具身认知视域下面向小学生计算思维培养的教学设计

史家宁?施周龙

摘要：旨在探讨基于具身认知理论的小学生计算思维提升策略。在仔细考查了小学生计算思维的培养现状后，建构了具身理论指导下融合计算思维核心要素的教学设计框架，并以小学信息科技新课标下所规定的一个具体教学主题——“游戏博弈中的策略”为例，围绕设计框架进行了具体的教学设计，最后提出了相应的教学实践策略，以期能有效提高小学生的计算思维水平。

关键词：具身认知；计算思维；小学生；教学设计

一、前言

在最新颁布的《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中明确给出了义务教育信息科技课程要培养的核心素养，要求学生要初步具备解决问题的能力，发展计算思维[1]。可见计算思维的培养是新时代重要的教育强国战略之一，具有显著地位。而当下关于计算思维的研究多数停留在理论层面，缺乏具体的实施步骤。另外，在实际教学中，仍以“满堂灌”的授课方式为主，导致学生无法真正接纳新知识。由此可见，创新相应的教学设计是极为重要的。因此，本文以“游戏博弈中的策略”为例，展开了具身认知视域下面向小学生计算思维培养的教学设计研究，充分发挥具身认知理论的优势，将隐喻性的抽象概念转化为罕譬而喻的原理，帮助学生领会核心、把握要点，并促进其计算思维的形成。

二、相关概念界定与分析

（一）具身认知理论的内涵及其在教育领域中的研究与应用

“具身认知”（Embodied Cognition）这一概念最初是在法国科学家梅洛·庞蒂于1955年出版的《身体、思维与文化》一书中被提及的，后由其学生大卫·安德森进行完善，于20世纪90年代提出了具身认知理论。此理论强调“身体及其所处环境共同作为认知活动发生的基础，认知的展开与发生恰恰在于身体、心智以及环境三者构成认知系统的自组织生成与涌现”[2]。具身认知作为第二代认知科学被运用到了各个领域中，其中，在教育领域，王靖、邵丽、贾丽娜等学者都取得了实质性进展，验证了在具身认知理论指导下的课堂教学更具优势。

（二）计算思维概念界定及当下小学生计算思维培养的研究现状

计算思维最早是由西摩·派珀特教授提出的，后由周以真教授将其带入大众视野之中。它体现了人面对现实生活中复杂的问题，借助计算机科学的思想和方法去理解问题本质，形成问题解决的数字化方案，是问题求解的一系列思维活动和思考方式[3]。目前，国内外已有大量学者对其进行了分析界定，给出了计算思维的相关定义及其所包含的核心要素，如图1所示。总而言之，计算思维是时代发展的产物，是未来社会应具备的一项涵盖多要素的复合能力。

为厘清当下小学生计算思维培养的现状问题，本文以“计算思维”及“小学生”为关键词于中国知网共检索到近百篇相关文献，结合CiteSpace6.2.R1软件对近三年国内关于小学生计算思维培养的研究内容进行了可视化分析，得到相关关键词共现图谱，如图2所示。同时对排名前十的高频关键词进行了梳理总括，其词频与中心度分布情况如表1所示。

通过以上可视化的图片、图表等，可以分析得出当下有关计算思维的研究多处于策略研究层面，相关教学设计较少，不利于一线教师进行实践操作。因此，本文针对小学生思维方式的特殊性，运用具身认知理论构建了相应的教学设计框架，并给出了具体的教学设计方案，以期能促进新课标的落地实施，进一步提升小学生的计算思维。

三、面向小学生计算思维提升的具身教学设计框架、教学设计方案与实践策略

（一）面向小学生计算思维提升的具身教学设计框架

在进行具身认知视域下面向小学生计算思维培养的教学设计时，首先要捋清具身认知、计算思维及所选知识点之间的映射关系。其次要设计多种教学活动，巧妙激活学生的身体图式，帮助学生更好地理解抽象的计算思维概念。最后，所设计的具身教学活动应让学生感受到信息科技的应用价值，从而发挥提升小学生计算思维的作用。基于此，本研究搭建了分三个阶段七个环节的教学设计框架，如图3所示。

（二）面向计算思维提升的具身教学设计——以“游戏博弈中的策略”为例

1.课前预备阶段

（1）学情分析

本节课是面向五到六年级的学生制定的，此阶段学生具备较高的抽象思维能力，且刚开始接触 Scratch 编程等内容，正是培养计算思维能力的关键时期。因此，在授课过程中，我们应组织好各知识点间的衔接关系，多组织学生动手实践。如在“抽火柴”游戏环节，要尽可能调动学生眼、耳、手等的感知通道，进一步帮助学生计算思维能力的提升。

（2）设定计算思维教学目标

在确定好教学内容后，教师应根据多维目标的要求，巧妙地融合计算思维的概念，制定出符合小学生年龄特征的计算思维教学目标，本节课的教学目标分类如表2所示。

（3）融入计算思维的具身教学活动设计

研究者们发现，那些形式上更加直观、资源上更加丰富、操作上更追求互动、方法上更注重探究的学习内容，都将深化学习者学习素养的发展[4]。因此，在进行以提升计算思维为目标的教学活动设计上，应充分发挥具身认知理论的优势，从图4所示的四个维度上进行构思，基于现实条件设计出符合教学要求的具身教学活动，以此来促进学生计算思维的发展。

