加強學生計算思維能力

〔摘" "要〕" 計算思維作為數字時代的核心素養，在小學信息科技教育中具有奠基意義。本研究聚焦小學生認知特點，探索有效教學方法，旨在系統培養其分解問題、模式識別、抽象建模與算法設計能力。研究表明，通過采用游戲化學習激發興趣、創設生活化情境增強理解、跨學科項目整合促進遷移、可視化工具輔助降低認知負荷、漸進式任務設計搭建思維階梯以及協作探究深化理解等策略，能顯著提升小學生計算思維水平。教學應超越單純的工具操作，強調思維過程的引導與表達，構建支持性的課堂環境與多元評價體系，為學生的可持續發展奠定堅實基礎。本文對如何加強學生計算思維能力進行了探索。

〔關鍵詞〕" 信息科技；計算思維能力；教學方法

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）22" " 0115-03

隨著信息技術的迅猛發展，計算思維已同閱讀、寫作、算術一樣，成為當代公民不可或缺的基本能力。它并非僅僅關乎計算機操作，還是一種運用計算機科學核心概念（如分解、模式識別、抽象、算法）理解問題、設計解決方案并有效執行的思維過程。小學階段是學生思維模式形成的關鍵期，信息科技課程承擔著啟蒙與奠基計算思維的重要使命。然而，在當前的小學信息科技教學實踐中，一定程度上存在重具體軟件操作技能傳授、輕系統性思維方法培養的傾向，未能充分挖掘課程在思維訓練方面的獨特價值。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》明確將計算思維列為學科核心素養，要求引導學生在解決問題的過程中逐步形成該能力。如何在符合小學生認知發展規律的前提下，設計并實施有效的教學方法，將抽象的計算思維核心概念（分解、模式識別、抽象、算法）具象化、趣味化地融入課堂教學活動，使學生在學習信息科技知識與技能的同時，切實提升分析問題與解決問題的思維品質，是亟待深入探索的核心議題。本研究旨在梳理小學信息科技課程中培養計算思維的理論基礎，分析其核心要素在小學階段的體現，并系統探討一系列行之有效的教學實施策略，為一線教師提供實踐參考。

一、信息科技教學加強學生計算思維能力的內涵

（一）化整為零

化整為零是計算思維的基石，指的是將復雜任務或龐雜問題拆解成更小、更易理解和管理的小任務或子問題。對小學生而言，表現為能夠清晰地識別一個項目，如制作一個簡單的數字故事包含哪些主要步驟，或者將一個復雜指令分解為可操作的子任務。這種能力的培養有助于學生克服面對難題時的畏難情緒，學會條理清晰地規劃行動。

（二）模式識別

指在問題或數據中識別出相似性、共同點或規律性。小學生的模式識別能力體現在，在編程中發現重復執行的相似指令塊，從而想到使用“循環”結構來簡化；在分析一組校園植物生長數據時，注意到溫度與生長速度之間可能存在關聯；甚至在整理文件時，能根據文件類型或主題建立分類規則。識別模式是抽象和概括的前提，能顯著提高解決問題的效率。

（三）抓住本質

抽象意味著忽略不必要的細節，聚焦于解決問題所需的關鍵信息和核心特征。在小學階段，比如說在設計一個模擬交通燈的Scratch程序時，學生專注于燈色變化的順序和時長這些核心規則，而忽略現實中燈的具體形狀、材質等細節；在規劃從家到學校的路線時，關注關鍵的轉彎點和標志性建筑，而非路上每一家商店；在描述一個“寵物”對象時，提取“名字”“種類”“年齡”等關鍵屬性。抽象能力使學生能夠從紛繁復雜中抓住重點，建立有效的模型。

（四）算法思維

算法是一系列定義清晰、可執行、能解決問題的步驟指令。對小學生來說，算法思維體現在能夠為完成一個具體任務，設計出有序、無歧義的步驟說明。在編程中，通過排列和組合指令塊來控制角色實現目標；在解決“如何公平分配小組任務”時，提出一個大家認可的可操作流程。算法設計強調邏輯性、順序性和精確性，是解決方案的具體體現。

