以计算思维为导向的单元整体教学实践探究

小学信息技术课堂是培养小学生计算思维的主要落脚点，Scratch等可视化编程工具在信息技术课堂上的普遍应用，为计算思维的培养转变提供了新的契机。本文基于计算思维的核心元素和重大版（第八版）六年级下册（教材内容）课程实施纲要，以提高学生信息技术核心素养为目的，开展常规课堂教学实践探索。在单元整体设计教学实践中，运用计算思维合理地分解问题，模式识别、抽象、算法设计等模式，帮助学生独立思考并解决实际问题，力求有效提升学生认知概念整体水平和信息技术核心素养。

一、计算思维的定义

2006年，卡内基—梅隆大学周以真教授明确提出计算思维的概念，强调“计算思维代表着一种普遍的认识和一项普适的技能”。在随后的研究中她指出，计算思维作为人们解决问题的一种思维方式，其主要特征表现为“抽象、分解、递归和自动化实现”。从定义上说，计算思维是数理思维发展到一定程度的高级形态，是把一个看似很困难的问题，通过类比、联想等方法，把大问题分解成一个个简单、具体的问题。计算思维并不高深莫测，“易有太极，是生两仪;两仪生四象，四象生八卦”就是《易经》记载的一个古老的计算思维。这个序列的排列中就包含对“自然”的内在分析，同时是一个最简单的二进制递归思维。

二、认识计算思维的核心元素

（一）分解问题

将数据、任务分解成更小、更易于处理的几个部分。教师可以通过探究式教学模式，从问题的提出、探究以及解决方法这三个层面去建构。

（二）模式识别

对Scratch中的每一项任务都需要进行分析，针对不同任务分析数据，从中找出相同的模式、趋势和规律。学生在设计中会发现不同任务中都有同样的规律与方法。在这个过程中，学生对问题的分析和总结就是计算思维或者信息意识。

（三）抽象化

确定产生这些模式、趋势和规律的一般原理，得到一个应用于更普遍情况的公式的这个过程就是抽象。在Scratch程序脚本积木的搭建方面，学生在针对不同任务的不同功能以及展示效果，会采用不同的积木来进行设计，其中各个指令块之间的层次关系和先后顺序的运用就是一种具体的问题抽象化处理的计算思维能力。

（四）算法开发与执行

这里的算法是指解决问题的方法与步骤，算法开发与执行就是要找出解决类似问题或者相同问题的方法与步骤。在Scratch作品创作的教学过程中，我们经常会列出创作作品的一切细节、要素、规律，找到一般原理，最后化为清晰、明确的算法流程并执行。

笔者举一个例子，如何为我校经常堵车的（上）放学路口设计合理的交通方案。

1.分解问题——分析确定要设计什么样的路口：一个可以保证不堵车的路口。这个路口的现状是怎样的？是主干道还是支路？是十字路口还是丁字路口？是否堵塞？堵塞的原因是什么？早、晚高峰大约是什么时候？

2.模式识别——明确路口堵车规律，是主干道车流大还是放学接学生的车乱停放引起的？通過问卷调查，实际考察发现堵车的主要原因是上下班高峰时期与接学生的车辆乱停放引起的。

3.将问题抽象化——为了避免堵车，需要调整放学时间实施错峰放学，接学生的车辆指定停车位临停5分钟，5分钟后不离开或乱停放的由电子交警出具罚单。将这些问题的解决先后程序按时间排序抽象为排序问题。

4.算法开发和执行——最后列明交通方案的一些细节，化为清晰明确的流程，形成方案。就这样，设计合理的交通方案日常问题应用了计算思维解决。

三、培养计算思维的小学信息技术课堂教学策略

（一）分解单元问题，以课程纲要为导向，开展探究式单元整体教学

教师可依据课程纲要目标，为培养学生信息技术核心素养为目的，帮助学生独立探索和互相协作，寻找出有价值的探究性问题。设计教学时，可依据教学目标去帮助学生利用计算思维方法抽象建模和化整为零，为学生提供“脚手架”，当好引路人，逐渐引导学生能够自己独立自主地完成任务，培养学生独立发现问题的能力。把计算思维融入探究性过程中，培养学生将课堂中学到的知识迁移到生活中。重大版小学信息技术六年级下册第二单元程序设计模块，主题词为“创客重任”，贯穿了小学编程教育的始终，通过编写虚拟“扫地机器人”程序对小学三年来所学编程基础知识的复习以及对程序编写的总体认识。教学时，做了以下尝试：

