例谈面向计算思维的小学信息技术教学策略

    李丰叶 刘晓东

    《普通高中信息技术课程标准（2017版）》和《江苏省义务教育信息技术课程纲要（2017年修订）》规定计算思维是信息技术学科的核心素养之一。信息技术课程的发展方向应从知识教育和技能教育转向思维教育。在小学信息技术教材中，有一些课程内容主要是以理论知识为主的，教师在教学这些课程时，受多方面因素的影响，教师过分关注知识的语言表征，常以是否记忆来考察知识的学习状况，从而造成思维发展的缺失，课堂上学习气氛沉闷，学生学得兴味索然。

    如何让学生对枯燥的信息技术理论知识感兴趣呢？如何在学习中发展学生的思维呢？王荣良教授认为，在学习信息技术知识时，如果采用的是机械记忆方法，则思维的运用是很少的。如果学生能理解知识，运用旧知识，产生新知识，引导学生使用计算机学科方法思考问题，是可以培养学生计算思维的。建构主义认为学习者的知识不是依靠教师讲解获得的，而是通过学习者主动意义建构获得的。学习者在一定的教学情境下，依靠教师和其他同学的引导和帮助，运用所需的学习资料，意义建构地去理解知识，而不只是记忆知识。陈明选教授指出，要使学生真正地理解知识，应该注重理解性主题活动的创设，围绕核心概念组织一系列相关的理解性活动，使学生在活动中理解概念，在理解中提高能力。因此我们在教学信息技术知识时要为学生提供一种既有趣又有意义的实践活动，让他们能够沉迷其中，通过问题引领让学生在活动中理解知识，帮助学生完成知识的建构，让知识学习与思维发展同步进行。下面笔者以苏科版小学六年级信息技术教材第1课《认识机器人》为例，来谈一谈如何面向计算思维来进行信息技术学科知识教学。真实体验，问题启思中领会概念

    在《认识机器人》一课中，认识机器人的三个基本特征是本课的重点，在笔者可见的教学设计中，有的教师是直接讲解机器人的特征，有的是让学生观看一段有关机器人的动画片后让学生谈谈机器人的特征。据笔者课前对学生访谈了解到，学生对机器人这一类事物的认识大多停留在动画片中的仿人形机器人上，不知道生活中一些自动化工作的机器就是机器人，也就是说学生大脑中对机器人没有表象的表征。因此如果直接讲解“机器人特征”这一知识，对学生来说只是一串字符，学生最多只是死记硬背，不能正确理解，更别说点燃学生思维的火花了。

    在小学阶段，学生注意新鲜、感兴趣的事物，对周围世界有强烈的好奇心和探索欲望，喜欢操作具体形象的物体。因此笔者提供给学生形状各异、能完成不同任务的多个乐高机器人，每组分配一爪，让学生先去“玩”机器人，观察机器人在完成什么任务。玩的过程就是学生真实体验的过程，学生就能在大脑中对机器人有了表象的表征。当然真正的理解还需要引导学生不断地思考，教师要选择恰当的时机向学生提出引导式或启发式问题，引导学生积极思维，教师给予适当的点拨，在语言的交流中将思维推向深处。

    【认识机器人特征环节】

    各小组根据“机器人说明书”上的问题提示，共同“玩”机器人。

    师：同学们，机器人好玩吧？谁来说说你的机器人会干什么呢？

    生.我的机器人是一条智能的鱼，人靠近它它就会游动起来。（学生边演示边说）

    师：这个机器人它怎么会知道我们人靠近了呢？猜测一下！

    生：有眼睛，有感应。

    师：我们把机器人的眼睛、感应叫传感器，有了它机器人就能像人一样感知到外界环境。那它怎么一感应人靠近就会游动呢？

    生：猜一猜。

    师：其实事先我们已经给机器人的大脑输入了一个程序，告诉它当感应到有人时就游动。所以它像个有大脑的人一样会判断;并能根据事先编制的程序完成游动这个动作。

    师：它的身体像什么？

    生：像条鱼。

    师：它的身体由许多部件组成，是—个仿鱼形机器人，具有一定的结构形态。哪一组再来介绍一下你们组的机器人呢？

    另一组学生上來介绍自己的机器人，教师通过问题继续引导学生思考并逐步揭示机器人三个特征。

    师：同学们，看了这些机器人，你觉得机器人一定要像人一样吗？

    生：不一定。

    师：是的，机器人的形状不一定要像人，但它一定像人一样有大脑，能按照事先编制的程序工作。这是机器人与普通机器最主要的区别。除此之外，机器人还具有一定的结构形状，能完成一定的动作，这是机器人的三个基本特征。