二、信息科技教學加強學生計算思維能力的方法

（一）游戲化學習，激發學生興趣

將計算思維的核心概念，如序列、循環、條件判斷、問題分解巧妙地嵌入到具有明確規則、挑戰目標和即時反饋的游戲情境中。例如，使用類似LightBot，Code.org的編程小游戲，學生通過排列“前進”“轉向”“循環”等指令塊，指揮角色闖關。在此過程中，他們直觀地理解了指令順序（算法）、重復模式（循環）和路徑規劃（分解）。實體編程機器人，如Dash amp; Dot，mBot等，學生通過圖形化編程或指令卡，指揮機器人完成迷宮行走、搬運物品、跳舞等任務。游戲要求他們精確分解任務步驟、識別傳感器反饋模式、抽象出控制邏輯，并在失敗調試中鍛煉調試思維。而解謎與桌游則通過設計或選用蘊含邏輯推理、模式匹配、優化路徑的謎題或桌游。學生在“玩”的過程中自然應用了模式識別、策略規劃等思維，極大地降低了認知門檻和焦慮感，在高度投入和愉悅的狀態下反復練習和強化計算思維技能。游戲天然的挑戰性與即時反饋機制，有效驅動學生進行迭代優化，這正是計算思維實踐中不可或缺的環節。

（二）情境化學習，建立意義連接

精心設計與學生日常生活、校園活動和其他學科知識緊密關聯的真實或擬真問題情境，讓計算思維的學習接地氣。例如設計一個流程圖，幫助一年級新生快速熟悉從教室到食堂的路線，體現分解路徑、抽象關鍵節點、算法化等步驟。還可以模擬設計一個班級圖書借閱管理系統，體現抽象圖書信息、識別借還模式、設計簡單規則流程。在家庭任務的延伸任務中，要求學生規劃周末家庭大掃除的分工步驟，或者為家庭出游設計一個行李打包清單和行程時間表，展現分類抽象、序列規劃這樣的計算思維能力。另外，還可以進行跨學科融合，比如，在數學中解決用最少的步驟完成特定計算；在科學課上整理實驗觀察數據并尋找規律；在語文/美術課中策劃制作一個數字故事。情境化學習將抽象的計算思維概念與學生已有的經驗和知識背景建立強關聯，顯著提升學習的意義感和可理解性。學生能清晰地認識到所學思維工具在解決現實問題中的價值，激發內在學習動機，并促進思維能力的遷移應用。

（三）項目式學習，訓練思維能力

圍繞一個具有驅動性的、開放的、需要持續一段時間探索才能完成的挑戰或問題（驅動性問題），組織學生以小組形式展開探究、設計和創造，最終產出可分享的成果。項目過程自然整合運用分解、模式識別、抽象、算法等核心思維。例如：1～2年級項目：“設計并制作一個介紹校園植物的數字畫冊”（分解任務：收集信息、拍照、排版；抽象植物關鍵特征；識別植物分類模式；設計制作流程）。3～6年級項目：“為校園一角設計一個‘智能’節能燈方案（概念設計）”（分解問題：何時開/關？如何感應？抽象環境因素如光線、人；識別開關模式；設計控制邏輯算法）；“創作一個互動式寓言故事Scratch動畫”（分解故事、抽象角色與情節、識別交互模式、設計編程算法）。項目式學習提供了應用和整合所有計算思維核心要素的完整實踐場域。學生在解決復雜、真實問題的過程中，必須經歷規劃（分解）、調研（模式識別/抽象）、設計（算法）、實施、測試、迭代（調試優化）的全過程，思維訓練全面而深入，同時極大地鍛煉了協作、溝通、項目管理等綜合能力。

