问题解决能力为核心的初中生计算思维培养策略

张俊花

目前，培养学生的计算思维已成为社会和时代的迫切需求。虽然我国教育部门认可计算思维对提高学生问题解决能力的积极作用，并在培养方案中加以强调，但却缺少针对初中生计算思维进行培养的具体策略。为此，笔者以初中信息技术课程教学为载体，从我国中学教育基本情况出发，总结计算思维的基本内核和特征，探讨中学生计算思维的培养策略与实践方法。

● 计算思维的内涵及特征

《普通高中信息技术课程标准（2017版）》将计算思维界定为：计算思维是以计算机领域的学科方法界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据，通过判断、分析与综合各种信息资源，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，并可迁移到与之相关的其他问题解决中的一种学科思维。可见，计算思维是普适性的存在，它是一种同时包含数学思维、工程思维和科学思维的综合性思维，是一种基于信息技术解决问题的能力。故而，计算思维实质上是一种灵活运用计算工具和方法解决问题的思想方法或者思维活动，可以有效地搭建跨学科的对话桥梁，促进人的整体发展和终身发展，具有不可替代的作用。

计算思维可归纳为六大特征，如图1所示。该思维是一种解决问题的过程，它采用抽象和分解的方法形式化问题，建立结构模型，综合设计、算法、批判、分析等多种思维工具，形成系统化、最优化的问题解决方案，并运用各种信息资源在不断交互思考过程中解决问题。其核心在于学生问题解决能力的培养，其关键在于学生计算思维的建立。

● 以问题解决能力为核心的初中生计算思维培养策略

中小學信息技术的学科价值不仅要让学生掌握必要的知识与技能，更重要的是培养学生运用这些知识和技能解决实际问题的能力。因此，在教学实践中，教师要充分利用新技术和丰富的网络资源，以章节知识点为载体，采用以学生自主学习和自主探究为主的教学方式，围绕问题的解决，引导学生发现问题、分析问题和解决问题，通过激发和培养学生的发散性思维和创造性，促使学生形成计算思维。面向问题解决的计算思维培养的教学策略如图2所示，其关键要素如下。

1.待解决实际问题的提炼

在课程设计中，教师首先要明确一个待解决的问题，该问题应接近现实或真实情境，并对学生有一定的挑战性，进而发展学生有效解决问题的技能和计算思维能力，确保在将来的工作和学习中，学生的能力能有效地迁移到解决实际问题中。

2.解决问题所需技能或知识

学生所需的一定的知识技能，可以采取两种方式获得，一是在教师集中讲解时习得所需知识，二是在解决问题的过程中根据需要获取知识。

3.建立学习小组

要解决真实情境中的具体问题，一个人独自完成整个学习过程有时会很吃力，通过学习小组的形式展开，便于充分讨论和评估所解决问题的方案。

4.问题解决的程序

要求学生能合理完整地设计出小组解决问题的流程，进行合理的分工合作，以保证学习的顺利完成。

5.自主学习和创新创造精神

面向问题解决的学习强调学生自主探究、学习、解决问题的过程，因此需要学生有积极主动开展学习的精神和创造性解决问题的钻研精神，否则整个学习计划将无从开展。

● 以问题解决能力培养为核心的初中生计算思维培养实践

为进一步验证上述策略的有效性，笔者进行了课程实践。下面，以苏科版《初中信息技术》上册第六章“加工和制作图片”授课内容为例，阐述以问题解决能力培养为核心的初中生计算思维培养策略和实践方法。

1.情境引入——确定问题

加工与制作图片属于信息技术基础知识，教学目标是使学生初步感悟信息技术在人类生产生活中的重要价值，在数字化表达与创新活动中初步培养信息意识、计算思维和信息社会责任。为此，在问题的确定环节，教师可以通过情境引入：新年即将到来，你想给好朋友或家人送去祝福吗？新年贺卡是一种比较实用的送祝福的方式，也是很多人都可以接受的一种方式。那么，如何制作一张贺卡呢？

