计算思维在初中信息技术学科中的实践探索

金喆

《江苏省义务教育信息技术课程纲要（2017年修订）》中指出，学生要尝试运用计算思维识别与分析问题，抽象、建模与设计系统性解决方案。信息技术学科的本质在于培养学生使用现代信息技术进行问题解决的思维方式，而这种思维方式就是计算思维。笔者结合课堂实践，总结了以下三个教学策略。

“游戏化设计”中的计算思维

游戏化设计不是游戏设计。游戏化是指使用游戏机制和游戏化体验设计，数字化地鼓舞和激励人们实现自己的目标。游戏化设计有助于激发学生的学习动机，能够帮助学生学习知识、提高能力、培养正确的情感态度与价值观，能够促进自主学习等学习方式，让学生参与设计也有助于计算思维的培养。

例如，江苏省初中信息技术教材《动画设计与制作》章节，包含多个动画类型，如动画补间动画、形状补间动画、引导层动画、遮罩动画等。如果将这些动画类型综合运用，配合多个人物、动物等元素形象，可以实现一个具有故事情节的综合动画。做这样具有故事情节，类似于小游戏的动画，学生创作积极性高，但完成的作品质量却令人堪忧。作品大多是这样的：具有动画效果，能够动静分离，但没有故事发生，一般为多个对象在固定背景下孤独地做着移动、跳跃、挪动等动作，对象之间没有配合。如何让动画中的人物、动物等元素发生一些碰撞、一些交叉、一些故事，关键在于剧本的设计。剧本设计也是在时间轴上计算动画元素间的动作关系，这是一种计算思维的提升过程。在设计动画游戏故事方面，笔者给出的建议是三步法。所谓三步法，就是分三步来帮助学生理清思路，找到循序渐进解决问题的方法。

第一步：浏览素材，选择人物形象，构思故事情节，用一句话简单描述。例如：清晨，男孩在草地上边走边采蘑菇，边走边采花朵。第二步：分析剧情，列出动、静对象，列写于图表。第三步：按人物出场顺序，尝试在时间轴上描述故事情节。

综合动画中人物、动物对象多，动画类型复杂，时间点恰到好处是动画成功的關键。例如，在故事的开始，男孩、蘑菇和花在场景中是同时出现的，但男孩走到哪里停下来，须与蘑菇和花的藏身地点一致。男孩采完蘑菇和花之后，停留多少时间，停下来到再次出发，这段时间须和蘑菇与花消失的时间吻合。这些都需要在时间轴上计算并一一对应，如图1所示。

“问题解决”中的计算思维

问题解决是指以现实问题的解决作为教学活动开展的主线，在教学中设置问题或疑点，以解决问题为突破口，带动知识点的学习。问题解决是计算思维的核心要素，采用问题解决教学可以在教学过程中不断制造悬念，迅速吸引学生的注意，引导学生主动思考。

优秀的案例可以给学生现有的思维模式带来强烈冲击，可以培养学生的计算思维能力。

《机器人行走》教学片断

师：请看以下场地（如图2）。一辆机器人小车从左、右任一起点出发，避开障碍，进入异侧停车区。编制程序前首先要规划路线，请大家拿出学案，小组商议，画出机器人行走的路线。

教师为学生创设了一个较复杂的问题情境，小车要绕过障碍停至异侧停车区，小车在没有自动避碍的前提下，需要学生提前给小车规划好行进路线。解决规划路线这一问题时，学生一般选择让小车直行，过障碍后，左转或右转90度至异侧停车区域正下方，再次左转或右转90度，再直行至停车区，此路线，小车需完成五步动作。个别学生选择小车直行至同侧停车区后直角转弯至另一侧停车区，此路线，小车需完成三步动作。小车行进路线的走向规划，直接影响着后续程序编写的难易程度。从学生解决问题的过程来看，虽然他们都完成了问题的解决方案，但在问题分析、方案建构上各不相同，最后必定影响解决问题的基本思路。

《机器人行走》教学片断（升级版）

师：请看以下场地。一辆机器人小车从左、右任一起点出发，避开障碍，进入异侧停车区。编制程序前首先要规划路线，请大家拿出学案，小组商议，画出可以实现机器人行走任务的所有路线，并比较路线优劣，择出最优路线。

升级版教学中，教师让学生在复杂的问题解决过程中，进行路线规划设计，比较优劣，择优选择，让学生在知识和技能的习得上实现了高阶思维能力的培养。

“可视化”下的计算思维

随着大数据时代的到来，数据在不断增长，种类繁多的信息源产生的大量数据，远远超出了人脑分析解释这些数据的能力。由于缺乏大量数据的有效分析手段，大约有95%的计算被浪费，这严重阻碍了科学研究的进展。为此，美国计算机成像专业委员会提出了解决方法——可视化。可视化把数据转换成图形，可以给予人们深刻与意想不到的洞察力。

新版纲要中指出，当前大数据时代，学生应能应用电子表格进行数据统计、处理，实现简单的数据分析与直观表达。例如，在全国省会城市空气质量优良天数电子表格中，利用函数运算、排序、图表等方法分析处理数据，从数据统计结果中发现问题，并提出解决问题的方案。初中阶段学生能处理的数据虽远不能达到大数据容量的要求，但三张工作表500个数据，在计算、排序等一系列操作之后，学生早已头昏眼花，要想从统计结果中发现问题已成雾里看花。而简化、抽象、建模等思维可视化行为，如“图表”，可以帮助学生简化问题，化解难题，找出共性，思索解决方案。在上述电子表格中，共32个省会城市，挑出天数变化较大的三个城市作为代表，以城市代表为X轴、天数为Y轴制作图表。从图表上可以看出，2002年三个城市空气质量优良天数普遍较好，达200天以上；2014年三个城市空气质量优良天数全部减少，约150天；2016年，三个城市空气质量优良天数又全部增多，较2014年增加约50天。学生通过分析这三年的变化过程，普遍会发现这样一个问题：为什么2014年空气质量突然变坏，2016年空气质量又突然变好了呢？带着问题，继续分析三个城市的环境污染治理投资图表时，疑问就迎刃而解了。

作为信息技术学科核心素养之一，计算思维是信息化社会中数字公民所应具备的基本素养。计算思维能力的培养，需要教师在教学过程中不断挖掘，不断积累，不断改进。信息技术教师要围绕计算思维，积极探索初中信息技术的教学改革，构建基于计算思维的教学体系和教学方法，让计算思维成为一条培养学生信息素养的有效途径。