基于计算思维的小学信息技术课教学策略

陆熠

【摘   要】计算思维是小学信息技术学科的核心素养之一，而“算法与程序设计”模块是培养学生计算思维的重要载体。在教学研究和应用中，教师应在观念上，重视计算思维的培养;在教学中，融入计算思维的训练;在评价上，注重计算思维的反馈。由此，着力培养学生的计算思维能力，为学生学习高级程序语言奠定基础，形成解决问题的思维方法，更好地适应未来的社会。

【关键词】小学信息技术;计算思维;算法与程序设计

计算思维，是指运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类的行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。

《江苏省义务教育信息技术课程纲要（2017年修订）》（以下简称《课程纲要》）明确提出，义务教育信息技术学科核心素养包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任等方面。可见，计算思维是解决问题的基础能力之一，是学生必须掌握的最基本的思维方式。在小学信息技术教学中，尤其在“算法与程序设计”模块中培养学生的计算思维，对提高未来信息社会公民信息素养有着重要的意义。笔者试以苏教版五年级第7课《穿越迷宫》为例，说明培养学生计算思维的教学策略。

一、在观念上，重视计算思维的培养

计算思维是美国计算机科学家周以真教授于2006年最先提出的。对于计算思维的概念认知，发展到目前为止，定义大概有三类：“问题解决说”“信息表达说”“三维目标说”。“问题解决说”强调的是过程思维;“信息表达说”强调的是可视化思维;“三维目标说”是前两者的综合，三维分别是指计算概念、计算实践、计算观念。

《课程纲要》中已经把计算思维的培养提升到学科核心素养的高度，廣大教师必须在观念上重视计算思维，进一步厘清计算思维的概念，将计算思维融入到教学中。“算法与程序设计”模块是培养学生计算思维的重要载体，只有敢于直面计算思维，高度重视算法与程序设计，才有可能真正地将计算思维的培养落实到课堂教学里。

以往的“算法与程序设计”模块教学，教师比较关注知识的学习，疏于计算思维的培养。教学流程一般是以讲解命令的用法和使用格式为起点，再设计对应的算法练习加以巩固。这种教学流程以掌握编程技术为目标，计算思维难以得到训练，违背了“算法与程序设计”教学的根本目的，是一种本末倒置。

“算法与程序设计”模块教学应以计算思维为起点，着重培养学生的计算思维，使学生学会解决问题的思维方法，而非简单的编程技术。这是一种基于学生计算思维培养的“自然生长树式”教学流程（见图1）。即计算思维是树根，为解决问题提供了思维方法（树干），由此学习解决具体问题所涉及的算法（树枝），最后才是学习算法涉及的命令、格式等（树叶）。“自然生长树式”教学流程，重在计算思维的培养，体现计算思维的价值。

二、在教学中，融入计算思维的训练

计算思维五要素，是指情境导入、问题分析、搭建算法脚本、调试纠错、展示表达。在教学中，以五要素作为抓手，借助思维导图、流程图、脚本图、调试单等进行训练，可以有效提升学生的计算思维能力。

（一）情境导入+思维导图，训练抽象思维

抽象，是指将一个实际问题变为计算机可以处理的问题。这是算法与程序设计的切入点。一上课，教师先请学生表演“猫抓老鼠”的游戏，再玩“猫抓老鼠”的电脑游戏，旨在通过情境创设，激发学生的学习兴趣，体验学习任务中的情境，帮助学生抽象出电脑游戏的角色、背景，大致了解游戏过程。教师用思维导图进行记录（见图2），为更好地抽象出游戏控件奠定基础。

（二）自然语言+思维导图，训练分解思维

分解，是指把一个问题分解成若干部分，从每个部分及其相互关系中去寻找解决问题的答案。在scratch编程教学中，学生面对的是一个综合性的游戏制作任务。如果将任务直接抛给学生，学生肯定会束手无策。因此，教师借助提问帮助学生分析游戏，引导学生用自然语言描述角色的游戏行为，将游戏制作任务（大问题）分解成多个小任务（小问题），以思维导图进行记录（见图3）。