    虚实结合，问题导学中建构认知

    在教学中教师要站在学生的角度，了解他们的认知发展水平和已有的经验，思考他们如何获得体验，获得怎样的体验才是有意义的。除了实物体验外，教师还要根据教学内容给予学生视频、图片、多媒体学件等多样化的体验。学习体验是促使学生保持继续探索的原动力，有了良好体验才能继续前进。在获得有意义的体验之后，教师要借助问题导学，将各个教学活动的环节有机地串联起来，实现由易到难逐步递进的过程。教师要引导学生反思自己原有的知识经验，把新知识和有关旧知识联系起来，通过思维加工，重新组织和建构知识体系，提高学生的抽象、概括思维能力，培养学生的计算思维。

    在《认识机器人》一课中，在教学机器人的分类时，课前了解到学生对民用机器人有一些应用体验，学生在生活中用过或者见到过一些相关的机器人，因此这一内容是通过师生对话和生生对话来激活学生的应用感受。对另外三类机器人学生一般没有直接体验，因此笔者提供给学生自制的多媒体学件，让学生自己先去学习、体验各类机器人，再引导学生交流概括。机器人的概念对于学生和大部分教师来说可能都比较陌生，在学生通过实物和学件体验了各类机器人后，教师引导学生用自己的话来谈谈对机器人的感受和感悟，打开学生的思维，帮助学生建构认知。

    【认识机器人分类和概念环节】

    师：同学们，我们现在所见的这些是专门供我们学习的机器人，我们把它们称为学生机器人。除此之外，在生活中你还见过哪些机器人呢？

    教师根据学生回答随机出示扫地机器人、跳舞机器人、炒菜机器人等视频。

    师：看来机器人已走进普通家庭，成为我们生活中的好伙伴。这些机器人是帮助人们完成服务工作的，它们都是民用机器人。

    同学们，生活中的机器人可不仅仅是我们所见的这些哦，还想看看其他机器^吗？

    学生打开“机器人世界”学件浏览其他各类机器人。

    师：同学们，你最感兴趣的是哪种机器人呢？

    师生交流.小结其他各类机器人。

    师：同学们，看了这些机器人，你觉得机器人是什么？能用自己的话来说一说吗？

    教师揭示机器人定义。实验探究，合作交流中深度理解

    “知识的教也是需要经由学生自我的理解、体悟和摸索。”如果缺少了学生的理解、体悟和摸索，只有外部的灌输和被动接受，学生以这种方式所获得的知识并不是真正的知识。在学生学习信息技术知识时，我们可以采用以探究学习为主的渗透计算思维的教学方法，在教学过程中将计算思维的思维与方法贯穿于教学过程，潜移默化开展教学，这是一种隐式的计算思维教育方式。教师首先创设教学情境，提出探究性问题，以此调动学生学习的积极性，激发其学习动机。然后让学生自己通过阅读、观察、实验、思考、议论等途径去合作探究，让学生动手又动脑，在操作中进入解决问题的思考状态。在这一环节中，教师要提供多种支架，以支撑学生的深度理解。对于学生自己摸索耗时较多的知识点，教师要做适当的讲解。对于难点部分，有些学生—下子掌握不了，教师可以提供学件等供学生反复观看学习。对于自主探究有困难的学生，教师要鼓励组内同伴互相帮助，让所有学生亲身经历与体验知识的发生、发展过程，更好地理解知识的本质，掌握学习的方法和途径。

    在《认识机器人》一课中，机器人的组成是教学的重点，也是难点。教学这一部分时，笔者选择了将形状统一、结构分明的探索者机器人作为主要教学载体，并根据探索者机器人自编了学习材料，让学生通过自学材料、小组讨论先找一找机器人各个组成部分，在了解各部分作用时也不是简单地直接告知。比如传感器的学习，先让学生认一认形状，猜一猜作用，动一动操作实验，说一说作用，与人的功能比一比等，通过这一系列的思维认知活动，促进学生对知识和概念的深度理解。

