“大单元”教学如何有效培养学生计算思维的实践研究

赵莹莹

【摘 要】培养学生的计算思维，不是让学生成为程序员、工程师，而是在未来时代拥有一种适配的思维模式。本文关注的重点是在初中信息技术课程中如何培养计算思维，在“积木式智能硬件”课程中选取一个单元作为课程案例，分析计算思维培养的教学策略，并进行教学实验，分析实验结果，利用“大单元”教学模式将计算思维在初中信息技术教学中有效落地。

【关键词】计算思维;“大单元”教学;积木式智能硬件;教学模式;编程教育

【中图分类号】G434 【文献标识码】B

【论文编号】1671-7384（2021）09-034-03

当前，计算思维教育已在中小学教育中逐渐渗透推广，并受到各方的广泛关注。核心素养导向下的“大单元教学”设计，要求教师建立好学科核心素养与学科核心内容之间的关系，依据课程标准，选择有利于培养学科核心素养的教学内容和情境素材。

概念的界定

1.计算思维的内涵

2017年，新版《普通高中信息技术课程标准（2017版）》中对计算思维的具体解释为：计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。具备计算思维的学生，可以采用计算机能够处理的方式界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据;通过对各种信息资源判断、分析与综合，运用合理的算法形成解决问题的方案;总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题。

周以真教授在2006年首次提出计算思维，而后经过完善将计算思维定义为运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。熊璋教授认为计算思维是对问题的抽象和建模，运用合理的算法求解问题。无论是哪一种解释，计算思维都被认为是一种有效的解决问题的思维方式，它基本可以分为四个部分：问题分解、模式识别、抽象问题、算法设计。

2.“大单元”教学

“大单元”教学是指以大主题或大任务为中心，对学习内容进行分析、整合、重组和开发，形成具有明确的主题（或专题、话题、大问题）、目标、任务、情境、活动、评价等要素的一个结构化的具有多种课型的统筹规划和科学设计。

最近几年在学什么和怎么学这个问题上，世界各国的变化比较活跃。比如美国有翻转课堂、STEM学习、基于项目的PBL学习（Project-Based Learning）、游戏化学习，芬兰有基于现象的学习（Phenomenon-based learning），英国的工作室学习，新加坡的少教多学等等。这些方式虽然看起来眼花缭乱，其实都有一个共同特征，就是从为追求标准答案的被动学习走向为形成解决方案而展开的主动学习，从浅层次的知识点学习到知识体系化的深度学习。

深度学习是当前教育改革的重要抓手，指向深度学习的“大单元”教学以学科核心知识为依托，以学科核心活动为载体，以生活中真实的学科问题为情景，通过单元整体设计实现对核心素养的培养。

初中信息技术课程中以“大单元”教学模式

培养学生计算思维的实践研究

1.教学内容

程序设计是基础教育课程改革的重要组成部分，图像化编程是目前中小学非常热门的教育话题。本课程选用mixly积木式程序设计软件，通过程序控制传感器，做出切实解决生活中问题的小项目。课程包括无处不在的灯光、电动躺椅、自动感应门、旋转广告牌、谁是门神、不一样的值周生，自主设计。课程共16课时，以“大单元”方式进行课程的设计，以学生为中心，每个项目源于生活中的问题。

例如在大单元“‘聪明的躺椅”中，分成三个模块，分别为，“让躺椅动起来”解决的是舵机联动躺椅角度变换;“让躺椅‘聪明起来”解决的是靠背可以通过按钮随意调节角度;“让躺椅智能起来”解决的是加入语音识别等人工智能要素，让躺椅在整個单元学习过程中更加便捷和人性化。

2.教学模式分析

结合计算思维的特点和中学生的认知规律，课程整体设置由易到难，程序设计由简单到复杂。在课程实施过程中，教师设置情景，提出问题，引导学生对问题进行分解和抽象，为学生提供自学材料，辅助学生完成方案设计和项目内容，最后引导学生进行分享和迭代。

3.教学实验和实验结果分析

针对学生的学习效果，笔者设计了一份前测问卷，主要测试学生对计算思维的了解程度和计算思维能力水平。后测问卷主要针对学生对“大单元”教学模式的学习态度，以及课程结束后学生的计算思维能力水平和自我效能感。本次课程涉及3个班，前测问卷共收回107份，后测问卷共收回101份。