在图2的基础上，学生根据自身经验导向，不难找出与自然语言描述相对应的具体scratch控件，教师再通过引导来介绍个别新控件。此过程中，教师仍需用思维导图进行记录（见图4）。

“自然语言+思维导图”的教学策略，不仅方便学生形象地分解大问题，逐一破解小问题，降低了学习难度，而且训练了学生的分解思维能力，使思维过程有据可循。同时，学生完成了对游戏的第二次抽象，使游戏的角色、背景抽象更加完整。

（三）流程图+脚本图，训练算法思维

虽然学生在程序设计时，可以利用原有的思维模式先行解决部分问题，但关于“判断障碍物”和“判断老鼠”的任务，即侦测与判断，始终是本课需要解决的教学难点。由于两个任务是同类的，教师只要引导学生解决其中一个，学生就能触类旁通解决另一个问题。教师可以让学生用“如果……就……”的句式来整理问题描述，厘清判断的条件及条件成立后要执行的内部脚本。待学生解决难点后，教师可引导学生根据思维导图（见图4），说出其中一个条件判断的游戏流程，顺势出示流程图，由学生说出对应的脚本图（见图5）。这种从流程图再到脚本图的正向引导，是程序设计整体思路的一次梳理。

接着，教师再次利用脚本图引导学生说出对应的功能描述（见图6），这种从脚本图到功能描述的反向理解，是程序设计整体思路的二次梳理。通过正反两次的思维梳理，就能帮助学生建立程序设计的流程步骤并理解算法，彻底解决教学难点。“流程图+脚本图”的教学策略，既使学生初步完成了游戏制作的主要脚本，又训练了学生的算法思维。

（四）半成品+调试单，训练评估思维

当学生初步完成并运行程序时，会发现一些程序的运行结果与预期目标不同，说明此时的游戏程序还是一个半成品，需要通过程序调试进行找错、纠错、修正。这是程序设计必不可少的基本步骤。但在实际教学中发现，学生一旦发现错误，往往感觉无从下手。此时，教师提供精心设计的调试单，就能有效帮助学生自纠错误（见表1）。

调试单是一个学习支架，可以帮助学生罗列程序运行的错误现象，并以此追根溯源地发现程序设计中的错误脚本，辅助学生进行脚本修改，还能成为帮助他人或通过他人帮助解决问题的有效载体，从而实现训练学生评估思维的目标。

（五）作品展示+设计说明，训练概况思维

学生完成程序设计后，通过游戏操作展示自己的作品，并对游戏设计进行说明，包括制作过程中遇到的问题、修改的思路、解决问题的方法等。如学生在分享“判断老鼠”的脚本时一再强调：经调试发现，控件仅判断一次是不够的，需要将判断控件放在重复执行的控件中才能保证判断准确。学生阐述设计说明的过程是对思维进行梳理、总结、提炼的过程，这正是计算思维中“概况”思维的一种表现。同时，学生还可以交换操作他人的作品，发现他人作品中的优点，通过交流进一步提升计算思维能力。由此，学生既完成了知识的归纳与总结，也训练了概况思维，可谓一举两得。

三、在评价上，注重计算思维的反馈

虽然评价问题是决定计算思维能够在中小学课程中成功实施的关键，但在教学过程中，教师难以收集学生的计算思维训练的反馈信息，难以评价学生对计算思维的掌握程度。如果仅用科目成绩或任务完成情况来评价，就显得片面且单薄，不能客观评价学生的计算思维能力。根据南京师范大学教育科学学院博士生导师钟柏昌教授的任务评价法，针对计算思维五要素，做如下评价应用。

