在体悟中培养学生计算思维的实践

    胡晓军

    计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决实施方案的过程中产生的一系列思维活动。计算思维教育，是属于思维教育，而不是知识教育。[1]对一线教师来说，转变传统的演示、讲授等教学方法，在信息技术课中培养学生的计算思维，将课程标准的设计意图落地，成了一个有挑战性的新话题。

    体悟教学法

    体悟教学法目前主要应用在语文教学领域，该方法认为：“体”是体验、体察、体会，强调学生学习的亲历性和过程性;“悟”是领悟、感悟，强调学习要产生个人意义;“体”是方法和过程，“悟”是结果和目的，以“体”而得“悟”。[2]

    体悟教学，教师需通过一定的教学策略和方法，组织引导学生把已有的学习经验和当前的学习内容相结合，使学生在学习活动中有所体验、有所领悟，获得个体化的学习意义。在体悟教学中，教师不再提供现成的知识和方法，而是提供合适的学习环境，提供机会，调动学生学习的主动性，让他们亲身感受，有所领悟。所以，体悟教学既是一种教学思想、教学精神，也是一种教学方式。

    指向计算思维培养的体悟教学，就是要学生亲历人类使用计算机去发现世界、认识世界、改造世界的过程。学生能够用自己的话语去表达信息技术的基本概念和方法。学生在信息技术课程里，去体验过程、习得知识、获得感悟、形成经验、生长智慧。其方法主要有“活动体悟”和“研习思悟”两种。

    “活动体悟”，在真实情境问题的解决中培养

    培养学生的计算思维，就应当在形成问题解决实施方案，并身体力行的实践中。在“活动体悟”中培养计算思维，就是要在真实的情景中，通过丰富的技术实践活动，如设计、操作，亲历应用计算机解决真实问题的过程，一般由观察、预设、实践、反思等4个教学环节组成。

    1.学会观察，发现真实世界的真实问题

    具备计算思维的学生，能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、建立模型。在“活动体悟”中，需要组织学生观察生活，寻找真实的问题，在明确问题之后，将其转化成可以使用计算机手段解决的概念模型。

    例如，有一组学生在酝酿项目的时候遇到了一个情况，有一次打的，下车开门时，有一辆电动车几乎擦着车门过去了，吓了一大跳。这个经历给他们留下了很深的印象，于是决定研发“智能车门预警避险系统”的项目。该组在明确问题之后，提炼出两个技术要点：车内人员未注意到后方接近的非机动车，贸然开门;开门时非机动车速度快，距离近，来不及刹车，并据此建立了问题模型。

    2.学会预设，能编制用计算机解决的方案

    具备计算思维的学生，能够应用合理的算法形成解决问题的方案。在“活动体悟”实践之初，应当让学生编制解决问题的技术方案，学生能够预设问题的解决过程，这是工程思维的一种体现，也是计算思维固化的一个表现。

    同样是该组学生，他们设计的解决方案是：当且仅当非机动车离车尾的距离小于等于15m，且速度大于等于8m/s时，评判为危险，将系统状态设为“危险”，系统发警示信号、锁止车门并延时4秒。若在这4秒内再无危险源出现，则“危险”状态解除;若在此4秒内又发现新危险源，则使用延时滚动系统将“危险”状态解除时间不断延迟，直至最后一个危险源过后4秒解除，以保证旁边有车队经过时人员的安全。

    3.学会实践，能应用技术语言解决问题

    信息技术课程标准中，核心素养水平划分对“计算思维”水平2的描述中认为，学生应能：利用适当的开发平台整合各模块功能，实现整体解决方案。在“活动体悟”中，学生要能够合理使用包括程序设计、3D设计、电烙铁、电子示波器、激光雕刻机等在内的一系列技术工具制作完成一件符合预设的物化作品。

    上例中的学生，他们选用物联网传感器、倒车雷达、显示屏、汽车模型、车锁装置等设备，使用C语言等工具，历时2个多月的设计与制作，最终完成了产品的研制，并在江苏省普通高中综合实践活动课程纲要培训活动中向500多名教师介绍研究过程。

