基于“三维核心素养”框架的计算思维培养策略研究

王宁琳

【摘要】随着信息技术的迅猛发展，学生仅掌握基础知识和基本技能是远远不够的。为此，教育改革提出“核心素养”这一观点，要求信息技术教师培养出具有计算思维、能够适应未来社会发展的创新型人才。本文以Scratch编程教学“有趣的图案”一课为实践研究对象，分析了核心素养和计算思维之间的关系，以及“双基”和“问题解决”对培养计算思维的意义，并提出了在生活中发现问题、在思索中锻炼思维、在纠错中巩固思维、在迁移中形成思维等一系列计算思维的培养策略。

【关键词】“三维核心素养”;计算思维;Scratch编程教学

一、计算思维是什么

（一）解析“三维核心素养”框架

核心素养是当下的热门词汇。南京师范大学李艺教授提出了“三维核心素养”这一理念，他认为，核心素养是初步了解世界和改造世界的世界观和方法论[1]。这一模型包含“双基”层、问题解决层、学科思维层，如图1所示。

位于分层描述模型最底层的是“双基”层，即掌握基础知识和基本技能;问题解决层要求学生不仅解决学习中遇到的问题，还要学会解决除学习问题外的本学科课程需要解决的所有问题;学科思维层是核心和灵魂，它指在“双基”层和问题解决层的实践中获得的思考问题、解决问题的思维方式和价值观。在这一模型中，问题解决是思维培养的重要途径，而学科思维又不局限于“双基”和具体问题的解决。

笔者认为，核心素养是利用基础知识和基本技能在发现问题、解决问题的过程中不断形成的思维方式和价值观，伴随学生的一生。

（二）“三维核心素养”框架和计算思维之间的关系

依据李艺教授所提的“三维核心素养”理念，计算思维应是位于“双基”层和问题解决层之上的学科思维层。

思维是抽象的，需要以实践为载体。在实际教学中，教师要把握好“双基”层和问题解决层，有效落实基础知识和基本技能。只有当“双基”层和问题解决层积累了足够的量变基础，学科思维层才会形成，计算思维也将逐渐形成。

二、“有趣的图案”一课的“双基”和“问题解决”

（一）“双基”

“有趣的图案”一课主要介绍创建功能块和调用功能块的使用。该课的重点在于让学生理解“功能块”这个重要的基础概念。在教学中，教师应注重让学生理解功能块在脚本设计中模块化的方法。本节课的难点在于调用功能块，其中分析小猫如何从当前起点到下个起点，以及三角形图案中涉及的旋转角度较难理解。创建功能块这一部分需要学生学会分析小猫的起点位置、小猫的旋转角度;调用功能块这一部分需要学生学会分析单个图形的起点位置，以及如何从当前图形的起点位置移动到下个图形的起点位置。

（二）“问题解决”

该节课需要解决的问题有：运用画笔模块中的落笔、抬笔，实现功能块的创建;分析小猫的旋转角度，掌握从当前起点移动至下个起点的方法，实现功能块的调用。问题的解决需要“双基”提供基础，两者相互对应，如表1所示。

其中，学生已经熟练掌握的基础知识有落笔、抬笔、重复执行、移动、向右旋转/向左旋转、当绿旗被点击、清空、面向90°方向等控件。學生在解决问题的过程中，不仅要用到新知识，还会涉及旧知识，因此，他们需要积极主动地将新旧知识进行有机整合，以提高自身解决问题的能力。

三、基于“三维核心素养”框架的计算思维的培养策略

Scratch简单易学，包含了丰富的角色和场景，内含的十种模块各自又包含了不同种类的控件，学生用拼搭的方式就能完成编程，从而培养计算思维。笔者以Scratch中“有趣的图案”一课为个案进行研究，提出三维核心素养框架下培养学生计算思维的具体策略。

（一）联系实际，在生活中发现问题

在实际教学中，教师应根据教学目标和教学内容，有目的地设计与生活紧密联系的教学内容，消除学生面对新知识时的紧张感，使原本抽象的问题变得生活化、具体化。首先，教师通过联系实际生活中窗户上的图案，出示三个脚本，让学生猜测是什么图案，并提问学生是依据脚本中的什么控件进行猜测的，从而引出“功能块”这一新概念。其次，教师以“看脚本猜图案”游戏进行导入，让学生对功能块有初步的认识，之后展示生活中的图案和Scratch中画的图案，并解读脚本，引出“功能块”，不断推进学生思维水平的发展。

（二）分解问题，在思考中锻炼思维

在该节课中，教师由简到难设计了三个层次的任务，分别是基础任务、巩固任务、拓展任务，其中，巩固任务分为任务一和任务二。任务一是调用正方形功能块，需要分析以下问题： 图案由什么基本图形组成？ 小猫的起点位置和终点位置有什么特点？ 在学习单上，标出每一个正方形的起点，并画出小猫的运动轨迹。 如何让小猫从当前图形的起点移动到下个图形的起点？通过分析和完成任务一，学生学会了调用功能块组合出图案的方法，为顺利完成任务二奠定了良好的基础。

任务二是创建并调用三角形功能块。任务二的难点在于分析小猫如何从当前起点移动到下个起点，涉及小猫的旋转角度，此处较为抽象且难以理解。教师可以利用板书帮助学生直观理解旋转的角度，从而突破难点，进一步提升学生的思维能力。

（三）运行脚本，在调试中巩固思维

在教学这一课时，教师提前分发小组合作纠错单（见表2），让学生调试现有的程序，将与预期不符的结果记录下来。学生在运行程序时，出现了一系列问题，如三角形为什么是倒立的，画出来的图案为什么是错乱的等。针对该类问题，学生开始寻求解决方法，思考如何修正错误的语句，并反复尝试，不断调整，直到脚本完全正确。

在此过程中，学生所学的基础知识和基本技能在实践中得到了巩固，同时，学生在很大程度上提高了发现问题、解决问题的能力。小组纠错环节需要学生敢于表达想法、正确传达信息，不仅锻炼了学生的表达交流能力，还锻炼了学生与他人协作的能力，提升了学生的思维能力。

（四）拓展归纳，在迁移中形成思维

归纳是去情境化的过程。在实际教学中，教师应让学生学会超越实际所学的各种编程的基础知识和基本技能，进行举一反三，从而把握共性，将所学解决问题的方法迁移到其他问题的解决中，形成自己的思维方式和价值观。

该节课的拓展任务更具难度。在前面画图案的过程中，学生充分感受到了功能块在脚本搭建中的优势和作用。在拓展环节，学生尽情发挥想象力和创造力，利用该节课所学进行自由创作，将美好的想法变为图案，完成了各具特色、富有创意的作品，如图2、图3所示。

学生在实现想法的过程中获得了成就感，顺利完成了拓展任务。在自由创作的过程中，学生需要深入分析和灵活运用所学知识和技能，进行创造性学习，这将大大提升学生的计算思维。

学生在创作Scratch作品时，并不只是简单学习编写计算机程序的方法，而是要打破思维的桎梏，创造性地利用所学内容和方法，以适应未来社会的发展。作为信息技术教师，我们要将“三维核心素养”框架下的计算思维融入Scratch教学设计中，选取贴近学生生活的素材，引导学生学会分解和分析问题，使其在调试修正中巩固基础，在归纳升华中迁移思维。同时，教师也要不断地更新自己的教学理念、提高教学水平，让学生充满学习编程的热情和积极性，引导他们在自主、合作、分享的过程中不断提高计算思维，最终提升学生的核心素养。

【参考文献】

李艺，钟柏昌.谈“核心素养”[J].教育研究，2015（09）：167-173.