（一）思维点记录法

思维点记录法，是针对学生在完成任务过程中记录的评价方法，是一种指向学生思维的过程性评价。例如，在《穿越迷宫》一课的教学中，教师布置了“用过程来描述作品”的任务。学生利用教师提供的学习單画出作品的设计草图，标示出作品的要素并用文字说明（见图7），然后才能在scratch程序中完成作品。设计草图能客观地反映学生完成任务的思维过程。如果草图中缺失了必要的元素，就说明学生没有进行相应的抽象，教师就可以展开有针对性的指导。思维点记录法是一种较为开放的评价，它提倡创意设计，能客观地评价学生的计算观念及抽象思维，能较好地引导计算思维的实践。

（二）思维导图记录法

思维导图记录法，是指利用思维导图，评价学生抽象能力与分解思维能力的方法。在教学结束后，要求学生模仿教师示范的同类作品来设计、制作自己的作品。如果学生能像《穿越迷宫》一样，将脑中的思考进行导图式记录，把抽象化的思维进行形象化的表达，便能很好地表达出学生对游戏的抽象理解，锻炼和检验了抽象思维能力。学生通过把复杂的游戏分解成关键词，将这些游戏关键词，如角色、背景、规则等用线连接起来，其实就是学生对关键词之间相互隶属关系的一种理解，是学生记忆链接的表现，更是学生分解思维的表达，也就意味着他们已经掌握了解决问题的思维方法，能对课堂所学知识进行迁移。

（三）“3W1H”访谈法

“3W1H”访谈法，是一种以事物“3W1H”（Who、Why、What、How）四个方面为交流主线，检验学生的分解能力和算法思维能力的评价方法。例如，在本课教学中，教师通过以下问题对学生抽样访谈：①《穿越迷宫》游戏可以分解成哪些小任务？②分解的依据是什么？③你将采用哪些控件来完成这些小任务？④你将怎么运用这些控件？这种评价法，虽然耗费时间较多，但关注了编程技术与计算思维的同步发展，能客观检验学生的分解和算法思维能力，有效评价学生的计算实践和计算观念。

（四）调试单评价法

针对半成品的教学任务，分为正向待完成任务和反向纠错任务。学生借助调试单，能很好地记录脚本运行情况和修改情况，通过反复地计算实践，在对半成品测试、调试的过程中理解“条件”等计算概念。例如，《穿越迷宫》调试单（见表2）很清晰地记录了学生错误现象“第二次游戏开始时，小猫还在老鼠位置”，错误脚本为“缺少控件”，修改后脚本则是在“绿旗被点击”控件的下方首行处加入“移到”控件，即实现了小猫开始游戏位置的初始化，解决问题结果为“是”。由此可见，教师通过观察调试单可以检验学生的算法掌握情况，客观评价学生的评估思维。

（五）展示评价法

学生对自己的作品进行展示，既是对学生完成任务的肯定，也是检验学生概况思维能力的一种评价方式。学生利用展示机会，通过自我评价和他人评价，可以归纳知识，总结经验，更好地考量自己的作品质量和概况思维能力。在《穿越迷宫》的课堂中，有学生自告奋勇地想要阐述自己的游戏设计并展示流畅的游戏操作，教师顺势展播学生的游戏作品画面，学生边操作边说明。待完成后，就有学生提出：这个小猫的移动速度太快，是不是可以调慢移动的速度;也有学生提出：如果在迷宫中加入一些其他的障碍物，游戏就更有趣了;还有学生提出：游戏中能不能出现一些道具帮助小猫过关。这种评价，既是智慧分享的机会，也是学生再学习的形式。

观念重视、融入训练、注重反馈能有效促进小学生计算思维发展，对落实信息技术学科素养有着重要意义。计算思维不仅能为学生学习高级程序语言奠定基础，而且有助于学生形成解决问题的思维方法，更好地适应未来的社会。

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（江苏省苏州市常熟市谢桥中心小学 215500）