基于计算思维培养的“做中学”教学模式探究

荆晓虹

高中阶段的学生已经具备一定的学科基础知识和基本操作技能，因此，教师应利用学生的前概念和动手能力，帮助他们梳理学科核心知识、建立核心概念框架、培养计算思维，使其具有终身学习、适应未来的社会生活和可持续发展所必须的核心素养。笔者以“做中学”理论为指导，构建了利于学生运用迁移进行学习的基于计算思维培养的“做中学”教学模式。

教学过程包括课前准备、课堂教学和课后反思三个环节，它是一个“做前思，做中思，做后思，思中学”的做、思、学相结合的完整过程（如右图）。下面笔者以教科版高中信息技术（2004）第四章《表格信息加工》一课为例，详细说明其中重要步骤及主要实施策略。

课前准备，设定目标

1.挖掘梳理计算思维，将思维培养纳入教学目标

对于高中信息技术课程而言，教师能够充分挖掘出各模块内容中所蕴含的计算思维，是有效实施计算思维教育的关键和前提。因此，在教学活动前，教师要充分挖掘、梳理教学内容所蕴含的计算思维，将其明确纳入教学目标。

例如，笔者在讲授《表格信息加工》一课时，根据教学目标归纳了抽象、存储、自动计算等核心概念，并挖掘、梳理出蕴含其中的计算思维，将其列入教学目标。

①理解抽象的概念和选择合适的方式抽象并存储数据的计算思维。计算思维是以计算手段研究社会/自然现象及规律，现实世界的各种信息（数值性和非数值性）都可通过抽象符号化，再转换成0和1，由能实现0和1的各种运算的硬件实现相应的计算和自动计算。信息抽象、数据表示与数据存储是计算和自动计算的关键步骤。

②理解分层抽象和按级使用的计算思维。通过分层与分离，可以将复杂的问题转化为简单的问题进行求解，可以将细节信息屏蔽掉，进而为用户使用计算机提供方便。分层抽象的思维广泛存在于计算科学中，用于实现复杂问题的求解。

③理解构造思维。计算思维是以设计和构造为特征的“构造思维”，计算思维的核心方法就是“构造”，不仅构造计算环境，而且构造基于环境的问题求解过程，以及构造对问题求解过程的验证方法。

上述这些计算思维的养成为学生构建信息技术学科核心概念、理解信息技术的内在特点，以及真正成为掌握正确的思维模式和表达方式的信息者奠定基础。

2.纵向分析前后概念，横向研究教材内容，充分准备教学资源

在教学设计前，教师要详细了解学情，梳理学生已有知识和所需前概念，为积累辅助教学资源做准备。同时，教师还要熟悉教材，依据思维目标跨章节研究并重组、融合选取内容，进而为设计突出教学重点的活动做准备。

例如，在讲授《表格信息加工》一课前，学生较熟悉Excel的单元格格式设置和编辑等技能，不太理解单元格地址和公式引用等概念；较熟悉Excel中信息的输入过程，并不关注信息的抽象和数字化表示；等等。因此，笔者在设计教学活动及准备相关素材时，用设错、置疑、对比等多种策略帮助学生迁移，启迪他们的思维。同时，在设计活动时，侧重引导学生理解核心概念，忽略应用软件的操作细节，尽可能地用计算思维去帮助学生理解各操作。

由于高中学生掌握的学科相关知识技能的差异比较大，学习时会出现“重操作，轻原理”“多盲从，缺思考”的现象。针对这些情况，笔者选择了在多媒体网络机房授课，充分准备了自主学习导学案、教学PPT和教学微视频案例等多种教学资源，方便学生自主实践和合作学习时选择使用。

教学过程

1.情境导入，“做”前思

情境创设是教学设计中最重要的内容之一，教师在教学中需要创设有利于学生建构意义的情境和问题，让学生在“做”之前能够充分地思考和准备。本课中，笔者创设的情境是：青春杯校园歌手大赛就要产生前八强，小敏被推荐为技术工作人员，协助完成统计选票和为选手排名的工作。该情境既贴近学生生活实际，激发了学生的学习兴趣，也能够使学生有效地迁移、运用知识技能，并解决问题。

在实施过程的准备阶段，教师还要为学生提供必要的技能训练，强调“做”前准备工作的重要性。因此，笔者帮助学生复习并思考了以下几个问题：一是人与计算机交互时，最常用的交互方式是什么？二是在Excel软件环境中，一般的操作步骤是什么？三是Excel中的功能通过怎样的方式实现？这三个问题的思考和归纳将在后续的自主探索学习中启发学生大胆实践，促进“做”的迁移和有效地“做”。

2.做、思结合的学习过程

（1）“做”的活动设计

做是“做中学”教学过程最重要的学习环节。笔者认为，“做”的活动应尽量减少学生模仿操作、“盲目地做，肤浅地学”。只有引导学生做到真正意义上的开放思维，才能真正实现课程的内在价值。因此，活动中的操作技能不必面面俱到，但要精心挑选，既要便于学生运用迁移，又要聚焦计算思维培养。活动可以是解决一个问题，也可以是观看案例进行对比研究，或是做实验，等等。

