)生提供一個(gè)編程框架。程序支架是學(xué)生在初中新學(xué)的關(guān)鍵語句格式，教師需根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)程度提供適當(dāng)?shù)拇a提示。在進(jìn)行初中編程教學(xué)時(shí)，教師可以根據(jù)任務(wù)的復(fù)雜性和學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平，靈活運(yùn)用算法支架和程序支架[2]，并對(duì)流程圖中每一個(gè)圖例對(duì)應(yīng)的代碼塊進(jìn)行分析，從而幫助學(xué)生更好地理解。

（二）教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

1．情境導(dǎo)入，激發(fā)興趣

創(chuàng)造與現(xiàn)實(shí)生活相聯(lián)系、具有挑戰(zhàn)性的問題情境是教學(xué)的重要任務(wù)，在問題的刺激下，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生想要解決問題的沖動(dòng)。因此需要尋找有意義、有價(jià)值的現(xiàn)實(shí)問題，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)后續(xù)的任務(wù)和活動(dòng)。

例如在“for循環(huán)程序設(shè)計(jì)”一課中，教師創(chuàng)設(shè)問題情境：“本周我校啟動(dòng)‘綠色校園’行動(dòng)，各班需統(tǒng)計(jì)可回收物數(shù)量?jī)稉Q積分（1個(gè)塑料瓶 = 1 分，1千克紙 2分），積分將用于評(píng)選‘環(huán)保先鋒班’。假設(shè)初二（3）班本周收集了152個(gè)塑料瓶和38千克紙，如何快速計(jì)算該班總積分？如果每天各班的回收量都在變化，如何設(shè)計(jì)一個(gè)程序，自動(dòng)完成積分計(jì)算？”教師可利用多媒體呈現(xiàn)校園內(nèi)不同班級(jí)的垃圾分類回收站情景圖，吸引學(xué)生的注意力，增強(qiáng)他們的體驗(yàn)。

2．分析問題，理解原理

教師通過層層設(shè)問，能夠使學(xué)生分析問題背后的原理，準(zhǔn)確地把握關(guān)鍵信息。教師需注意要根據(jù)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)設(shè)計(jì)問題，在提問過程中體現(xiàn)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，在學(xué)生回答問題時(shí)引導(dǎo)學(xué)生厘清問題的邏輯。

例如當(dāng)學(xué)生面對(duì)上述問題不知從哪個(gè)方面突破時(shí)，教師可引導(dǎo)：“我們要解決的是什么問題？如果要編寫程序解決該問題，我們需要輸入哪些數(shù)據(jù)？期望輸出什么結(jié)果？塑料瓶和紙張每天都會(huì)新增，需連續(xù)統(tǒng)計(jì)5天的數(shù)據(jù)，每天計(jì)算一次積分。這其中有重復(fù)的操作嗎？重復(fù)的次數(shù)由什么決定？具體要用到哪些程序語句和哪種結(jié)構(gòu)？”通過指向性明確的分析，學(xué)生能明白問題原理，并明確問題解決方法。

3.設(shè)計(jì)算法，梳理步驟

此環(huán)節(jié)需要學(xué)生詳細(xì)說明解決問題的步驟?？筛鶕?jù)學(xué)生的性格、學(xué)習(xí)能力、領(lǐng)導(dǎo)能力等進(jìn)行科學(xué)分組，并開展算法設(shè)計(jì)比賽活動(dòng)。初中學(xué)生的自控能力相對(duì)較弱，教師應(yīng)注意觀察學(xué)生的表現(xiàn)，及時(shí)給予指導(dǎo)，同時(shí)對(duì)表現(xiàn)好的小組進(jìn)行肯定，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在分配任務(wù)時(shí)，要充分評(píng)估學(xué)生小組的能力水平，讓學(xué)生能得到鍛煉，能力稍弱的小組負(fù)責(zé)以自然語言描述法書寫算法步驟，能力強(qiáng)的小組負(fù)責(zé)畫流程圖描述算法。最后舉辦算法作品展示活動(dòng)，小組之間互相對(duì)各自的作品提出問題和建議，探討不同算法之間的優(yōu)缺點(diǎn)，并以小組為單位評(píng)選出優(yōu)秀算法作品，作為下一階段的學(xué)習(xí)資源。

