在初中信息技术教学中培养学生计算思维之初探

    王君

    

    教育部颁布的《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”）明确将信息素养凝练细化为“信息意识”“计算思维”“数字化学习与创新”“信息社会责任”四项信息技术学科核心素养，其中“计算思维”的提出，更是为广大的一线信息技术教师开启了一场头脑风暴，同时也吹响了信息技术课程从技能工具型辅助学科向培养学生信息素养和思维能力的关键学科转变的号角。

    对照课标，理解计算思维内涵

    所谓计算思维，并不只是让学生学习掌握某项信息技术技能，而是培养学生运用计算机科学领域的思想方法对问题进行抽象分析并转化为处理问题的能力，或者说是培养学生的信息思维习惯和意识。

    怎样理解计算思维中所提到的计算机科学领域思想方法呢？笔者通过一些生活中的具体例子来解释。例如，停车场里的学生自行车发生丢失，怎样通过停车场的监控视频，用最短的时间找到偷车贼呢？运用计算机科学领域思想方法解决这一问题的做法是采用编程思想中的折半查找法：先把进度条拖到监控视频中间位置，看自行车是否还在，如果不在，则拖动进度条至前半部分的中间位置，如果在，則拖动进度条至后半部分的中间位置……如此重复几回，会大大缩短查看视频的时间，用最少的时间解决这一问题。现实生活中运用计算思维的地方还有很多：当你早晨上学时，把当天所需要的东西放进背包，这就是“预置和缓存”;当有人丢失自己的物品时，他会沿着刚走过的路线去寻找，这就是“回推”……由此可见，计算思维与人们的工作与生活密切相关，未来计算思维将成为人类不可或缺的一项基本生存能力。

    以思维训练为抓手，促进计算思维落地一线教学

    思维的培养和提升，关键在于学生是否有独立思考的过程和自主完成学习任务的能力。这两方面分别体现了思维训练和操作技能训练两个维度，思维训练是核心、灵魂，操作技能训练是基础、血肉，两者相辅相成，缺一不可。因而，要使计算思维真正落实到一线教学中，就需要彻底改变以往教师操作演示、学生“依葫芦画瓢”的传统教学模式。在教学设计时，应以思维训练为抓手，着重培养学生的思维能力和习惯，同时结合操作技能训练培养学生利用计算机解决实际问题的能力。以编程教学为例，笔者认为，要使计算思维真正在编程教学中有效落地，就要从问题分析和抽象建模入手，着眼于培养学生将现实问题抽象转化为计算机可处理的问题。例如，笔者在教授Scratch场景动画《晨光熹微》一课时，从问题分析→抽象建模→搭建积木→程序测试→完善改进等几个环节来进行教学设计，其中，问题分析、抽象建模、搭建积木等几个环节注重的是思维训练，是落实计算思维培养的主阵地。

    ①问题分析环节：这个环节主要是让学生通过看、说、思三个环节，即先让学生仔细观看场景动画《晨光熹微》，然后由学生描述场景动画中的内容，再思考分析场景中有几个角色，角色又有哪些动作，得出思考结果（角色：太阳;角色动作：太阳渐渐升起）。这个环节可以帮助学生厘清该场景动画的内容和组成。②抽象建模环节：这个环节通过尝试引导学生分组讨论交流，将问题分析环节中“太阳渐渐升起的动作”抽象转化为计算机能够处理的数学问题，即Scratch编程是如何添加角色——太阳的，又是如何实现太阳渐渐升起这一动作的。通过该环节，引导学生将具体问题抽象表述为计算机可处理的数学问题（在角色库中添加太阳，将太阳放至舞台下方的某一坐标位置，并在一定时间内慢慢滑行至舞台上方某一坐标位置）。③搭建积木环节：有了抽象建模环节的结论，就可以将角色太阳的动作分解为两步，即将太阳移至舞台下方，从舞台下方滑行到舞台上方。这对应Scratch动作积木中的两个积木：和

    通过问题分析、抽象建模和积木搭建三个环节，既帮助学生厘清了思路，找到了破解编程问题的突破口，又提高了学生将现实问题转化为计算机可处理问题的能力，学生的计算思维在课堂中得到了有效发展。

    摒弃认识误区，让计算思维根植课堂

    在计算思维落地的过程，有部分教师产生了这样的认识误区——计算思维培养只适用于编程教育。笔者认为编程教育虽然是计算思维落地教学实践的重要阵地，但绝不仅限于此。谢琪教授就曾在《如何通过教学设计在课堂中落实信息技术学科核心素养》一文中指出落实计算思维的四要素，第一条就是确定哪些问题可以用信息技术的相关知识进行解决。以3D打印教学为例，笔者在讲授利用《草图工具绘制扳手》一课时，首先带领学生初步了解和认识草图绘制和编辑的各项功能，为本节课内容做知识准备，然后在上视图模式下展示自制扳手的二维平面图（如下图），让学生思考这把扳手是由哪些图形构成的（将现实问题抽象为数学图形问题），这些图形可以用草图绘制和编辑中的哪些工具完成（将复杂的数学图形问题分解为一个个简单的、计算机可处理的图形绘制、修剪与迭加问题，即将数学图形问题分解转化为计算机可处理的问题），并让学生分享自己制作扳手的设计思路，通过师生点评交流共同改进设计思路，最后学生按照改进后思路设计完成扳手制作任务（利用3D软件中的草图绘制编辑工具完成扳手制作任务）。一堂课下来，学生们注意力高度集中，课堂交流互动热烈，学习热情高涨，学生的课堂参与度也大幅提升，课堂结束时，几乎每一个学生都如愿制作出了一把由自己亲手设计的扳手。整节课，通过知识准备→问题思考（抽象、分解）→分享交流→自主操作→作品展示→评价完善→归纳小结等一系列教学环节，学生在信息技术课程的学习过程中，发展了思维，并逐步提升了利用信息技术领域的思想方法和技巧解决实际问题的能力。

    新课标的发布，开启了信息技术学科新一轮课程改革的序幕。新课标对课堂的教学要求也从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维目标培养向培育和发展学生学科核心素养转变。作为一名信息技术教师，要想让计算思维这一核心素养真正在课堂中生根发芽、拔节抽穗，还需要深刻理解并把握新课标的要求，深挖、拓展课程资源，重构课堂教学组织模式，不断尝试、探索和落实计算思维的实施路径，让信息技术教育真正成为助力新时代学生思维培养的重要渠道，为学生终身发展奠基。