2.学生讨论——数据采集，分析与表达

教师引导学生讨论：贺卡一般包含哪些元素？制作贺卡的一般步骤是什么？

学生讨论并总结：贺卡的元素一般有背景、有代表性的图案、简要的文字等。

制作贺卡的一般步骤是：创意设计——素材搜集——设计制作——修改升华——发布作品。

3.明确任务，项目规划、生成，选择和规划方案

教师要求学生两人为一组，合作设计并制作一张个性新年贺卡，时间为两课时。具体要求：①贺卡的主题是恭贺2021新年。②贺卡尺寸统一设置为宽800像素，高600像素。

③贺卡设计有创意，能体现新年送祝福的元素，具体内容自行设计，需要的素材请选择适当的搜索引擎进行采集。④认真、规范填写贺卡规划表。⑤贺卡样式不限，可以综合利用图层、选取工具、文字工具、图层选项等。⑥完成的作品保存为.psd和.jpg两种格式，并把完成的作品以“组号+姓名”命名并提交。⑦作品展示，选出你最喜爱的新年贺卡，并互送祝福。

4.创作指导——问题分解，方案评估，方案优化

由于贺卡制作是一个比较系统的任务，教师要帮助学生更好地完成任务，引导学生分解问题，明确制作步骤。问题分解如下表所示。

5.实践效果评估

在本次实践中，教师只给定了制作新年贺卡的主题，贺卡的设计、素材的搜集以及贺卡的制作全由学生独立完成，当教师展示学生的新年贺卡时，学生脸上都洋溢着自豪和快乐的神情，这说明他们在解决问题时学有所获。

第一，通过问题解决，学生体验到了制作图片作品的流程、方法与步骤，也积累了制作作品的经验。①学生在了解问题后，先对问题抽象——制作贺卡;②制订解决方案即解决问题的步骤——设计贺卡、搜集素材、制作贺卡、发布贺卡;③对问题进行分解——贺卡中包含的元素和图案;④进行数据采集与分析——搜集贺卡素材，并对素材进行质量分辨;⑤实施解决方案——运用图像工具制作贺卡，同时在搜集素材及制作的过程中对最初的设计方案不断地进行修改、调试。上述一系列的流程锻炼了学生的计算思维以及解决问题的能力。

第二，学生的自主学习和创新能力得到了锻炼。在教师不提供素材的条件下，学生要想设计出满意的贺卡，首先要有好的设计创意，创意的形成过程锻炼了学生的创新创造能力。而从设计、搜集素材到制作再到不断修改，这一过程锻炼了学生的自主学习能力。

第三，学生体验了问题解决的程序，获得了问题解决的经验。学生根据问题提出解决问题的方法，然后制订计划与步骤，并按照计划与步骤逐步开展活动。

第四，学习小组为学习助力。在解决问题的过程中，从讨论解决问题的步骤到按计划实施方案，教师都会鼓励学生与小组内的同伴进行分享与探讨，如“把我的创意说给你听请你来评价，制作的过程中有个技术我忘记了请你来帮忙，贺卡初步制作出来了请你来找茬”。解决真实情境中的具体问题，是一个综合性实践过程，一个人的力量比较薄弱，学习小组助力则会事半功倍。

● 结束语

本文提出了一种以初中生信息技术课程为载体、以问题解决能力为核心的初中生计算思维培养策略，总结了计算思维的特征，基于所提出计算思维培养策略，将学习过程置于真实的问题情境中，采用教师组织、“学生协作学习+自主探究”的学习方式进行了教学实践，不仅让学生在问题解决中掌握信息技术知识，还激发和培养了学生的发散性思维和创造性能力，促进了学生计算思维能力提升。

本文为南京市第11期个人课题“以问题为导向的初中生计算思维培养方法研究”研究成果。