信息技术传统模块中培养计算思维的教学设计模式研究

王蕾

教学现场

随着《普通高中信息技术课程标准》（2017年版）（以下简称“课标”）的颁布，有关计算思维的主题活动在全国各地中小学信息技术教研、研训活动中陆续开展起来。在可观的课型中，我们看到了一种有趣的现象：多数的课题都与程序设计内容相关，或是基于编程活动开展的机器人、人工智能主题课。凡此种种，让人产生一种错觉，即计算思维就是编程模块中特有的思维方式，只有在与程序编写相关的内容中，才能体现计算思维。

问题分析

计算思维是个体在计算机科学领域中所具备的思想方法和思维活动，它不仅仅限于编程模块，而是涉及计算机科学学习的更广阔的领域。目前，计算思维的相关教学应用研究多集中于算法与程序设计等内容，对软件应用类课程少有涉及。那么，其他模块应该如何践行计算思维？本文将以传统的WPS演示单元模块为例，探索基于计算思维的信息技术教学设计方式。

计算思维的含义与发展

计算思维概念的提出者周以真认为，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。[1]最新版的“课标”中描述，计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。两个定义都指向计算机科学领域，不少研究及实践关注指向计算思维培养的程序设计教学问题，主要源于计算思维与程序设计的契合性彰显于外，易于发现。但是，计算机科学的范围远远大于程序设计，传统教学模块都被囊括其中。

Mitch Resnick认为计算思维是一种特别重要的表达形式，意味着能够创建、建立和创造展示物，因此需要频繁使用计算媒体。[2]据此定义，文字、图片等媒体都可以帮助学生表达，可以形成可视化的展示。因此，文字编辑、图片处理等的学习都可以培养计算思维。

落实在中小学信息技术教学模块中，体现为相关模块对计算思维培养的关注。具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据;通过判断，分析与综合各种信息资源。由此可见，计算思维并非仅仅是程序设计模块的教学指向，换言之，计算思维并非程序设计教学的专利，在信息技术的其他模块中也有体现，如办公软件模块、画图模块、计算机基础模块等。

传统模块中培养计算思维的教学探索

我国计算思维培养的教学探索，在中小学才刚刚起步。现有的教学实践研究倾向于将教学内容侧重于算法和程序设计内容中所涵盖的计算思维应用，研究中较少涉及具体的传统教学模式与过程。随着研究的深入，研究者和教學实践者也从不同的角度探讨了如何通过计算机基础课程教学培养计算思维。

传统的软件应用类教学内容中同样蕴含着大量计算思维的元素，但其表现形式却与程序设计等有所不同。传统的软件应用类课程的核心并不仅仅是对软件功能的介绍，而是应用软件完成各种任务，这些任务大多与设计密切相关。根据计算思维的定义，基于计算机工具开展的问题解决是计算思维的核心所在。对于应用软件而言，问题解决常常表现为设计过程、解析任务，达成具体的作品形式。因此，落实计算思维需要通过以上三个过程，进而为此类教学内容的教学设计提供依据。

WPS演示单元中基于计算思维的教学设计过程

计算思维强调学生合理运用计算机科学来进行问题的求解，通过使用合理的工具来完成对设问的解答。在传统的WPS演示单元中，计算思维的设计过程需要进行针对性的实践。在WPS演示模块的教学目标的阈值中，思维可以细化为三个过程——设计思维、解析思维和迭代思维，它们分别指向学生的问题分析、解决途径和问题解决三个过程。在本模块中，问题解决落实为创作出符合要求的演示文稿作品。

1.设计思维：设计为线性的学习活动

设计思维（Design Thinking）是一种独特的“在行动中进行创意思考”的方式，其核心关注通过设计过程实现问题解决。计算思维和设计思维有着密切的内在联系，计算思维的方法可以与设计思维的过程结合起来。[3]设计思维过程提供了清晰的设计活动开展过程，便于形成教学活动;计算思维则为各个活动步骤提供具体方法。在软件应用的教学中可以将两者有机结合，形成软件应用类课程的一种新设计思路。