（四）可視化工具，降低學習難度

充分利用圖形化、實體化的工具和操作，將無形的思維過程變得“看得見”“摸得著”。圖形化編程平臺主要有ScratchJr，Scratch，Kodu，AppInventor等。通過拖拽積木塊組合成程序，將抽象的算法邏輯可視化呈現。學生能直觀地看到指令序列（算法）、循環結構、條件判斷等，極大地降低了理解程序邏輯的門檻。流程圖/思維導圖使用簡單符號（方框、菱形、箭頭）繪制流程圖表示解決問題的步驟和決策分支（算法可視化）；用思維導圖分解任務、梳理信息關聯（分解與抽象可視化）。在實物模型方面，建議用樂高積木搭建模型并設計操作步驟；用卡片排序表示事件發生的順序；通過角色扮演模擬算法執行過程。例如，讓學生扮演“機器人”，其他同學用口頭指令指揮其完成在教室中取物的任務，體驗指令精確性的重要。可視化工具高度契合小學生具體形象思維占主導的特點，將抽象的計算概念和思維過程轉化為可視、可觸、可操作的形式，有效降低了學生的認知負荷，幫助其建立清晰的心智模型，并促進內化。

（五）漸進式任務，搭建思維階梯

遵循“最近發展區”理論，設計由淺入深、由簡到繁、由具體到抽象的任務序列。在學生學習的關鍵節點提供適時、適量的支持，并在其能力提升后逐步撤除。比如，學習“循環”概念時，從“讓小精靈連續走5步（重復5次移動積木）”開始，到“用‘重復10次’積木實現”，再到“在循環內嵌套其他操作（如邊走邊說）”，最后到“使用帶變量的循環實現更靈活的控制”。教師提供部分完成的代碼/流程圖模板；給予清晰的步驟提示卡；設計引導性問題（“這個任務可以分成哪幾個小步驟？”“你發現這里有什么重復的動作嗎？”）。漸進式任務確保學生在挑戰中獲得成功體驗，避免因難度陡增而產生挫敗感。腳手架提供必要的思維框架和引導，幫助學生聚焦當前需突破的思維難點，逐步攀登能力階梯，實現自主思考和問題解決能力的螺旋式上升。

（六）協作式探究，拓寬學生視野

課堂伊始，教師應該是學生的引路人，設計需要小組合作才能完成的學習任務。引導學生通過對話、討論、爭論、互相講解、共同調試等方式進行協作。兩人一組，一人擔任“駕駛員”（操作電腦），另一人擔任“領航員”，定期輪換角色。促進即時溝通、互相檢查和思維共享。針對一個問題，各組設計不同的解決方案，然后進行展示、比較和辯論，分析各自的優缺點。在學生遇到問題時，教師應該給予其足夠的鼓勵，鼓勵學生清晰地描述自己當前的思路、遇到的障礙和嘗試的解決辦法。鼓勵學生分享自己是如何分解問題、發現模式、進行抽象和設計算法的。通過教師的引導和鼓勵，在協作過程中，個體學會了清晰地組織和表達自己的思維，有助于反思和深化自身理解。同時，同伴之間通過頭腦風暴，總結了不同思路和方法，這樣能有效拓寬學生的視野，使學習更加多元化，共同建構更優秀的解決方案。

三、結語

在小學信息科技課程中有效培養學生的計算思維能力，是順應時代發展、奠基學生未來競爭力的關鍵舉措。這要求教育者深刻理解計算思維在小學生認知水平上的核心體現，并超越單純的技術操作訓練，將思維發展置于課堂的核心地位。通過系統性地應用游戲化學習激發興趣、生活化情境建立連接、項目式學習整合實踐、可視化工具具象思維、漸進式任務搭建階梯以及協作探究共享智慧等策略，能夠為小學生創設浸潤計算思維的優質學習環境。成功的教學實踐離不開教師教學重心的根本性轉移——聚焦“如何想”而非僅“如何做”，強調思維過程的價值，營造鼓勵探索的安全氛圍，并構建指向思維發展的多元評價體系。唯有如此，小學信息科技課程才能真正擔負起培養學生數字時代核心思維能力的重任，為學生開啟面向未來的智慧之門。

參考文獻

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