利用學科融創編程促進學生計算思維深度發展

信息科技課程要培養的核心素養，主要包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任。這四個維度有各自的特征，同時又互相支持、互相滲透，共同促進學生數字素養與技能的提升。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》指出，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。由此可見，學生學會運用計算思維解決復雜問題的思維訓練，對于數字素養和問題解決能力的提升具有重要意義。

一、編程與數學融創教學，更有利于計算思維向深度發展

數學是我國基礎教育中非常重要的學科，其抽象能力、推理能力、數據意識、模型意識等核心素養所需的數學思維有助于學生計算思維的培養。

編程和數學密不可分，它們有著非常相似的邏輯思維，尤其是數學問題求解中的分解思維同計算思維有異曲同工之妙。編程中，學生計算思維的培養要經歷“由問題引發思維、由思維產生算法、由算法形成程序”的過程，計算思維是體現計算思維的關鍵，是人腦的獨立思考活動，所形成的問題解決方案是多樣的，并且不受編程語言的限制，也就是我們所說的“一個問題可以有不同的解決方案，一個方案可以有不同的算法設計，一個算法可以用不同的編程語言來實現”。

數學是編程的基石，以數學融創為核心的計算思維培養教學，不僅契合STEM教育理念，還能在計算思維培養的編程課堂中與數學知識之間建立聯系，發展學生的核心素養，為學生的終身發展奠定基礎。

二、構建編程與數學融創課例，精心設計計算思維教學內容

在編程與數學融創的教學實踐中，教師從計算思維的概念入手，精選數學問題作為課程設計主線，形成了一條清晰的“數學問題一數學知識一編程知識一思維類型”的計算思維課程脈絡。數學問題和數學知識選自小學四年級到六年級的數學教學內容，編程知識涵蓋了信息科技課程中的編程常用知識點，通過關聯形成編程與數學融創課程體系，確保課程內容既符合學生的年齡和認知水平，又能有效地鍛煉學生的思維能力。

三、夯實課堂教學環節，將計算思維培養貫穿始終

計算思維的培養不是一蹴而就的，需要教師精心設計有層次的教學內容，在每節課中按學生的認知規律滲透。在編程與學科融創編程的教學實踐中，筆者認為，創設情境、抽象建模、問題分解、新知探究、設計算法、搭建腳本、運行調試、歸納總結、板書設計、課后應用十個環節能夠促進學生計算思維向深度發展。

下面，以“尋找神秘的四位數”為例，介紹如何通過“十個教學環節”促進學生計算思維向深度發展的整個過程。

（一）創設情境，激活思維

教師根據編程與數學融創的教學內容與教學目標，在課前制作好上課的范例程序作品或者準備好數學問題情境，在課堂伊始引入有趣的數學問題，激發學生的學習興趣。

數學情境：尋找神秘的四位數

在 0～9 十個數字中，任意選擇四個數字，組成最大的數和最小的數，如選2，9，8，4這四個數字，組成最大的數是9842，最小的數是2489。然后兩數相減，并把得數的四個數字重新組成一個最大的數和最小的數，再次相減。在這樣不斷重復的過程中，你能找到一個神秘的四位數嗎？怎樣用編程的方式尋找神秘的四位數呢？

（二）抽象建模，形成思維

計算思維是一種解析思維，融合了數學思維、工程思維和科學思維的核心特征。計算思維的兩個核心概念是抽象和自動化。抽象就是抓住主要的、本質的東西，忽略其他的，去繁求簡。抽象建模是解決問題的核心，創造、提煉和使用模型的能力是學習者解決計算問題的關鍵能力。