4.編寫程序，解決問題

這一環(huán)節(jié)需要把算法轉(zhuǎn)化為程序代碼。為了幫助學(xué)生更好地完成編程任務(wù)，教師應(yīng)先引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)編程語言的基礎(chǔ)語法和常用函數(shù)等知識(shí)，確保他們能夠在自主練習(xí)時(shí)熟練地編寫程序。教師還需要為學(xué)生提供程序支架，讓學(xué)生在理解算法的基礎(chǔ)上編寫程序。如果課堂時(shí)間充裕，教師還可以安排一些拓展性的任務(wù)來增加挑戰(zhàn)性。

例如在編寫程序前，教師先講解for語句書寫格式，結(jié)合上一環(huán)節(jié)選出的優(yōu)秀算法作品，與for語句的內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)講解，幫助學(xué)生理解，學(xué)生基于程序支架編寫代碼。對(duì)于學(xué)生在編程中遇到的一些問題，教師通過演示代碼編寫過程，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己代碼編寫的問題并更改檢驗(yàn)。

（三）學(xué)生思維過程

1．知識(shí)回顧，感知新題

在這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生的思維過程主要經(jīng)歷了從舊知喚醒到認(rèn)知新問題。教師通過多媒體呈現(xiàn)的視頻、圖片等與學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的素材，會(huì)觸發(fā)學(xué)生對(duì)之前學(xué)過知識(shí)的回憶，由此進(jìn)入情境。隨著教師提出問題，學(xué)生開始將注意力從舊知識(shí)轉(zhuǎn)移到新問題上，并將自己在現(xiàn)實(shí)生活中習(xí)得的經(jīng)驗(yàn)和所學(xué)編程知識(shí)結(jié)合，運(yùn)用到對(duì)新的編程問題的理解中。

2.梳理問題，整理思路

在這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生的思維過程表現(xiàn)為從初步感知問題到逐步深入分析問題，在對(duì)問題進(jìn)行整體把握后，再把問題分解成更小的、更具體的問題。具體來說，學(xué)生先明確問題的目標(biāo)和要求，然后分析需要哪些輸入數(shù)據(jù)、預(yù)期的輸出結(jié)果是什么以及需要使用哪些編程語句和結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。將問題進(jìn)行分解，可以使學(xué)生初步形成清晰的問題解決思路。這個(gè)過程要求學(xué)生調(diào)動(dòng)邏輯思維和分析能力，將復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，為后續(xù)的算法設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

3．體驗(yàn)內(nèi)化，歸納概括

在這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生的思維經(jīng)歷了由分析問題到歸納、內(nèi)化的過程。在合作學(xué)習(xí)中，學(xué)生與小組成員共同探索算法的設(shè)計(jì)，練習(xí)自然語言和流程圖的表達(dá)，在交流的過程中，提升團(tuán)隊(duì)精神和邏輯思考能力。同時(shí)，學(xué)生在對(duì)算法設(shè)計(jì)、循環(huán)語句的學(xué)習(xí)中加深了對(duì)循環(huán)編程思想的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)的程序編寫奠定基礎(chǔ)。

4.實(shí)踐應(yīng)用，體驗(yàn)修正

在這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生在程序編寫實(shí)踐活動(dòng)中不斷地檢驗(yàn)、修正所學(xué)知識(shí)。通過自主實(shí)踐，學(xué)生能夠把所學(xué)知識(shí)運(yùn)用于解決實(shí)際問題中。學(xué)生在對(duì)循環(huán)語句有了深刻理解后，再結(jié)合教師提供的程序支架編寫、運(yùn)行、調(diào)試程序，驗(yàn)證算法的可行性，最后在教師的引導(dǎo)下對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)際操作的過程有效培養(yǎng)了學(xué)生的程序設(shè)計(jì)和解決問題的能力。

（四）教學(xué)評(píng)價(jià)

本課程的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)包括學(xué)生的體驗(yàn)感評(píng)價(jià)、學(xué)生的問題理解評(píng)價(jià)、小組的算法作品評(píng)價(jià)、編程作品評(píng)價(jià)。

體驗(yàn)感評(píng)價(jià)主要發(fā)生在導(dǎo)人環(huán)節(jié)，此時(shí)學(xué)生剛進(jìn)入問題情境，對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容有了初步的感知和體驗(yàn)。教師需要對(duì)學(xué)生參與課堂的積極性進(jìn)行口頭評(píng)價(jià)，以幫助學(xué)生及時(shí)調(diào)整狀態(tài)，順利進(jìn)人后續(xù)的問題分析環(huán)節(jié)。