笔者考虑到学生的层次差异，将本课的实践活动分为多个小活动，活动之间前后衔接，环环相扣。同时，为了保证学生最大的参与度，采取适当的措施降低进入活动的门槛。

本课的五个实践活动分别为：活动一，选择合适的方式录入选票信息；活动二，去除无效信息，初步处理有效数据；活动三，数据再次加工，初步产生结果数据；活动四，数据排名，初显结果；活动五，选择合适的方式呈现结果。在活动一中，让学生先尝试迁移解决，再观看微视频。从按照原始信息直接输入“勾”和“圈”，到将原始信息抽象为数字“1”和“0”后输入，引导学生对比思考。在活动二中，再次安排数据去噪的任务，强调信息抽象和存储方式的计算思维对信息加工的意义。活动三和活动四中，学生通过不同的操作方法，体验应用软件中蕴含的分层封装和按级使用的计算思维，特别是在排名操作中，随着简单运算和函数等自动计算的不同实现，让学生体会到简单的菜单操作背后是封装了的复杂的自动计算指令集，进而理解对复杂的任务也可以分解、分层、封装，为学生提供更多机会，以便运用合作的力量解决问题。在每个任务的实践过程中，给学生提供丰富的教学资源，保障学生能参与跟进每个实践活动，最大限度地调动学生的积极性，也能让学生体验假设、构造和验证的独特的计算思维。

（2）边做边思

在《表格信息加工》的教学中，笔者主要采用任务驱动和案例教学策略，引导学生对已有知识技能进行迁移，自主实践探索，边做边思考，进而有效地训练学生的计算思维。同时，笔者采用有效的思维引导策略将计算思维渗透到相应活动中，启发学生思考和关注，具体如下。

思维引导策略一：在活动一中，学生先进行知识迁移尝试解决所遇到的问题，然后观看案例视频，案例中教师采用不合适的方式抽象和存储数据，从而引起学生质疑、对比，培养其抽象和存储的计算思维。

思维引导策略二：在活动二实践之前，学生先交流讨论，并尝试解决问题，然后观看案例视频，案例中采用删除和保留两种相反的思维方式解决问题，引导学生对比思考，并关注用思维指导行为。

思维引导策略三：在活动三中，学生先看案例视频，案例进行到一半时，教师向学生设疑求助，激发学生思考和解决问题的主动性。在学生自主探索解决问题的过程中，体验先假设构造再实践验证的解决问题的方法，并渗透运用实践验证假设构造的计算思维。

思维引导策略四：在活动四实践之前，教师提示学生有多种操作方法，鼓励他们自主探索，然后用案例视频引导学生理解应用软件的菜单是分层封装的自动计算指令集，并使其理解分层封装和按级使用的计算思维。

思维引导策略五：学生观看案例视频，案例采用比较完善的操作引导学生不断完善自我，利用小敏对成功的追求激发学生精益求精的科学精神。

（3）做后反思

每次实践活动后，笔者都设计了针对性问题引导学生对自主探究过程进行反思、自我评价和相互评价，进而再次强化学生的计算思维，具体如下。

讨论一：你觉得小敏做得好吗？你有没有不同的想法或做法？

讨论二：我们也跟小敏一起来完成这一步吧，跟同学们交流一下做法，比比哪种更好？

讨论三：请你帮助小敏解决困难，一起完成任务。想一想，小敏怎样可以做得更好？

讨论四：完善小敏的操作过程，并帮助小敏完成排名操作。想一想遇到困难时该怎样获得帮助？

讨论五：你觉得小敏通过这次工作，学到的有哪些？你有哪些收获？

3.教师“导”出和谐氛围，促进总结、交流、评价与反思

在《表格信息加工》教学中，教师营造和谐、积极的学习和交流氛围能够促进学生的学习兴趣，更好地完成教学目标。

本课教学，笔者营造了语言交流和思维交流的学习氛围。首先，笔者虚拟了与学生相仿年龄的人物小敏，在展示剖析小敏思考和解决问题的过程中，学生也在与小敏交流思想。其次，课堂中采用提问的方式启发学生用思维指导行为，集体交流，分享智慧。最后，笔者以开放式问题的思考作为总结。学生在“本课你有哪些收获”的问题引导下，反思、总结并自我评价。当学生回答“我觉得做一件事情之前要多思考，要多个角度思考”“当遇到困难时我们要学会用多种方法尝试，敢于实践”“解决问题时，目光要放远一些，有些方法会在以后帮助我们解决更多复杂的问题”时，就能够说明，这堂课不仅让学生懂得学习知识和技能的必要性、掌握知识技能获取的方法，也使他们懂得了漫长的学习经历有成功，有失败，有经验，有教训，这都是人生历程中的宝贵财富。