第一步：分解问题，抓住孩子兴趣点，课程设计与一定的情境相结合，由简到繁，逐步展开。教师设计一些启发性的问题，使用学习任务单。还原真实的生活情景，学生真实体验扫地的完整过程。

1.我们的教室哪里有垃圾呢？数量怎样？

2.你是按照什么路线在清扫垃圾呢？

3.根据你的打扫路线，教室里每个角落都清扫到了吗？如果没有清扫到，你可以设计一条合理的路线吗？

4.在清扫时，如果有人或者物挡住了你，你是怎么做的？

5.在清扫时，如果簸箕装满了，你是怎么做的？

6.在清扫时，垃圾桶装满了，你是怎么做的？

7.在清扫时，什么时候你可以不用打扫了？

第二步：模式识别与抽象，根据场景分析抽象找出相同的行为模式和规律，把复杂的设计分解成一个个简单、具体的问题。

1.垃圾：需确定其随机数量和随机位置。

2.边线：需绘制房间四面墙壁，设定其造型中心点，提供坐标参数，以便机器人确定自身位置。

3.扫地机器人：设计其行走路线（内螺旋路线）。

4.程序模拟：机器人清扫垃圾。

5.为程序添加附加模块：如N字路线、Z字路线、充电模块等。

6.调用功能模块与调试。

第三步：算法开发与执行。

学生分板块编写与调试程序，在整个环境中，他们是课堂的主体，教师只是协助者，这样的设计可以很好地提升学生的学习兴趣，同时也可以培养学生解决问题和计算思维的能力，如图1。

（二）开展基于项目式学习的教学设计，培养计算思维

在基于项目的学习培养计算思维的教学模式中，由学生选择自己感兴趣的学习项目，在完成项目过程中遇到问题并共同探讨，由学生自主寻找问题，激发了学生的学习兴趣。重大版小学信息技术六年级下册第一单元，以校园故事为主线，包括校园故事卡、校园故事微场景、校园故事MV、设计毕业纪念册、制作毕业纪念册、等，根据学生的兴趣爱好，选定以校园故事卡为载体设计毕业纪念册，本次项目任务是一份8页的纸质彩色打印纪念册。

第一步：实施计划。

选定项目：用Word制作个性化毕业纪念册。

制订计划：完成周期（5周）、素材（文稿+照片）、版面主题规划及数量。

活动探究：个人独立设计+小组合作设计。

作品制作：页面风格选定+Word编辑+美图秀秀P图。

成果交流：班级内展示。

互动评价：师生间和生生间。

第二步：实施过程。

教师通过钉钉群文件分班采集文稿和照片素材，让学生通过网络搜集页面背景图，再分文件夹整理素材文件，主要有背景、照片、文稿、页面小修饰等分类素材，学生选定了7个主题规划版面：个性化封面、教师寄语、个人主页、感恩母校、同窗之谊、难忘的师生情、毕业赠言。学生根据主题，用Word编辑规划版面+美图秀秀P图处理，个性化设计。历时5个星期，大家运用已有的知识内容，编辑出一本本个性化的毕业纪念册。