    4.学会反思，能用合理的方法梳理学习历程

    具备计算思维的学生，能够总结计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题解决中。“活动体悟”的最后一个环节，教师要指导学生总结学习历程，一般用论文、PPT、视频等为载体，以创客路演、班级汇报、学校展示等为形式，总结经验与教训、凝练成果与收获，在此过程中内化计算思维，成为可以带得走的思想方法。

    “活动体悟”的载体是项目学习，这是一种有效促进学生能力发展的教学方法，也是一种适合计算思维教育的教学方法。以项目为导向，在真实的问题情境中，学生自主地解决实际问题，可以极大地触发学生思维的意愿，积极思考，克服困难，解决问题，从而发展思维。

    “研习思悟”，在深度的研究思考与分享对话中培养

    如果在信息技术课程中单一地使用项目教学的方法而不采用其他的方法，容易忽视知识的学习，往往会限制学生计算思维的发展。

    计算思维的形成，必需要有系统的计算机学科知识，此时就可以采用“研习思悟”的方式，在深度的研究思考与分享对话中培养计算思维。“研习思悟”是指学习者经由对计算机知识的阅读、讨论和实践而获取信息，通过思悟而理解概念、学会操作，并在表达、呈现、分享、交流中提升的学习过程，一般由提出问题、研读操作、分享对话、总结归纳等4个教学环节组成。

    1.提出问题，紧扣学科的核心概念

    信息技术课程标准中提出了包含数据、算法、信息系统、信息社会的信息技术学科大概念，这是学科核心内容和教学核心任务，反映学科本质，是能将学科关键思想和相关内容联系起来的关键的、特殊的概念。在这些大概念下精选部分与计算思维有关的关键问题抛给学生，供学生研究思考。

    例如：在学习到冯·诺依曼结构的时候，教师提出问题：“以小组为单位，探究学习，能用自己的话介绍冯·诺依曼结构的概念，并以此举例分析身边的信息系统”。然后由学生研究思考，完成课堂任务。

    2.研读理解，开展自主的学习

    为了激发学生开放、合作、协商和注重证据的行动意识，要鼓励学生自主研读理解，产生属于个人的知识经验，并在学习成果的表达过程中注重版权意识，讲求学术规范，强调引文有出处。

    例如：教师可以组织学生通过网络检索“冯·诺依曼结构”相关的资料，撰写成文或制成演示文档，用自己的话去分析计算机的系统，表达对该概念的理解，注重引文的规范。

    3.分享对话，计算思维在对话中敞亮

    计算思维难以在接受式学习中培养，它需要在生生之间和师生之间分享、交流、对话、碰撞中渐渐清晰，内化为思考问题的习惯和解决问题的方法。

    上例中，以“计算机系统的构成”为主题，以小组或班级为单位进行交流、研讨。让学生把研究的内容、思考的结果说出来，同学之间、师生之间可以互相提问。

    4.总结归纳，绘成计算思维的概念图

    学生经过研读、分享而逐渐培养的计算思维，其概念未必周严，结构未必严密，这时候需要教师的及时介入，能够带领学生结合前面的环节，一起绘制知识概念图，帮助形成更加清晰的思维脉络。例如，关于冯·诺依曼结构，就需要和学生一起绘制思维图，巩固计算思维，让学生明白计算机是如何将真实问题的处理分成5个板块，板块之间是如何有机协作的。

    “研习思维”的载体是知识学习，信息技术课程倡导项目学习，也需要多样化的学习方式来补充，共同构成信息技术的课堂教学样态。

    计算思维是对人类长期以来思考问题方法的凝练，其历史也很久远，不是什么新鲜事物。培养计算思维，要循序渐进，在日常的信息技术课堂上让学生在体验中慢慢的“悟”出来。体悟教学是培养计算思维的方法之一，此外，还有更多的方法也可以实现，需要我们在教学实践中因地制宜，合理选用。

    注：本文系江苏省教育科学规划“十三五”青年專项课题“发展创造力的高中信息技术课程校本化实践研究”（项目编号：C-c/2018/02/65）阶段性成果