思维导图在培养学生计算思维中的应用研究

张甜

一、研究背景

进入信息时代，人们日益关注计算思维能力的培养。计算思维的概念，最早是在1996年由麻省理工学院Seymour Papert教授提出，2006年由美国卡内基梅隆大学Jeannette.M.Wing教授给出具体定义和系统阐述，由此引发了人们对计算思维的研究热潮。新一轮基础教育课程改革更是将计算思维纳入了信息技术学科核心素养之一。信息技术课不应该是单纯的计算机工具教学，而是让学生学会像计算机科学家那样思考并解决实际问题。因此如何培养学生计算思维成为信息技术学科亟待研究的问题之一。

二、计算思维概述

目前来说，国内外众多专家对于计算思维的认识仍然没有达成共识。Jeannette.M.Wing教授对于计算思维的定义阐述为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计和理解人类行为等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动。进一步来说，计算思维就是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，将原本复杂困难的问题重新分解成人们已知解决方案的问题的思维方法。2016年8月计算机科学教师协会发布了K-12计算机科学标准，更新了计算思维的定义：计算思维是一种解决问题的方法，从计算机科学领域扩展到所有学科，为利用计算机解决问题提供了分析问题和设计解决方案的独特方法。计算思维的本质是抽象和自动化。这种思维方式突破了计算过程的能力和限制，它应当如同所有人都具备的读、写、算能力一样，成为一种普适技能。

三、思维导图概述

思维导图的概念最初是由英国学者Tony Buzan于20世纪60年代提出，它是一种基于脑科学和认知心理学的发散性思维方式。思维导图能够模拟大脑的记忆结构，综合运用符号、线条、词汇、图像等元素，将思维过程以图文并茂、直观清晰、生动形象的图形方式呈现出来。思维导图的特点是，左脑右脑协作完成，结合具象思维和抽象思维，让复杂的、零碎的知识遵循简单、自然、大脑容易接受的规则组成有高度组织性的图示。使用思维导图思考问题，学习者能够直观地回顾整个思考过程，系统地梳理整合知识，按照一定的逻辑理清思维脉络，让思维可视化。

在教学过程中使用思维导图，可以将学生的思维过程完整清晰地呈现出来，让学习过程从“无形”到“有形”，有效提高学生的元认知水平。正因为计算思维是学生分析问题、解决问题的一系列活动过程，利用思维导图将这个活动过程可视化，可以为学生提供整个过程清晰化的结构，让学生回顾并审视思考过程中的问题，及时调整解决方案。通过对自身思维过程的认知，了解思维过程中的不足，改善并提升计算思维能力。

四、教学案例分析

本案例使用的教材为中图版信息技术五年级第五单元第二节“程序结构初尝试”中的第三课时“三种结构综合用”。本节课的教学目标是在顺序和循环结构的基础之上，学会选择结构，并对三种结构进行综合运用，对学生来说有一定的难度。

本节课采用任务驱动教学方法，教学各个环节如图4-1所示，其中，复习旧知、合作探讨、拓展任务、归纳总结教学环节中应用了思维导图工具。

在復习旧知环节中，引导学生使用思维导图回顾顺序结构和循环结构知识。在此环节中，教师为学生提供思维导图框架，如图4-2所示，不但能够为学生复习旧知提供线索，加快复习的速度，而且能快速检测出学生旧知的学习情况。

在讲授新知环节中，教师引导学生学习遇到需要判断条件再执行下一步程序的情况时，我们可以使用控制模块中的“如果……”指令。在合作探讨环节中学生使用思维导图分析“口算练习”任务，如图4-3所示，明白任务中涉及到的角色、每个角色需要实现的功能后，完成任务脚本的制作，调试脚本并展示作品。在这里要指出的是，学生在调试作品时，需要像计算机执行程序一样思考、理解脚本中的每个语句应该出现的现象，并与实际执行结果相比较，反复纠错，提升计算思维能力。

在拓展任务环节中，学生独立完成“升级版口算练习”任务。在本任务中，需要综合使用循环结构和选择结构。学生使用思维导图分析任务，表征思考过程，完成任务，调试脚本并展示作品。在本环节中，不为学生提供思维导图框架，学生自由发散思维，可以使用多种方法完成任务。

在归纳总结环节中，每个学生应用思维导图自主归纳本节课所学知识。教师为学生提供归纳总结的思维导图框架，能够快速掌握本节课教学效果。

在任教的4个班级中，其中2个班级应用了思维导图工具，本节课教学效果对比差异比较明显。从课堂气氛来看，学生对于使用思维导图完成任务比较感兴趣;从任务完成情况来看，使用思维导图班级中85%的学生能够独立完成，其他班级独立完成任务的学生则为65%-75%;从学生作品内容来看，应用思维导图班级的学生作品功能和形式相比其他班级更加多种多样。

五、小结

培养学生的计算思维，是时代和社会发展的要求，也是学生适应信息社会的保障，但是学生计算思维的形成却不是一朝一夕就可以完成的。本文在信息技术教学过程中利用思维导图工具初步尝试了思考、探究、实践这一目标。在后续的教学中，将逐步探索思维导图在教学设计、教学实施和教学评价方面对培养计算思维的作用。