第三步：教师个性化评价。

（1）学生毕业纪念册1-2（10分）总体感觉设计得不错，但个人主页设计有点简单，多页页面可以用退格键删除。

（2）学生毕业纪念册1-3（10分）：页面中有自己的真情实感的表达，但个人主页页面设计有点空。

（3）学生毕业纪念册2-2（9分）：页数完整，作业质量较原来有很大的进步，如果页面内容再丰富一点，就更好了。

（4）学生毕业纪念册3-1（9分）：最后一页如果能做完，就是满分。

（5）学生毕业纪念册3-5（10分）：内容完整，但是背景过于花哨，同时文字和背景的搭配有点不醒目，文字在页面中左右分布有点散。

（6）学生毕业纪念册4-1（10分）：页面布局紧凑，色彩搭配漂亮，同窗之谊的页面的内容可以再丰富一点。

（7）学生毕业纪念册4-6（10分）：为你的梦想努力奋斗吧！很喜欢你的设计。

（8）学生毕业纪念册2-4（8分）：毕业纪念册中除了使用图片之外，必要的文字不能缺少。文字会让你的画面更生动、更有灵气。

（9）学生毕业纪念册3-4（8分）：第三页排版还不错，多找找自己的优点。如思维敏捷、学习能力强。但文字处理得有点粗糙。

（10）学生毕业纪念册4-1（9分）：如果把最后一页完成了，就是佳作了，页面内容丰富，紧凑合理是优秀作品。

学生在整个环节中，学会利用计算思维去构建知识内容，通过知识迁移解决现有问题，通过动手与动脑相结合的体验创作，让其获得成就感。在五课时的设计中，教师可以充分调动学生的求知欲望，让学生体验到一种问题解决的投入感、期待感、成就感，他们会不自觉地投入学习的激情和专注，成功地完成這次学习。

（三）注重课堂上技能和思维的双重培养

我们现在的教学大多能够在知识与技能的训练上有所体现，对情感、态度的培养不够显著。在新课改大背景的影响下，只教授知识是远远不够的，最重要的是能够培养学生正确的思维与观念。计算思维作为信息技术核心素养之一，其地位不容小觑，培养学生的计算思维也是当前教学任务的重中之重。如我们用Scratch进行游戏设计教学时，可用工程思想来开发设计一个或多个趣味游戏，从需求出发，以此来培养学习者的计算思维。再如用Scratch设计实用小工具解“鸡兔同笼”问题时，可连通方程思想与列举思想，打通学科间的融合点，在情境选择上，可采用贴近生活实际且能够符合教学内容的情境，这种情境往往能够调动起学习者参与游戏的积极性。

（四）开展线上自主学习模式，培养计算思维

我们通过利用网络资源筛选海量的优质资源为我们的学习提供了有效支撑，教师可以推荐优秀学习平台，如Scratch少儿编程网、编程猫等平台给予编程新手一些指引，也可以推荐一些编程工具，如智能编辑器、Fiddle、网页App等，让学生使用多种编程语言。如学生想开发实体工具，BBC micro：bit开发板可实现给实体设备编程，入门简单。学生在自主学习的过程中，学生可以建构自己的认知结构，并将所学的知识迁移到其他领域——所有学科，实现跨学科学习。

四、计算思维在目前课堂教学中的不足

信息技术学科的程序教学资源较缺乏，全国的小学信息技术课程没有统一的教材，各地均采用地方教材进行教学。同时，面对全面开设的信息技术教育，教师在新技术上的储备不充足、情感上的投入不深入。在大多数情况下受制于教学内容的约束或教学目标的完成，难以很好地支持深层次计算思维培养目标的实现。

家、校、生三者关系中，家长对信息技术的学习并不重视，持可学可不学的态度，原因在于它与升学无正相关，虽然电脑的普及率很高，但是大多数家长似乎反对孩子玩电脑，认为玩电脑就是玩游戏，玩物丧志，会让孩子荒废学业。尽管有学生家长重视孩子的信息素养培养，但这样的家庭不多，据调查一个班级就5～6人，现在紧迫的小升初大环境下，大多数家长也没有时间给孩子安排编程兴趣班。

学校方面，课时数量一周一节，信息技术学科不被重视是很普遍存在的现象，大力提倡计算思维的背景下，对信息技术课的教学要求不能低，造成教师在教学时，更加关注学生课堂任务完成的基本要求，在于对知识点的掌握，而无法提升学生的思维能力。

学生方面，每个人的思维能力不同，教师常常预设统一的教学思路和评价标准，让部分“适配”学生受益匪浅，尤其是那些比较主动或学习优秀的学生。但是学困生需要个性化的教学设计和评价，对于大班额的教学，这些学生很难得到个性化的学习帮助。课堂中的一些项目活动中，小组核心成员的思维能够在教师的有效关注下得到较好的发展，而活跃度较低的学生往往由于教师的无暇顾及而被冷落，从而出现一个班级学生的计算思维培养处于一种“差异成长”的发展状况。

如何将计算思维更好地融入教学过程中，笔者提出以上经验，抛砖引玉，为信息技术教育中融入计算思维的教学贡献出自己的绵薄之力。

作者简介：黄鹰梅（1985—），汉族，重庆，本科，小学信息技术教师，研究方向：小学信息技术教育。