基于“问题解决”的计算思维培养模式探索

欧昭旋

【摘要】为促进学生计算思维的形成，本文提出基于“问题解决”的计算思维培养模式，并以佛山市小学信息技术五年级下册《语音识别》一课为例，对如何基于“问题解决”来促进学生计算思维的形成进行探讨，结合计算思维的形成过程设计了相应的教学过程，以解决问题为主线贯穿教学始终，重在促进学生对知识的深入理解、发展知识间的联系及能应用知识解决实际问题，促进计算思维的养成。

【关键词】小学信息技术;语音识别;真实情境;计算思维;问题解决

一、问题的提出

当下，世界处于百年未有之大变局，人工智能、大数据等的飞速发展在给人们的生活、生产方式带来前所未有的改变的同时，对未来人才培养与人工智能教育也提出了新的需求。2021年12月30日发布的《中小学人工智能课程开发标准（试行）》明确指出，应以适应未来的关键能力培养为目标，而计算思维作为21世纪必备的素养也受到了教育界广泛的关注。

但由于计算思维的抽象本质，其培养需要结合具体的学习情境，因而在教学中为学生提供真实情境，在真实情境中解决问题，是让学生将知识转化为能力和素养的有效教学方式。下文以佛山市小学信息技术五年级下册《语音识别》一课为例，探讨在小学信息技术课题中如何基于真实问题的解决来促进学生计算思维的形成。

二、基于真实问题解决促进计算思维形成的教学模式

根据计算思维形成的阶段，融入真实情境问题，笔者提出了如下表所示的教学模式，以现实生活问题为导向，让学生在解决问题的过程中逐步经历计算思维形成的各个阶段，从而提升学生的问题解决能力。

基于“问题解决”的计算思维培养模式

该模式以真实情境的问题为载体，教师作为引导对象，为学生提供解决问题的支持，引导学生分析问题。学生作为学习的主体，在教师的指导下，通过自主学习、合作学习经历解决问题的过程，在教学过程中将问题解决、学生的学习及计算思维三者关系融入教与学的活动。最后，通过回顾解决问题的过程，总结解决问题的一般方法，帮助学生将这种思维和方法迁移到新的问题解决中，确保计算思维的反思与强化，从而促进计算思维的形成。

三、基于真实问题解决促进计算思维形成的的教学实践

下面以佛山市小学信息技术五年级下册《语音识别》一课为例，举例说明以上教学模式的课堂运用。

（一）创设真实情境，导入课程问题

计算思维的培养一定是基于知识的，必须以适量知识为基础。因此，在创设情境时，除了贴合学生的现实生活之外，还需要在学生能够理解的基础上去设计问题，是学生能够凭借所学去理解和发现的问题。在学习《语音识别》这一课时，笔者先是通过播放语音识别相关的视频，如，与手机语音助手的聊天交互视频、通过语音控制家里的智能家居的视频先引起学生的共鸣，引出本课的主题——语音识别技术。紧接着，展示出用图形化编程工具（源码编辑器）制作的一个语音识别助手，用语音让程序自动报时，用语音控制开关灯。由于学生之前已经学过怎么样实现报时功能和如何通过切换角色造型模拟开关灯，所以，这样的一个案例既贴合学生的生活实际，又是基于学生现有的知识储备的。学生唯一需要去解决的问题是如何实现语音识别的功能，以及怎样让程序通过识别结果作出不同的决策。

通过这样一个问题情境，既能让学生在真实情境中解决问题，又能与原有的知识建立联系，将之前所学的知识运用到新的情境中，学会运用已有知识解决问题。与此同时，存在一定的挑战价值，与学生现有的知识结构产生一定冲突。这是需要学生通过学习才能解决的问题。学习行为能够在一定程度上驱动学生主动去寻找问题的解决方案。

（二）可视化呈现，分析问题

通过问题情境引出课堂任务后，为了帮助学生理清问题的层次结构，将复杂、抽象的问题具体化，我们可以借助一些可视化的学习工具，如流程图、思维导图等，引导学生将任务进行分解，理清解决问题的时序和步骤。

例如，在学习《语音识别》这一课时，笔者通过组织小组交流任务，让学生以小组为单位去体验语音助手的功能，并将语音助手的工作流程通过流程图绘制出来，最后以小组为单位上台分享他们的流程图，如下图所示：

学生在小组交流的过程中通过思维碰撞，理清思路，把复杂的问题分解为简单的子问题，从已知迁移到未知，顺利地从识别问题的阶段过渡到表征问题的阶段，利用流程图实现问题分析的可视化。

（三）自主学习，探究新知

通过流程图帮助学生理清思路后，教师以问题为线索，帮助学生找出在这个过程中的认知矛盾，并给学生提供相应的学习资料，指导学生自主学习，让学生在解决认知矛盾的过程中促进计算思维的发展。例如，在实现语音助手这个任务中，为了帮助学生找出解决问题的关键。笔者设计了一系列问题群：

1.如何让计算机听懂人类的语言？

2.如何获取识别结果？

3.如何实现根据识别结果作出不同的决策？

4.如何实现报时功能？

5.如何模拟“开灯”和“关灯”？

学生在问题的指引下进行思考，结合之前所学的知识，最终顺利地找到真正需要解决的问题，即如何让计算机听懂人类的语言和如何获取识别结果。通过这样的方式帮助学生确定了目标后，笔者再给学生提供相应的学习资料，指导学生结合教材，自主学习语音识别指令的使用方法。

学生在理解知识的过程中养成学科思维习惯，在解决认知矛盾的过程中促进计算思维的形成。

（四）设计算法，解决问题

在教师的指导下，学生通过自主学习与合作学习，解决了认知矛盾，习得新知识。接下来，学生便可以大展身手了。根据上个阶段分析得出的流程图，借助流程图中的框线和符号逐渐抽象、设计问题解决的计算逻辑，最终建立模型，从实践中归纳问题的一般解决路径，将所学知识运用到现有的问题解决中，实现知识的迁移，得出最终的解决方案。

例如，在《语音识别》这一课，学生在掌握了语音识别指令的使用方法后，也便突破了这个问题中的关键技术，解决了认知矛盾。根据之前所生成的流程圖，学生便能很顺利地获得编程思路，完成程序的设计。学生在这个过程中将分析结果应用到问题的解决中，不断地巩固旧知，了解新知，内化知识，迁移知识。

（五）反思评价，拓展迁移

在学生成功解决问题后，教师还要及时地引导学生反思回顾解决问题的过程，总结解决问题的一般方法，将这种思维内化为自己的一种技能，并且能够将其运用到其它问题的解决中。

教学实践表明，真实情境是让学生将知识转化为能力和素养的桥梁，问题解决是培养学生计算思维的良好载体。我们要将培养学生解决问题的能力与培养学生计算思维的能力结合起来，首先要基于真实情境选取与学生生活相关的问题情景，而且这个问题情景在符合学生现有认知的同时，还要与学生的认知结构产生一定的矛盾，具有一定的挑战价值，才能有效激发学生的学习本能和学习兴趣;在帮助学生确定了学习目标后，以问题为线索推进课堂进程，组织学生分析问题，了解问题的层次结构，发现解决问题的关键，从而突破学生认知矛盾，促进学生计算思维的形成。

参考文献：

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[2]龚静，侯长林，张新婷.计算思维能力发展模型与教学程序研究[J].现代教育技术，2018（4）：48-54.

[3]陈兴冶，王昌国.高中信息技术学科计算思维培养的实证研究[J].电化教育研究，2019 （12）：97-102.

责任编辑  李  源EA46B634-0AF5-4DF6-A7B4-3F876C0CC4E3