指向計算思維的小學生思維可視化教學策略研究

中圖分類號：G434文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2025）13—0055-04

隨著信息科技課程的不斷發展，計算思維已成為提升學生綜合能力的核心素養之一。計算思維不僅幫助學生在問題解決、邏輯推理和創新能力方面取得突破，還在知識應用和跨學科學習的培養中發揮著至關重要的作用。然而，如何在教學中有效地培養計算思維，成為教育實踐中的一大挑戰。思維可視化作為一種創新性的教學策略，通過圖示化工具將抽象的思維過程具象呈現，既有助于學生理解知識間的內在聯系，又能強化其對復雜概念的實際應用能力。因此，筆者嘗試在小學信息科技教學中探討思維可視化如何幫助學生全面提升計算思維，并提出相應的教學策略。

思維可視化：培養計算思維的重要方法

1.計算思維的內涵

計算思維是運用計算機處理問題的方法進行問題建模、分析、推理及解決的思維方式，強調系統化、結構化分解問題，通過算法、抽象和模式識別促進問題解決。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）明確指出“計算思維是信息科技核心素養之一，對培養學生的批判性思維、創新能力和問題解決能力起著關鍵的推動作用。通過程序設計、數據分析、算法思維等教學途徑，可以有效培養學生的計算思維”。然而，在實際教學中，將計算思維融人課堂教學面臨諸多挑戰，培養效果可能難以達到預期。因此，教師需要靈活運用教學策略，確保計算思維在課程中得到全面滲透，從而有效提升學生的這一核心素養。

2.思維可視化的內涵

思維可視化是指運用思維導圖、模型圖、流程圖等圖形化工具及相關技術軟件，將抽象的思維過程和思考方式轉化為清晰、具體、直觀的可視化表現形式。思維可視化的核心在于系統化分解與梳理思維過程，助力學生從表面認知過渡到深層理解，因此它是培養學生計算思維的重要方法。通過圖示化分析與講解，使得學生的思維形成過程得以完整呈現，學生能夠直觀把握知識結構，理解復雜概念，進而提升邏輯思維與問題解決能力。此外，思維可視化教學還助力教師高效評估學生的知識掌握情況，通過觀察學生的圖示記錄，教師能迅速識別認知誤區，并進行及時干預，提高教學的即時性與針對性。

指向計算思維的思維可視化教學策略

按照新課標的要求，計算思維的培養應融入課程的每個環節，以逐步培養學生分析、抽象、推理及解決問題的能力。教師應鼓勵學生采用思維可視化工具來展示其解題思路和成果。通過可視化手段，學生在解答問題時能夠清晰地呈現其思維流程，而教師則能借助對圖示的深度剖析，精確地把握學生的認知狀態，從而提供針對性的指導與反饋。思維可視化不僅促進了學生對知識內容的深人理解，還有助于他們構建起條理分明的思維架構。進一步而言，這種方法在提升學生的歸納總結、邏輯推理以及知識的綜合應用能力方面發揮著關鍵作用，對于發展計算思維具有不可忽視的重要性。思維過程往往具有內隱性和復雜性，采用特定的技巧將其顯性化顯得尤為必要。因此，筆者提出以下四項思維可視化策略，旨在全面提升學生的計算思維能力。

1.思維結構系統化：構建知識框架，理清思維脈絡

通過精心組織知識內容，構建層次分明、邏輯清晰的知識框架與思維路徑，形成思維系統化的結構。其核心在于幫助學生在面對復雜的學科知識體系時，迅速辨識核心知識點及其相互間的聯系，進而深化對學科內容的理解與掌握。此過程常借助圖形化工具，如思維導圖與層級結構圖，這些工具以直觀形式展現知識的架構，促進學生對知識體系各部分關系的認知。新課標強調“在解決實際問題的過程中學生需具備條理化的問題分解與分析能力”，而思維可視化正是培養學生此能力的關鍵途徑。它不僅是對知識體系的整理，更是對思維流程的優化，使學生在認知過程中能從復雜信息中提煉核心，提升分析與解決問題的效能。

以“計算機組成部件”的教學為例，運用思維導圖將計算機的核心組件（如圖1）及其相互關聯進行可視化呈現，為學生構建一個全面的計算機組成的整體框架。通過這一方法，學生不僅掌握了各部分的基本功能，還深化了對計算機整體運作原理、各組件的功能及其協同工作機制的理解。此外，還可通過層級結構圖進一步細化展示計算機的組成，如將硬件細分為輸入設備、輸出設備等，幫助學生明確各層級的功能與相互間關系，深化認知層次。

在編程教學中，利用思維導圖將編程語言的核心概念（如下頁圖2）進行層級化組織，并通過圖形化方式直觀展示，幫助學生深入理解編程結構的內在邏輯與元素間的關聯。學生通過這種方式能夠清晰洞察各模塊的功能及其在整體程序架構中的角色，有效避免思維混亂與邏輯錯誤。通過系統化的知識結構，學生得以更高效地掌握編程語言的核心原理，并在編程實踐中能夠有條不紊地組織代碼，提升編程技能與效率。