（4）教学内容分析

在暂无配套学科教材的现状下，本研究依据计算思维培养的要求，从各类现有教材与网络上遴选了与“游戏博弈中的策略”这一主题相关的教学内容，并从以上四个维度出发，设计了适用于所选教学内容的具身教学活动，同时罗列了其与计算思维核心要素之间的映射关系，如表3所示。

（5）数字化具身教学环境创设

传统课堂通常采用紧凑顺序的排列方式，极大地束缚了学生的身体。在具身认知理论的指导下，教师可依据现实情况，创设具身教学环境，如U形排列方式等，以此来满足不同学习方式所需要的环境需求。另外，教育工作者应当重视数字化教学环境的创设，使得学生在这种情境气氛的陶染下，潜移默化地养成运用计算思维解决实际问题的能力。

2.正式授课阶段

教学过程设计如下：

（1）问题导入，提炼细化学习任务。课程开始之前，以“田忌赛马”的故事导入。首先组织学生观看相关视频，并在头脑中进行具身模拟；其次归纳出故事中所使用的策略，以此来引出今天的授课主题；最后明确告知学生本节课的学习目标。

（2）掌握三种基本算法结构的概念及应用。三种基本算法结构分别为顺序结构、分支结构、循环结构。教师可通过相关实体教具的展示讲授这部分内容，让学生尽可能参与到讲解过程中来，感受算法的魅力。

（3）通过“抽火柴”小游戏，进行算法的策略设计。在确保学生习得三种数据的基本结构之后，组织学生进行“抽火柴”小游戏，游戏规则如下：一堆火柴有n根，A、B两人轮流取出。每人每次可以取1 ～X 根，最先没有火柴可取的人为败方，另一方为胜方。如果先取者有必胜策略则记为1，先取者没有必胜策略记为0。在明确游戏规则之后，指导学生在实操中更为具象地探索和表达对计算思维的理解与应用。

（4）总结概括，对所学知识进行迁移反思。此时学生已经了解策略的概念，掌握了三种算法的基本结构，且可以针对真实问题，进行算法的策略设计，同时学生还增强了自身的计算思维意识与能力，可将所学知识进行迁移。

3.评价反馈阶段

教学评价与反馈优化如下：

（1）教学评价是教学设计过程的“指挥棒”。对于计算思维的测评应当从原理理解和项目实践两方面构建评价体系，既反映个体对计算机学科核心概念和方法的掌握，又反映将其运用于解决普适化问题的能力[5]。因此，在本研究中，首先应该对本节课的教学主题“游戏博弈中的策略”进行深入分析，设计出相应的“知识评价量表”。其次结合具身认知理论设计“多维度计算思维测量表”，将二者进行结合，为本节课做出评价。

（2）在优化反馈环节，可以通过日常观察等方法，了解学生的学习情况，把握教学过程中存在的缺陷与不足，及时对教学设计进行优化调整，以保证教学更好地进行，起到增强学生计算思维能力的作用。

（三）面向计算思维提升的具身教学实践策略

1.教学内容的选择要蕴含计算思维概念且适于具身认知理论

在运用具身认知理论进行面向计算思维提升的教学设计时，首先要确保教学内容中蕴含计算思维概念。其次要充分理解具身认知理论的内涵，了解其适合的应用范围和场景，避免出现指导理论与教学内容不符的情况，偏离了教学实际，过分强调身体参与，反而降低了教学效果，不利于学生发展。

2.强调计算思维意识的培养与具身生态环境的建设

计算思维的养成不止于信息技术学科知识的获取，更重要的是通过信息技术课程的学习了解工具背后的学科思想，使学生产生认知的变化[6]。所以教学内容的选择应秉承“提高意识，培养习惯”的原则，引导学生形成运用计算思维解决问题的基本认知，将学生锻造成为具备应对未来复杂智能化环境的新时代青年。同时要注重具身教学情境的建设，增强课堂的互动性，助力实现提升小学生计算思维意识与能力的教育愿景。

四、结语

笔者在具身认知理论的指导下，搭建了面向计算思维提升的具身教学设计框架，并以新课标中“游戏博弈中的策略”为例，围绕框架进行了具体的教学设计，最后提出了相应的教学实践策略。运用此类教学设计，使得学生能够在课堂学习中全身心地参与进来，对学生计算思维的培养大有裨益。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[M].北京：北京师范大学出版社.2022.

[2]左群英，汪隆友.从认知到体验：中小学教材使用的具身转向[J].中国教育学刊，2021（03）：66-70.

[3]张屹，王珏，谢玲，等.小学数学PBL+CT教学促进学生计算思维培养的研究—以“怎样围面积最大”为例[J].华东师范大学学报（教育科学版），2021，39（08）：70-82.

[4]崔志翔，徐斌艳.数智时代国际基础学科计算思维教育发展的策略、方向与启示——《PISA 2022数学框架》之思考[J].远程教育杂志，2022，40（06）：13-21.

[5]程妙婷，李艳，孙丹，等.基于三维框架的小学生计算思维综合测评[J].现代远程教育研究，2023，35（05）：86-95.

[6]宿庆，张文兰，王海，等.面向高中生计算思维培养的信息技术课程项目式学习研究[J].电化教育研究，2022，43（08）：109-115+122.

作者单位：喀什大学

责任编辑：周航