在STEM模式下提升小学生计算思维能力的实践研究

赵炳权

【摘要】在小学信息技术教育中，很多老师可能经历过这样的情形：教师在课堂反复引导学生掌握某些知识或刚演示完操作过程之后，学生在练习时很快就忘记了那些知识关键点。中国学生发展核心素养的提出，让信息技术教学开始重视计算思维的培养。STEM教学模式的出现，为发展学生的核心素养提供了多种可选择的机会，提升了学生思维的宽度和深度，加强了对学生计算思维能力的培养。

【关键词】STEM教学模式;计算思维;创新课堂模式

小学信息技术教育的核心目标是培养学生适应个人终身发展与社会发展的人格品质与关键能力，其中利用信息技术解决问题的能力是首位。近年来由于人工智能、创客教育、STEM等新课程的出现，信息技术课堂已经不同以往的照书上课，课堂知识变得灵活多变，以往的信息技术课堂教师演示学生“跟着做”，使到教学过程经常出现“复制→粘贴”的情况;学生的计算思维无法得到培养和提升，特別在现代社会，学生周边出现很多获取知识和技能的工具，学生的惰性思维就会涌现，简单的数学题也借助计算器或者平板去完成，他们只会按照已有的思路模式做事，不清楚信息技术本身具有多样化解决问题的方式，学习中失去创新的能力和动力，缺乏学习主动性和探究创新的能力。在这种情况下，STEM教学模式的引入，提倡跨学科、自主探究、思维创新的理念就进入学生的学习过程。

一、教学模式分析

传统信息技术教学课堂中，教师将知识的形成发展、技能的掌握作为唯一的学习内容忽视学生思维方法的培养，甚至认为信息技术课就是教师演示一步学生跟着做一步的过程，脱离学生思维的训练和发展。在实际教学过程中，之前基本都是采用最简单直接的讲授，将问题解决过程和最优的方法直接告诉或者演示给学生，用结果替代学生思考的过程，造成学生思维停留在表面理解的狭窄空间中，缺乏创新。

STEM教育具备的特点是跨学科、技术性、创新性等。跨学科意味着课堂当中要涉及多学科的知识整合，要求教师必须有充分的教学准备和知识储备，把课堂的内容聚焦在完成任务和解决问题上。学生要利用科学、技术、工程、数学等学科知识解决问题，在学习过程中注重学生自主探究和发挥创新精神去解决问题。小学已经引入Scratch编程、机器人、人工智能等课程，在这些课程当中，着重学生计算思维能力和创新能力的培养。举个简单例子，用Scratch画一个边长100的正方形，学生已经在数学课堂掌握了正方形的知识特点，如何把这些特点应用在编程当中，在编程的世界，同一个图型可以有多种绘制的方法，在这个时候，如何正确引导学生掌握编程的技术，用最简单语句最高效的办法绘制成为学生思考的问题。STEM教学模式本身具有跨学科特点，可以从数学的方法引入绘制的方法，最简单直接的办法就是用加法分析，正方形四条边相等就是画4条一样的边，四个角都是90度就是每次画完一条边以后转90度，这种最简单的办法画出来后，学生会发现同一条指令居然只是重复编写了4次，输入效率很低，这个时候引入重复指令就相当于数学上的乘法4*（指令），程序变简单了，效果出来一样。STEM教育理念中，注重学生学习过程，在完成任务的过程中，学生尝试利用跨学科知识来寻求不同的办法，在不断的尝试中发现问题、分析问题和解决问题，提升自身的信息素养和计算思维能力。

二、计算思维能力的培养

我国新一轮教学改革中也正式将计算思维列为信息技术学科的核心素养之一。现在小学信息技术中年段教材引入了Scratch编程，相对于一些高级的编程语言，Scratch更适合小学生的学习，它以最简单的图形化、模块化代替繁琐的编写语言，配合STEM的教学模式以项目作为驱动，利用跨学科引领学生掌握操作技能的同时提升计算思维的能力。创新课堂模式是计算思维培养的重要手段，引导学生主动地用计算思维去解决问题。

1.转变课堂主体定位

传统信息技术课堂是教师为主体的讲授演示模式，学生根据教师的演示内容进行反复练习并加以简单修改，但在STEM教育模式的演变下，主体发生改变，学生成为课堂的主导者，教师成为配角在课堂当中发挥引导和评价作用。计算思维的培养讲求分析和解决问题的能力，学生就不能再单一地采取“复制→粘贴”的模式，每个学生的思维方式是不一样的，所以在分析和使用方式就会有所不同。例如，对同一物体拍照，每个人取的角度和镜头大小都不同，所以不能局限学生解决问题的方法和途径一样。教师需要知道学生从解决问题的众多方法中选择最佳方法，或者进行步骤优化整合，提升问题解决的能力和效率，促使学生的计算思维得到释放和提升。

2.任务为导向，打破传统知识点单一运用

STEM教育提倡以问题为导向设置学习任务，一个任务当中涉及跨学科知识的运用，由于在完成任务过程当中，学生会使用已知知识甚至要利用未曾学习的知识去完成，在这过程中教师一定要做好充分的知识储备，当学生遇到问题停滞不前的时候，要善于引导启发学生利用信息技术手段去搜集和整理信息，把获取的知识应用到任务当中。除了课堂40分钟时间以外，要善于利用网络学习平台的功能做好课前、课中、课后的知识补充和评价。

3.发挥小组合作探究，实现资源共享

小组合作是STEM模式的普遍组织模式，学生个人能力以及知识储备有限，特别是小学生，他们在面对陌生问题时，绝大部分会有畏惧心理，遇到难题无法自我解决。小组合作的意义在于发挥各人所长，当面对难题的时候可以发挥“三人行必有我师”的合作模式，而且在面对个别算法问题时，同一个问题可能每个人解决的办法不一样，通过小组讨论和分析最终找到解决问题的最有效的方法。小组合作还可以实现资源共享，由于一个学习任务可能横跨的时间不止一两个课时，所以面对这么庞大的信息和知识量对于小学生而言是比较大难度，所以小组分工收集资源和整理知识在组中进行分享，就会节约很多解决问题的时间，提高效率。

4.做好计算思维培养的评估

周以真教授提出：计算思维意味着每个人都应该能够利用判断计算工具、技术和问题之间的匹配程度和理解计算工具、技术的局限性和优势。在STEM教育模式下，对学生计算思维能力的评估起到至关重要的作用，不但能准确提出问题所在而且能让学生多发散思维去考虑解决问题。虽然STEM教育中国是一种新的教育模式，其实它已经在国外遍地开花，它当作是信息技术课堂培养计算思维的重要途径是得到公认的，但是信息技术课程当中其他传统课程也可以通过培养学生计算思维能力来解决。例如，在学习办公系列软件过程中，让学生以主题学习任务出发，首先会要求学生思考如何把任务分解为一个个小问题（题目、内容、资源、版面等），通过自主探究或小组合作模式来解决这些问题清单的最佳做法并绘制制作流程图，掌握获取资源和编辑的技术，并认识到如何利用一些优秀作品资源进行参考加工。

计算思维能力的培养是现代教学中的重要一环，人们生活已经离不开数字世界。每个人都可以运用计算思维，而且可以用在几乎任何地方。计算思维是一种无形的思维能力，通过计算思维能力的培养提升，对生活中的问题都可以寻求多种方法解决并最终找到最合适的方法。

参考文献：

[1]彭柳芬.以学科内容为依托的计算思维能力培养[J].教学研究，2014.

[2]王素，李正福.STEM教育这样做[M].教育科学出版社，2019.