（三）問題分解，厘清思維

問題分解就是把大問題拆解成小問題，把復雜問題拆解成簡單問題，把新問題拆分成若干已知的問題，目的就是為了在解決問題的時候更容易去處理，這樣就可降低程序的設計難度。

思維導圖讓邏輯結構更直觀。教師利用思維導圖將數學情境按照功能進行梳理，能夠厘清程序結構，讓學生更直觀地了解現實生活與計算機程序的聯系，掌握將無形思維轉化為有形導圖的方法。在教學中，教師采用思維導圖的教學方法，可以極大地提升課堂的教學質量，培養學生的素養。

師生通過解決“尋找神秘的四位數”的問題，分析理順程序設計思路，將重難點進行分解并逐一突破。學生編程對數學問題的求解要建立在抽象建模的基礎上，學生可以借助思維導圖對程序設計過程進行語言描述。師生通過簡化語言描述得出關鍵性詞語。教師引導學生把這些關鍵性詞語按照先后的邏輯順序排列，就得出程序設計的步驟，其中關鍵性詞語也可以用編程定義函數實現模塊化編程。

（四）新知探究，聯結思維

該環節主要內容為學習本節課的新知識，同時考慮在新舊知識之間建立聯系。

（五）設計算法，訓練思維

算法設計就是用一系列步驟及過程解決問題的方法。算法描述的方法有自然語言描述、流程圖描述和偽代碼或直接用計算機程序描述。其中，流程圖形象、直觀，是小學生思維可視化訓練較佳的方式。經過前面的抽象建模和問題分解，學生已達到了將自然語言描述與程序設計語言鏈接起來的目的。使用具體的程序流程圖可以讓學生有效地描述算法，形成基本的編程思路；還可以引導學生在編程軟件中嘗試找到對應指令積木，為學生的自主學習奠定基礎。

（六）搭建腳本，思維可視化

搭建腳本就是編寫程序，當有了前面計算思維的訓練和本節課的新知識鋪墊時，搭建腳本的操作就更加清晰了。

（七）運行調試，鞏固思維

程序的編寫需要不斷地去試行，去發現問題，然后再改進。學生在程序調試過程中，經?；ㄙM很多時間來發現程序中的錯誤與消除錯誤。針對這種情況，教師可以要求學生采用編程定義函數用模塊化方法，要求學生養成給程序添加注釋的習慣，用模塊化斷開測試、問題查詢手冊、小組合作等形式助力學生解決在程序調試遇到的困難。

（八）歸納總結，積淀思維

該環節主要內容為教師引導學生分析調試運行時出現錯誤的原因。

（九）板書設計，抽象思維

板書設計起到的作用類似于思維導圖。教師要積極引導學生對新知識再次進行梳理，引導學生內化知識與行為習慣，讓學生主動形成自己的認知地圖與知識網絡。

（十）課后應用，思維遷移

課后應用是為鞏固學習效果而安排的課外練習，是課堂教學過程中非常重要的組成部分，是學生鞏固新學知識、形成技能技巧、培養良好的思維品質、發展計算思維的重要途徑，是教師了解學情、調整教學教法的重要基礎，是檢測學習效果不可跨越的一環，因此不容忽視。教師要把教師的教與學生課后的學有機組合起來，為學有余力的學生提供自我學習途徑與展示的舞臺。教師可以在一個階段性的學習過程之后，布置考核任務或者鼓勵學生參與圍繞學校活動和競賽項目開展的創意編程實踐活動，讓學生學以致用，體驗編程的樂趣。

四、綻放計算思維精彩，激勵學生自我成長

計算思維深度發展需要進行系統學習和長時間訓練，借助相關的在線教學平臺可以輕松解決學生校內外同步學習、學習問卷、作品發布等問題。通過在線教學平臺，對作品采取自評、互評、師評等，不僅可以促進學生計算思維的自我培養，還可以促進學生的自我反思等關鍵思維品質的培養。

學科融創編程教學以數學問題求解為切入點，堅持“課程設計、思維訓練、學以致用”的思路，采用在線圖形化編程網站為教學搭建研學一體化平臺，達成教學相長與智慧共生，促進學生計算思維向深度發展。品

【參考文獻】

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