面向计算思维培养的中学信息技术PBL教学模式研究

刘晓玉

摘要：计算思维的培养能够提高学生应用信息技术思考、解决问题的能力。PBL是一种以问题为基础展开课程教学的教学模式，教师采用PBL培养学生的计算思维是可行的。因此，本文提出构建一个基于PBL的中小学信息技术计算思维培养教学模型，并通过教学实践将计算思维的一系列方法运用到具体的教学步骤中，来验证该模型在培养学生计算思维方面的可行性和高效性。

关键词：PBL教学；计算思维；教学模式

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2018）01-0034-03

培养学生使用信息技术解决实际问题的能力是信息技术课程的核心价值，计算思维的培养能够提高学生的信息技术知识与技能水平，提高学生应用信息技术思考问题、解决问题的能力，提高他们的自主创新能力。PBL（Problem-Based Learning）基于问题的学习是一种以问题为基础展开课程教学的教学模式，它提升以学生问题解决能力为教学目标，因此，采用PBL教学模式培养学生的计算思维是可行的。

计算思维和PBL问题式教学

美国卡内基·梅隆大学计算机科学系周以真教授指出，计算思维是思维过程参与制定问题，并给出它的解决方案，在一台计算机上以人或机器的方式就可以有效地开展。简单地说，计算思维就是像一个计算机科学家一样思考。计算思维的培养目的是引导学生像计算机一样思考处理问题，在中小学教育阶段与计算思维关系最密切的莫过于信息技术课程。因此，计算思维作为信息技术学科核心素养之一，日益受到信息技术教育学科领域学者和一线教师的重视。

PBL的主要特点是：以学习者为中心，教学者为学习者提供一些学习资料，让学习者根据资料自己去探索问题答案；教学模式中的问题来自真实世界，以现实生活中的问题为导向，问题是劣构的，没有固定答案；注重学生的自主学习和合作学习，注重小组之间合作交流。基于这些主要特点，笔者将PBL教学与计算思维的培养进行有效结合，以与学生生活息息相关的问题为学习主题，引导他们在分析问题、解决问题的过程中形成计算机式的自动化解决问题思维，实现利用算法快速有效地解决生活中的各类问题。

基于PBL的计算思维培养教学模型构建

（3）式中，pc（prepare）代表学生在课前对相应知识的预习，a（analysis）代表课堂问题情境创设环节后的问题剖析过程，l（learning）代表学生围绕问题利用微课和学案进行的自主学习或合作学习过程，s（summarize）代表利用计算思维中的递归等方法提炼算法，总结问题解决方案的过程，i（innovation）代表问题拓展延伸环节的创新实践，利用提炼的算法创造性地解决实际生活问题。

基于PBL的计算思维培养教学模型如下图所示，该模型将教学分成教学过程、教师活动、学生活动三个部分，教师基于PBL，运用QTct系列教学手段和策略围绕计算思维的五大要素（抽象、分解、算法、纠错和归纳）来引导和组织学生的学习过程，学生则运用QSct，通过分解问题理清思维、提炼算法训练思维、训练延伸发散思维、归纳总结沉淀思维几个步骤实现计算思维的意识形成和能力提升。

面向计算思维培养的中小学信息技术教学实践案例

根据所提出的计算思维培养模型，笔者就八年级“Flash动画的设计与制作”这一单元知识点的教学展开实践研究。为了更好地定量表达该模型在这两方面的作用，笔者用Ect表示教学效果，用Cct表示学生的计算思维能力。

1.挖掘生活教材，设计问题情境

教学开始的第一步是教师设置面向计算思维培养的生活化问题或项目。问题项目的设计与教学效果和计算思维能力培养具有如下关系：

（4）式中，p1即QTct函数中的变量p1，标识教师所做的课前准备和设置的问题情境，f1是p1的教学函数，E1代表该模型第一步的教学效果；（5）式中，pc即QSct函数中的变量pc，标识学生的课前准备，g1是pc的学习质量函数，C1代表该模型第一步的计算思维培养效果。

2.问题剖析，理清思维

教学开始的第二步是问题剖析。问题剖析的过程与教学效果和计算思维能力培养具有如下关系：

（6）式中，p2即QTct函数中的变量p2，标识教师引导学生进行的问题剖析过程，f2是p2的教学函数，E2代表该模型第二步的教学效果；（7）式中，a是QSct函数中的变量a，标识学生分析问题的过程，g2是a的学习质量函数，C2代表该模型第二步的计算思维培养效果。

3.自主探究，解决问题

教学过程中的第三步是学生通过自主探究解决问题。问题解决过程与教学效果和计算思维能力培养具有如下关系：

（8）式中，r即QTct函数中的变量r，标识教师为学生自主探究提供的过程性学习资料，f3是r的教学函数，E3代表该模型第三步的教学效果；（9）式中，l是QSct函数中的变量l，标识学生自主探究解决问题的过程，g3是l的学习质量函数，C3代表该模型第三步的计算思维培养效果。

4.经验总结，提炼算法

教学过程中的第四步是学生在作品欣赏、成果展示的基础上进行经验总结，利用计算思维中的算法、纠错元素来训练计算思维。提炼算法过程与教学效果和计算思维能力培养具有如下关系：

（10）式中，g即QTct函数中的变量g，标识教师引导学生进行经验总结、提炼算法的过程，f4是g的教学函数，E4代表该模型第四步的教学效果；（11）式中，s是QSct函数中的变量s，标识学生提炼算法的过程，g4是s的学习质量函数，C4代表该模型第四步的计算思维培养效果。

5.拓展延伸，发散思维，归纳总结，沉淀思维

教学过程中的最后一步是学生进行个性化作品创作，实现生活的回归。发散思维过程与教学效果和计算思维能力培养具有如下关系：

（12）式中，e即QTct函数中的变量e，标识教师引导学生展开自由创作、发散思维的过程，f5是e的教学函数，E5代表该模型第五步的教学效果；（13）式中，i是QSct函数中的变量i，标识学生自由创作的过程，g5是i的学习质量函数，C5代表该模型第五步的计算思维培养效果。

在这样的计算思维培养教学过程中，学生主动参与剖析问题、解决问题，总结问题解决经验，延伸拓展问题，积极思考，主动动手操作，体验理清思维、训练思维、发散思维、沉淀思维的过程，达到了在掌握知识和技能的基础上，实现思维的渗透的培养目的。基于PBL的计算思维培养教学模式的数学模型可表示为：

该案例的教学实验结果充分验证了基于PBL的计算思维培养模型的教学效果。QTct和QSct之间的方法集都运用到学生的计算思维培养过程中，引导学生更好地解决问题，达到了提高教师教学效率和训练学生计算思维的目的，打造了一个基于学生核心素养培养的高效课堂。

总结

计算思维培养的最终目的不是停留在课堂上的问题解决，而是回归到实际生活中的问题解决，学生在遇到实际问题时，能够自然而然地应用自己课堂上形成的思维意识和能力来解决问题，这就是计算思维抽象和自动化的特点在学生实际生活中的体现。笔者将PBL和计算思维培养进行结合是一个初步的尝试，从实践案例效果来看，利用PBL教学模式来培养计算思维还是比较可行的。下一步，笔者还需进一步探究基于PBL的计算思维培养的策略和方法。

参考文献：

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[2]李锋，王吉庆.计算思维：信息技术课程的一种内在价值[J].中国电化教育，2013（8）：19-23.

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