通过前测问卷可知，部分学生对计算思维有简单的了解，具备将问题分解并按照操作步骤完成任务的意识，但是在实践环节还是存在诸多问题。因此在课程的实施过程中更应该关注学生的动手操作能力，引导学生将想法通过技术实现出来，让计算思维服务于生活，能够有效落地。学生在对具体问题进行抽象和分解时还会遇到诸多问题，逻辑思维和算法思维还有很大的提升空间，在课程的实施过程中要着重培养学生将逻辑分析过程写成算法并得出结果的能力。

在课程结束时，笔者同样发放了课程调查问卷，在对待计算思维的态度方面和认识方面，74%的同学认可计算思维能力在生活和学习中的重要性，75%的同学通过课程的学习后能够准确选出计算思维的内涵。说明学生对计算思维有了感性的认识。

通过课程的学习，学生已经初步建立了计算思维的思考模型，在遇到生活中的问题时，大部分同学能够想到用信息技术的方式解决，63%的同学能够对教师提供的范例程序进行修改，80%的同学认为自己能够对问题进行分解和抽象，但是在操作方面还是存在问题。动手能力的培养是一个长期的过程，说明在接下来的课程中还需要继续为学生创造动手实践的机会。

本次课程以“大单元”教学为主，是基于项目的自主学习，通过问卷可知超过一半的同学喜欢这样的学习方式，31%的同学觉得一般，说明学生有自己的学习风格，并不是一个教学模式能够适应所有学生，因此教师在设计教育教学活动时，在考虑大部分学生喜好的同时，也应注意交替变换教学方式。

在课程实施的过程中，学生的参与度比较高，除极个别学生和病假学生，其余基本能够完成项目的设计。在最后的作品呈现中，涌现了许多创意作品，如智能垃圾桶、电子钢琴、儿童摇摇车、人体感应台灯等，学生开始关注生活中的问题，在创意思维方面也有了显著的提高。

结论与展望

（1）基于项目的学习方式有利于培养学生的学习兴趣。学习兴趣是学习的动力，是学习行为发生的源泉，学习是以解决真实的问题为目的，通过自身的努力和小组合作达到目标的。

（2）“大单元”教学有利于学生系统地把握学科知识，将学科知识有效串联并应用于实际生活，促进学生的深度学习。“‘聪明的躺椅”这节课中躺椅从动起来到摇杆调节到语音控制，是一个不断完善设计方案，追求生活更加舒适和便捷的过程。

（3）“大单元”教学有利于提高学生分解问题的能力。学生在教师的指导下，将看似复杂的大项目分解为可执行的步骤，抽象为可用程序设计表达的解决方案。经过多次活动训练，学生已经具备初步分解问题的思维方式，能将一个大项目问题分解为一个个小项目完成，是计算思维中抽象分解能力的体现。

（4）“大单元”教学有利于培养中学生的算法思维，提升程序设计水平。学生在进行项目调试和修改的过程中，需要不断地调试，当遇到程序不能顺利运行或不能达到想要的效果时，需要对程序进行修改和优化。而合作学习能够取长补短，在交流碰撞中促进问题的解决，进而提升学生的算法和程序设计能力。

实践证明，基于“大单元”的信息技术课能够有效提高学生的学习兴趣，促进学生计算思维的养成。但是基于我国国情，大班授课无法保证每个学生的学习进度，因此需要教师准备非常完善的自学材料，或引导学生通过网络搜索有效信息找到问题的答案，辅助学生完成项目，学生可以根据自己的学习情况自定步调进行学习。对于存在盲点的知识和技能，可以通过观看微课等方式反复学习，再通过小组合作方式将所学内容用于项目的研究，有效促进知识和技能的当堂转化，有效落地，让学习的过程更有意義，增强学生的学习动力。

任何教学模式都不会适用于所有课型，需要教师根据班情、学情进行调整，由被动学习变为主动学习，让学习行为自然而然的发生。计算思维的培养不能等同于编程课，更应关注学生的思维培养，以真实情境的问题解决为切入点，引导学生将问题进行分解，用编程工具创建该问题的表征，并在改变模拟参数的同时运行实验，以更好地解决生活中的问题。

参考文献

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