2.思維流程清晰化：明確解決步驟，梳理思維路徑

通過圖示化工具詳盡地展示問題解決過程中的每一步驟及其執行次序，使思維流程更清晰，從而增強學生的邏輯推理與問題解決能力。在計算思維的培養中，由于問題往往涉及多個步驟，學生需分階段地進行細致的分析、推理與操作。通過流程圖等可視化工具，學生能夠洞察問題解決流程的每一環節，有效防止在思考過程中產生認知偏差與思路混淆。這種條理清晰的思維路徑使學生在面對復雜問題時，能夠有條不紊地進行思考與決策，顯著提升其問題解決效率與準確性。

以人教版五年級《閏年平年我知道》一課為例，教師利用流程圖展示多分支結構的執行步驟（如圖3），便于學生認識算法的執行過程，明確輸入、處理和輸出的基本流程。它不僅有助于學生明確每一步的執行順序與邏輯，還有助于他們在編程過程中減少錯誤，提升計算思維。此外，流程圖的使用還可以助力學生理清循環結構，使他們更好地梳理程序執行的各個環節。

在文本編輯的教學中，學生無法準確判斷當前輸人法的狀態，導致字符輸入錯誤的現象屢見不鮮。而利用流程圖（如圖4）可系統地指導學生在輸入標點符號時應遵循的步驟和注意事項，明確指出判斷輸人法狀態的方法、Shift鍵的使用時機，為學生提供了清晰的指引框架，便于他們在遇到輸入錯誤時迅速回溯并自我糾正，確保標點符號輸入的準確性。

3.思維模型具象化：抽象模型具象化，提升思維應用

思維模型具象化是一種將抽象概念、復雜算法及理論模型轉化為具體、直觀可視化模型的過程。此過程涉及將高度抽象的思維結構通過圖形、圖表及流程圖等視覺媒介加以呈現，促進學生的視覺理解與認知深化。在信息科技教學中，針對算法、數據結構及程序設計等概念，學生往往面臨理解障礙。思維模型具象化策略正是針對這一難題而形成的有效解決方案，它通過將抽象理論轉化為可操作的具體模型，使學生能直觀看到各步驟對最終結果的影響，進而提高理解力和解決問題的能力。

以人教版五年級《冒泡排序齊體驗》一課的教學為例，教師通過將排序邏輯轉化為具象模型，利用動畫模型演示冒泡排序算法的執行流程，使學生能清晰追蹤數據交換的步驟與結果，深入理解算法的工作原理及其效率特征。結合程序流程圖的使用，進一步將抽象算法步驟具象化為可視化邏輯序列，便于學生在編程實踐中準確實現算法，從而提升計算思維能力。

此外，在“圖形繪制”課程中，思維模型具象化同樣發揮了關鍵作用。通過構建具象模型，教師引導學生理解幾何圖形的繪制原理與步驟，運用思維導圖梳理繪制流程（如圖5），結合流程圖展示步驟間的邏輯關系，使學生能夠直觀把握從指令輸入到圖形輸出的全過程。這一教學策略不僅促進了學生對幾何概念與編程指令的掌握，還顯著提升了其幾何思維、編程實現能力及創造力，使學生能夠設計出復雜圖案。

4.思維迭代完善化：持續反饋優化，推動思維進化

學生通過反復的反饋和優化，不斷調整和改進自己的思維路徑，推動思維不斷進化，這一過程是思

維迭代完善的過程。與傳統的單一反饋不同，思維迭代強調通

過多次循環反饋，在每一輪反饋中都能發現問題、提出改進方案，并通過實施改進進一步完善思維過程。這一過程是動態的、持續的，不僅僅是對結果的修正，更重要的是通過反饋幫助學生在思維層面實現優化，使他們能夠更加清晰地認識到自己的思維方式、決策過程和問題解決策略。通過將反饋和迭代融入學習過程，學生能夠形成自我反思和自我調整的能力，這對提升計算思維和解決問題的能力至關重要。

在人教版六年級“設計我的種植園”項目中，學生需要設計一個具備智能溫度調節功能的大棚系統。該系統涵蓋溫度傳感器、空調控制模塊以及直觀的控制界面。學生首先依據需求分析，初步構想并規劃系統設計方案，并通過編程實現基本的溫控功能。然而，初期設計的系統存在一些問題，如溫控反應遲鈍、系統響應延遲以及在極端溫度變化情境下調控精度不足等。針對上述問題，教師引導學生逐一分析設計方案，細致剖析潛藏于系統中的不足，并據此提出了一系列改進策略。在每次迭代修改后，學生都進行了嚴格的測試與驗證，以評估改進的實際效果，并通過小組內的深入討論，不斷對設計方案進行精細化打磨。在反復的反饋和優化過程中，學生不僅解決了初期設計中的問題，還提升了對溫控系統的整體理解，并學會了如何在實際設計中根據反饋調整和優化方案。通過這一過程，學生的設計思維得到逐步完善，并加深了學生對技術實現和問題解決的理解，使得他們后續在面對復雜任務時能夠更加高效和靈活地進行思考和調整。

結語

思維可視化是培養小學生計算思維的有效策略。通過以上思維可視化策略，教師可以幫助學生將知識框架系統化、思維流程清晰化、抽象概念具象化，并通過小組合作和持續反饋促進學生的思維深化，進而全面培養學生的計算思維。

參考文獻：

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）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.