在WPS演示单元中，计算思维可以借助设计思维的形式进行问题的求解。

（1）原设计

在《插入媒体文件》一课中，传统的设计方式是教师课前准备好相应的素材：声音文件、视频文件、动画文件。在课堂上，教师一一演示这些文件的插入方式，再让学生进行操作，从而完成教学任务。在实际授课中，我们发现该种线性的“演示+练习”形式虽然能够满足课时的需要，但是学生的作品形式单一，而且学生未能深入理解不同媒体文件之间的区别，一旦重置其他文件，相当数量的学生会出现无法成功插入媒体文件的情况。

（2）思考焦点

计算思维过程强调问题的求解，在传统的授课方式中，教师纯“演示”的方式，未能有效地给予学生足够的概念认知机会，即学生无法理解媒体文件之间的区别，所以当文件内容发生变化时，学生无法解决问题。

（3）改进型设计

通过设计思维，将问题进行重新设计，通过任务探究等形式，让学生对新概念进行必要的认知，在此基础上，推进教学过程的进度。

南京市科睿小学陈佳老师在《插入媒体文件》一课中，首先从已有经验入手，给学生一定的复习机会，再引入新的文件类型，引发学生思考。以下为学习的过程片段。

师：同学们，我们上周学习了在WPS中插入图片的方法，先请同学们尝试插入“新年诗会”的活动图片。

学生将素材库中的主题图片插入到学件中。

师：（展示两个幻灯片，一号演示文稿中间有视频展示，二号演示文稿只有图片展示）我为新年诗会制作了两个宣传幻灯片，你们喜欢哪一种？

学生选择自己喜欢的类型，指出带有视频文件的演示文稿更能凸显主题。

教师打开素材库，尝试加入视频文件，并抛出问题：哪些文件可以插入？哪些文件无法插入？

学生在操作过程中，发现了插入选项卡与插入的文件类型之间有关联，产生了具体的认知结论，选项卡的类别和文件类型之间有着必然的联系。

教师根据学生的探究结果，进行“视频”“音频”格式的讲解，并提供更多素材，帮助学生对媒体文件进行甄别。

教学评析：在以上的设计过程中，学生的求知思路是从需要出发，通过知识的迁移推进问题探究的过程，在产生学习需要的基礎上，积极实施探究行为。这样的思维过程中，学生能够深入理解媒体文件格式的概念、插入选项的方式等内容，实施了明确的意义思维过程。

2.解析思维：解析为内容的认知导向

解析模式也叫逻辑思维，是指经过仔细研究、逐步分析，最后得出明确结论的思维过程。在信息技术教学中，通过对已形成作品的剖析，形成感性的知识目标概念，初步建立问题解决的导向思路，从而明确后续学习的具体目标。

（1）原设计

《设置动画效果》是WPS演示文稿的经典课例，在传统的设计思路中，常会借用“古诗配画”“猜谜游戏”等形式串联整个教学环节。经过多次的教学实践，这样常见的形式已经不能满足教师对设计新颖的要求，学生在学习过程中，对此设计形式缺乏必要的呼应度。

（2）思考焦点

“古诗配画”“猜谜游戏”等情境虽然能够串起整个教学过程，但也存在问题：首先，从主题上看，两者的作品表达形式单一，学生只能采用顺序播放的形式来组织素材，无法选择更为丰富的动画形式。其次，问题的求解过程固化，没有形成完整的思维体系，导致学生只能简单地进行技能操作，而缺乏思考的过程。

（3）改进型设计

在2018年3月的赛课活动中，南京市琅琊路小学的刘凯晨老师执教了《动态明信片》一课，他采用了解析化的思维模式，将看似复杂的实时问题进行了分解，帮助学生建立了问题解决的良好路径。设计思路如下。

情境渲染：教师分析主人公旅行青蛙的游历经历→它一路记录下游程，拍摄了照片。

需求分析：爸爸妈妈很想念蛙宝宝，希望能得到它的明信片→为了生动，希望明信片能动起来。

问题化解：去过的景点很多→设置多页面效果。

遇到的朋友很多→动画对象增加数量。

每天的日记不同→提取关键细节（如图1）。

设计实施：第一天→小仓鼠+地洞里=看星星（对应动作路径）

第二天→小蝴蝶+猫头鹰=迷路（对应巩固练习动作路径）

第三天→娃娃鱼+蜗牛+瓢虫=公交站台（对应自定义动画）

第四天→小螃蟹+小溪边=漂流（对应巩固练习自定义动画）

教学评析：在本课的设计中，旅行青蛙不仅具有时尚的身份标识，自身具有“动”的属性，还有明确的任务指向。设计中，教师将较为复制的动画制作过程，分解到每一天的日记中去，让学生通过具体小任务的达成，自然地完成整体大任务。在授课中，本课受到了学生们的热烈响应，教学效能达成度高。

