小学高年级学生计算思维的培养

刘伟栋

摘  要：随着信息社会的来临，作为信息技术核心素养之一的计算思维的培养，受到了越来越多教育工作者的重视。笔者通过在小学高年级阶段Scratch教学中实施项目式学习的方式，对小学计算思维的培养展开研究，希望能借助项目式学习带来的变革，提高学生的计算思维能力，让学生更高效学习。

关键词：计算思维 ;项目式学习; Scratch教学

分类号：G623.5

一、信息技术课堂情况分析

1.学生情况

小学高年级的学生，学生的认知水平有了很大的发展，对复杂抽象的概念有一定的理解能力，并会将概念赋予具体的情景中进行分析。有逆向思考的能力，对事物可以进行逆向推演。学生的高阶思维能力进一步发展，能够对情境问题进行逻辑推演，并将一般化的问题解决方案迁移到具有共性的问题之中，创造力及发散思维在多样化的任务中进一步释放。

2.教学情况

由于信息技术课程少，教师对学生的学习状态及变化情况掌握不充分;学生水平差异明显，课堂教学无法满足不同水平的全体学生;教师无法对学生多样性、复杂性的问题给与全面有针对性的指导;信息技术课的综合性较强，学生的综合能力偏弱。

二、计算思维和项目式学习

1.计算思维。计算思维的定义比较权威的是周以真教授提出的“计算思维是一种以计算机科学为核心，运用计算机科学的基本概念进行问题求解、系统设计和行为管理的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”。计算思维的本质是抽象和自动化。

2.项目式学习。项目式学习是一种以学生为中心设计执行项目的教学和学习方法，从而促进学生的学习效果。通过项目式学习，可以提高学生的自主学习能力、团队合作能力、沟通表达能力、综合思考能力等。

学生要有计算思维的能力，是现在信息社会中创新的需要。项目式学习类似科学研究与实践的方法，促进学生主动学习、自主发展，这些特点使得项目式学习具备了培养学生思维能力的良好基础。

项目式学习5个组成部分：

（1）项目设计（2）角色分工（3）流程图制作（4）程序搭建与调试（5）分享与拓展

计算思维5个组成部分

（1）界定问题（2）分解、识别（3）问题抽象化（4）建模并设计系统（5）迁移、自动化

三、计算思維角度下scratch教学中项目式学习的案例解析

众多研究表明程序设计是发展学生计算思维的重要途径，其中Scratch软件以图形化的操作界面，良好的交互方式成了小学生学习首选软件，Scratch教学中的项目可以是游戏、动画或者应用程序等，教师可以根据教学的具体需求来设计不同类型的的项目。

下面以五年级《赛车游戏》这一课为基础，要求学生在Scratch中设计无人驾驶汽车的智能交通系统作为项目的主题开展活动。按照项目式学习的流程，分为项目设计、角色分工、流程图制作、程序搭建和调试、分享和拓展这五个部分，在此过程中融入计算思维的训练活动。

项目概述：随着科技的迅速发展，无人驾驶汽车得到快速发展，智能交通网络雏形初步展现，本项目让学生通过Scratch软件来模拟制作智能交通系统，培养他们的计算思维能力。

1.项目设计

小组成员之间通过交流和讨论活动，并且和教师进行充分的思维沟通，进一步明确智能交通项目的主题设计内容。如：智能交通开展的技术条件是否成熟？无人驾驶汽车安全性怎么得到保证？在此过程中引导学生利用计算思维推理方式，从实际的生活，与他人的沟通交流等了解项目的主题内容，一步步的自我提问，自我启发，循序渐进，最终确定主题，提炼出项目的总体目标。

2.角色分工

Scratch设计的过程是基于一个个的角色的。整个项目需要划分成多少个具体任务，每个任务中需要有几个角色，每个角色为完成相关任务又需要什么脚本命令来支撑，都需要每一组学生做出全面的思考和分析。在此过程中，学生要把复杂的大问题分解成小的细节问题，这些对应的就是计算思维中学生分解、识别能力的培养。如本项目中主要角色有：无人驾驶汽车（依靠什么侦测器）、行人（行走效果）、红绿灯（颜色的转变），他们的具体操作怎么实现，需要合作讨论思考。

3.画流程图

学生通过角色分工的分析之后，运用计算思维的抽象、转化、递归等方法，实现把现实中的具体任务，对象转化信息处理的数据模型。这一环节是项目式学习中的重点和难点，老师在课程安排上要给与学生充分的时间，让学生自己去分解项目模块，老师要做好的是引导工作，激发学生广泛参与，体验到从模糊到清晰的思维分析过程，为下一环节的搭建和调试程序打好基础工作。

智能交通系统的流程1： 满足绿灯+无行人，汽车行驶到终点

智能交通系统的流程2：若红灯或有行人，汽车停止行驶

4.程序搭建和调试

在Scratch中学生可以根据流程图的设计来完成程序的搭建。搭建程序时，建议根据模块化的思想逐步完成任务。通过运行程序，观察结果，来检测和评估程序的准确性。调试会伴随着编程的整个过程，“出错”是编程的常态，因为出错了，我们才能发现自己在哪个环节的设计和制作中理解的不充分，是逻辑上的问题，或者程序命令应用上的问题。所以，调试的过程其实是在检验自己的思维过程，帮助我们提升问题分析和解决的能力。

5.分享与拓展

项目完成之后，每个要展示项目的小组，派代表说明项目设计制作的过程，中途遇到了哪些问题，这些问题又是怎么解决的。这个过程中是暴露思维的过程，在彼此的交流中，不同观点之间相互碰撞，使每一个学生在较短的时间内都对问题获得了多方面的较深入的认识。其他小组的同学要读懂展示小组项目的程序，理解其逻辑结构，也可以提出自己的问题，让展示项目的小组派代表解释，为拓展和创作打下了基础，在这思维过程中，知识得到了的迁移，学生体验到了程序设计的自动化。

本节课，通过基于计算思维的Scratch项目式学习，学生在问题解决过程中，体验了运用计算机科学领域的思想方法形成解决问题方案的完整计算思维活动，学生能用运用计算思维这种高水平的思维方式去发现问题，解决问题，一方面是思维训练有了具体的依托，另一方面丰富了项目式学习的内涵。面向计算思维培养的项目式学习既能够保证学习者掌握计算概念知识，还可以培养学生运用计算思维方法解决课程问题和生活实际问题，培养学科观念、计算思维态度，最后将这种综合思维能力迁移到更广的领域，发展成为创新型人才来满足信息社会的要求。

参考文献：

[1]薛磊，孙玉强，顾晓清。基于计算思维的项目教学法的研究与实践

[2]梁燕红。Scratch程序设计课设计思路浅析

[3]陶双双，王戈。基于计算思维的Scratch项目式教学策略研究

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