    【认识机器人传感器环节】

    师：同学们找到了哪几种传感器呢？

    生.我找到了声音传感器和超声波传感器。

    师：观察—下声音传感器的外形有什么特点？

    生：我看到它头上有个小小的、圆圆的零件，有点像我们用的小话筒。

    师：同学们猜猜声音传感器有什么用呢？

    生：可能能感受到我们声音的大小。

    师：我们来试试看！为了避免相互干扰，我们用吹气的方式来代替声音，你试着对它吹吹气看，你发现了什么？

    小细合作动手实验探究。

    生：我们发现对着声音传感器吹气后'机器人的风扇就转动起来了。

    师：就是说我们的机器人通过声音传感器听到了声音，把这个信息传给了控制系统，控制系统就指挥风扇转啦。这个声音传感器就像是人的什么呢？

    生：像是人的耳朵。

    用同样的方式继续学习超声波传感器。

    师：这两个传感器就像让机器人长了眼睛和耳朵，那机器人是不是只有这两个传感器呢？

    看！这些都是传感器哦，（展示各种传感器图片）每多一样，机器人就多—种感觉器官。通过它们机器人就能检测到光线、温度、湿度，甚至是人感受不到的各种信号，在以后的学习中我们会慢熳地认识它们。迁移应用，问题延伸中发展思维

    在实际教学中，教师应对教学内容进行适当拓展与延伸，可以根据本课内容和结合后续的学习，设计拓展性的问题，培养学生的问题意识，提升质疑、释疑的能力，以此持续激发学生探究的兴趣，实现知识的迁移应用，推动学生的思维发展。教师可以展示一个能引起学生惊讶的事件或现象来激活学生的思维，由学生自己发现问题或教师提出问题，并鼓勵教师与学生以及学生与学生之间进行讨论和交流。通常这些问题并没有固定的答案，因此教师的评价不能简单地说好或者不好，而是要引导学生围绕问题展开讨论，通过分享交流来达到思维的深入。

    例如《认识机器人》一课，在最后的拓展延伸环节，笔者让学生再次“玩”机器人，体会相同外形的机器人完成的任务却可以不同，从而让学生了解机器人除了需要有“身体”，还需要给它注入“思想”，理解机器人是通过程序控制来完成指定任务的。同时用“还想做一个怎样的机器人为我们生活服务呢？”这样的问题进一步激发学生的想象，实现知识的拓展和迁移。

    【课堂延伸环节】

    师：同学们，我们的机器人拥有了结实的身体，还具备了一些本领，是不是只能有这几种本领呢？看，老师这儿存一个跟你们一样外形的机器人，它会干什么呢？

    一组学生来“玩”机器人。

    师：是的，老师的这个机器人是辆声控车，它会躲避障碍自动行驶哦。如果我们给机器人注入新的思想，也就是编制程序，它们就会具有不同的本领。同学们还想做一个怎样的机器人为我们服务呢？

    生：我想让机器人边行走边感应有没有碰到人，如果碰到就自动打开风扇。

    师：你的主意很妙，这样就是一个自动行走的风扇机器人了。

    生：我想设计一个机器人，感应到我靠近时，它会唱歌。

    师：我们先给机器人连上蜂鸣器，再编制程序，然后就可以实现了。

    老师期待着在以后的学习中，你们的这些精彩想法都能一一实现！

    在《认识机器人》这节课中，笔者让学生四次“玩”机器人，玩是为了激发学生的兴趣，玩是为了给学生真实体验的机会，玩是为了让学生去实验和探究，玩是为了更好地发展学生的思维，使其自主地建构知识，学会用知识来解决问题，从而真正让学生在“玩”中学。计算机学科知识是计算思维的基础，计算思维的培养需要在计算机学科知识与技能学习过程中实现。只有开展面向思维的学习，才能实现知识应用的灵活性、拓展性和创新性，才能更好地让学生在信息社会中生存、创新和发展。