3.迭代思维：基于问题解决的最优途径

迭代思维是基于迭代算法的利用计算机解决问题的一种基本方法。它让计算机对一组指令（或一定步骤）进行重复执行，在每次执行这组指令（或步骤）时，都从变量的原值推出它的一个新值。在此过程中，学生挖掘出解决问题的最优路径，从而指导自己的学习行为。

在WPS演示单元中，计算思维借助迭代思维的形式对学习过程进行合理的探究，引发学生的深度学习过程。

（1）原设计

《设置幻灯片背景》一课是多媒体单元中较为尴尬的一课，教师们通常感觉此课内容平淡，操作技能要求低，难以出彩，因此该课在教学公开课中被选用的几率较低。教师在教学过程中，往往采用对比法引入课题，再运用演示背景的设置方法，让学生模仿操作。在此过程中，学生机械地模仿教师操作，甚至出现无意识的粗暴设置背景的情况，导致整个演示文稿的表现力下降。

（2）思考焦点

问题产生的原因在于学生接受该知识的过程中，创新思维过程缺失，对于知识内容的理解限于技术层面，而没有达到意义层面的要求。基于计算思维的教学设计中，学生应根据主题进行必要的作品创新，借助信息化的工具来对内容本身进行合理的优化，找到更为贴切的问题解决方案，使得最终制作出较为合理的作品。

（3）改进型设计

南京市姜家园小学的郭蓉老师设计的《有感情的说明书——设置幻灯片背景》一课中，以“为药品制作有情感的说明书”为主题，将幻灯片的背景作为药品说明书的配文，串联起全部的教学内容（如图2），设计主线如下。

①明确主题：药品说明书你能看得懂吗？引出问题解决的要求。

②提出建议：哪些方式能够让你看得更加清楚？引发学生的思考。

③鼓励探究：不同的形式，适合增加什么背景的配图？引起学生对不同背景设置方式的关注。

④迭代算法：根据自己的薄弱地方，在学件中找到相应的链接，通过自学的方式了解问题的答案。

⑤最佳路径：通过学习过程，找到最为理想的表达形式，为学件中的药品说明书增加适合的背景，做成“有感情”的说明书。

⑥评价提升：如果能够有更为醒目的元素，增加表现效果，你会选什么？引出外延的内容，为下一节课留下伏笔。

教学评析：本课的设计，突破了传统的演、习定势，将学生的迭代思维作为推动问题求解的主要动力，让学生在探究中创作了符合个体风格的作品，让看似枯燥的“药品说明书”也变得有了情感。

总结与展望

计算思维注重问题求解的最佳形式，帮助学生通过计算机工具进行有效的问题求解。如果说在编程模块中，计算思维具有显性的思维特征的话，那么在传统模块中，计算思维就呈现出隐性的思维形式，并借助设计思维、解析思维、迭代思维的形式组织教学。

在传统模块中实施基于计算思维的设计要注重以下几个方面：一是，问题求解的多维度。问题需要理性的分析，只有对其进行多维度的解析，才能得出较为合理的解决方案。二是，思维过程的多层次。计算思维在本文中落实为三种表现形式，但是绝不仅仅只有这些方式，在不同的模块中，计算思维会落实为多种形态，不可硬性地机械模仿。三是，作品呈现的多样态。新课标鼓励创新，信息技术的作品发布方式也多种多样，千变万化，适合学生自身需求的作品形式，就是好的作品。所谓教无定法、学无止境，因生而宜、因事而定才是信息技术应有的打开方式。

参考文献：

[1]Wing J M.Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006（3）.

[2]NRC.Report of a workshop on the pedagogical aspects of computational thinking[M].Washington，D.C.：National academies press，2011：67-69.

[3]林旺，孙洪涛.基于软件应用的计算思维能力培养教学设计[J].中国电化教育，2014（11）.