問題理解評(píng)價(jià)在學(xué)生分析問題階段進(jìn)行，這一階段學(xué)生需要厘清問題的來龍去脈。在學(xué)生回答問題的過程中，教師要及時(shí)給予反饋，如果學(xué)生的答案有偏差，教師要指出并幫助學(xué)生改正錯(cuò)誤，確保學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)方向正確。

算法作品評(píng)價(jià)是學(xué)生小組互相之間對(duì)自然語言、流程圖描述算法的準(zhǔn)確性給出意見。目的在于檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)編程問題的實(shí)際了解程度，以及他們是否能夠準(zhǔn)確地表達(dá)和運(yùn)用自己梳理的問題解決思路。教師在這一評(píng)價(jià)過程中起輔助作用，在小組互評(píng)有歧義時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充評(píng)價(jià)。

編程作品評(píng)價(jià)是由教師評(píng)價(jià)學(xué)生在課堂上完成的程序設(shè)計(jì)是否能夠解決本節(jié)課的問題。評(píng)價(jià)時(shí)重點(diǎn)關(guān)注程序的運(yùn)行結(jié)果、代碼準(zhǔn)確性、書寫規(guī)范性、可讀性、創(chuàng)新性。如果學(xué)生編寫的程序具有創(chuàng)新性，如使用了特殊的算法，教師應(yīng)給予學(xué)生表揚(yáng)并在班級(jí)中展示，幫助學(xué)生拓展思維，掌握更多解決問題的方法。

五、基于KoIb學(xué)習(xí)圈的計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)模式實(shí)施效果

為了更好地檢驗(yàn)基于Kolb學(xué)習(xí)圈的計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)模式的實(shí)施效果，筆者在初二年級(jí)的編程課上實(shí)施相應(yīng)的教學(xué)，將學(xué)生分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，實(shí)施9節(jié)課教學(xué)。實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的學(xué)生在學(xué)習(xí)水平上沒有顯著差異，實(shí)驗(yàn)組采用體驗(yàn)式教學(xué)方法，對(duì)照組則保持原有的教學(xué)方法，在實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后分別采用計(jì)算思維量表、編程知識(shí)自編題、Bebras計(jì)算思維挑戰(zhàn)題來檢測(cè)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

計(jì)算思維量表用來衡量學(xué)生的計(jì)算思維觀念，計(jì)算思維觀念即學(xué)生對(duì)自我創(chuàng)新能力、合作學(xué)習(xí)能力、算法思維、批判思維、問題解決能力的認(rèn)知程度，通過對(duì)五個(gè)能力維度的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)教學(xué)實(shí)施后實(shí)驗(yàn)組學(xué)生和對(duì)照組學(xué)生之間的合作學(xué)習(xí)能力有明顯的差異（實(shí)驗(yàn)組學(xué)生表現(xiàn)更優(yōu)），并且實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的算法思維在教學(xué)后得到顯著提高。這表明基于Kolb學(xué)習(xí)圈的計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)模式設(shè)計(jì)教學(xué)，對(duì)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力和算法思維培養(yǎng)都有一定的促進(jìn)作用，但對(duì)創(chuàng)新能力、批判思維、問題解決能力的提高沒有顯著幫助。

計(jì)算思維的培養(yǎng)與程序設(shè)計(jì)知識(shí)密切相關(guān)，如順序、循環(huán)、條件、運(yùn)算符、數(shù)據(jù)、變量等，可以通過編程知識(shí)自編題測(cè)量學(xué)生的計(jì)算思維。通過對(duì)編程知識(shí)自編題的平均成績(jī)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生對(duì)于程序設(shè)計(jì)的理解和掌握水平都有明顯提高。

Bebras計(jì)算思維挑戰(zhàn)題可以測(cè)試學(xué)生的計(jì)算思維實(shí)踐能力，對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的平均成績(jī)進(jìn)行比較和分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的實(shí)際操作和問題解決能力有顯著的提升，學(xué)生能夠熟練地運(yùn)用所學(xué)的程序設(shè)計(jì)知識(shí)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用能力。

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