王蕾

教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)

隨著《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“課標(biāo)”）的頒布，有關(guān)計(jì)算思維的主題活動(dòng)在全國(guó)各地中小學(xué)信息技術(shù)教研、研訓(xùn)活動(dòng)中陸續(xù)開(kāi)展起來(lái)。在可觀的課型中，我們看到了一種有趣的現(xiàn)象：多數(shù)的課題都與程序設(shè)計(jì)內(nèi)容相關(guān)，或是基于編程活動(dòng)開(kāi)展的機(jī)器人、人工智能主題課。凡此種種，讓人產(chǎn)生一種錯(cuò)覺(jué)，即計(jì)算思維就是編程模塊中特有的思維方式，只有在與程序編寫(xiě)相關(guān)的內(nèi)容中，才能體現(xiàn)計(jì)算思維。

問(wèn)題分析

計(jì)算思維是個(gè)體在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中所具備的思想方法和思維活動(dòng)，它不僅僅限于編程模塊，而是涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)習(xí)的更廣闊的領(lǐng)域。目前，計(jì)算思維的相關(guān)教學(xué)應(yīng)用研究多集中于算法與程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容，對(duì)軟件應(yīng)用類(lèi)課程少有涉及。那么，其他模塊應(yīng)該如何踐行計(jì)算思維？本文將以傳統(tǒng)的WPS演示單元模塊為例，探索基于計(jì)算思維的信息技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)方式。

計(jì)算思維的含義與發(fā)展

計(jì)算思維概念的提出者周以真認(rèn)為，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類(lèi)行為理解的涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。[1]最新版的“課標(biāo)”中描述，計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。兩個(gè)定義都指向計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，不少研究及實(shí)踐關(guān)注指向計(jì)算思維培養(yǎng)的程序設(shè)計(jì)教學(xué)問(wèn)題，主要源于計(jì)算思維與程序設(shè)計(jì)的契合性彰顯于外，易于發(fā)現(xiàn)。但是，計(jì)算機(jī)科學(xué)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于程序設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)教學(xué)模塊都被囊括其中。

Mitch Resnick認(rèn)為計(jì)算思維是一種特別重要的表達(dá)形式，意味著能夠創(chuàng)建、建立和創(chuàng)造展示物，因此需要頻繁使用計(jì)算媒體。[2]據(jù)此定義，文字、圖片等媒體都可以幫助學(xué)生表達(dá)，可以形成可視化的展示。因此，文字編輯、圖片處理等的學(xué)習(xí)都可以培養(yǎng)計(jì)算思維。

落實(shí)在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)模塊中，體現(xiàn)為相關(guān)模塊對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)的關(guān)注。具備計(jì)算思維的學(xué)生，在信息活動(dòng)中能夠采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問(wèn)題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù);通過(guò)判斷，分析與綜合各種信息資源。由此可見(jiàn)，計(jì)算思維并非僅僅是程序設(shè)計(jì)模塊的教學(xué)指向，換言之，計(jì)算思維并非程序設(shè)計(jì)教學(xué)的專(zhuān)利，在信息技術(shù)的其他模塊中也有體現(xiàn)，如辦公軟件模塊、畫(huà)圖模塊、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)模塊等。

傳統(tǒng)模塊中培養(yǎng)計(jì)算思維的教學(xué)探索

我國(guó)計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)探索，在中小學(xué)才剛剛起步?，F(xiàn)有的教學(xué)實(shí)踐研究?jī)A向于將教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于算法和程序設(shè)計(jì)內(nèi)容中所涵蓋的計(jì)算思維應(yīng)用，研究中較少涉及具體的傳統(tǒng)教學(xué)模式與過(guò)程。隨著研究的深入，研究者和教學(xué)實(shí)踐者也從不同的角度探討了如何通過(guò)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)培養(yǎng)計(jì)算思維。

傳統(tǒng)的軟件應(yīng)用類(lèi)教學(xué)內(nèi)容中同樣蘊(yùn)含著大量計(jì)算思維的元素，但其表現(xiàn)形式卻與程序設(shè)計(jì)等有所不同。傳統(tǒng)的軟件應(yīng)用類(lèi)課程的核心并不僅僅是對(duì)軟件功能的介紹，而是應(yīng)用軟件完成各種任務(wù)，這些任務(wù)大多與設(shè)計(jì)密切相關(guān)。根據(jù)計(jì)算思維的定義，基于計(jì)算機(jī)工具開(kāi)展的問(wèn)題解決是計(jì)算思維的核心所在。對(duì)于應(yīng)用軟件而言，問(wèn)題解決常常表現(xiàn)為設(shè)計(jì)過(guò)程、解析任務(wù)，達(dá)成具體的作品形式。因此，落實(shí)計(jì)算思維需要通過(guò)以上三個(gè)過(guò)程，進(jìn)而為此類(lèi)教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

WPS演示單元中基于計(jì)算思維的教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程

計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)學(xué)生合理運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)來(lái)進(jìn)行問(wèn)題的求解，通過(guò)使用合理的工具來(lái)完成對(duì)設(shè)問(wèn)的解答。在傳統(tǒng)的WPS演示單元中，計(jì)算思維的設(shè)計(jì)過(guò)程需要進(jìn)行針對(duì)性的實(shí)踐。在WPS演示模塊的教學(xué)目標(biāo)的閾值中，思維可以細(xì)化為三個(gè)過(guò)程——設(shè)計(jì)思維、解析思維和迭代思維，它們分別指向?qū)W生的問(wèn)題分析、解決途徑和問(wèn)題解決三個(gè)過(guò)程。在本模塊中，問(wèn)題解決落實(shí)為創(chuàng)作出符合要求的演示文稿作品。

1.設(shè)計(jì)思維：設(shè)計(jì)為線性的學(xué)習(xí)活動(dòng)

設(shè)計(jì)思維（Design Thinking）是一種獨(dú)特的“在行動(dòng)中進(jìn)行創(chuàng)意思考”的方式，其核心關(guān)注通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決。計(jì)算思維和設(shè)計(jì)思維有著密切的內(nèi)在聯(lián)系，計(jì)算思維的方法可以與設(shè)計(jì)思維的過(guò)程結(jié)合起來(lái)。[3]設(shè)計(jì)思維過(guò)程提供了清晰的設(shè)計(jì)活動(dòng)開(kāi)展過(guò)程，便于形成教學(xué)活動(dòng);計(jì)算思維則為各個(gè)活動(dòng)步驟提供具體方法。在軟件應(yīng)用的教學(xué)中可以將兩者有機(jī)結(jié)合，形成軟件應(yīng)用類(lèi)課程的一種新設(shè)計(jì)思路。

在WPS演示單元中，計(jì)算思維可以借助設(shè)計(jì)思維的形式進(jìn)行問(wèn)題的求解。

（1）原設(shè)計(jì)

在《插入媒體文件》一課中，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式是教師課前準(zhǔn)備好相應(yīng)的素材：聲音文件、視頻文件、動(dòng)畫(huà)文件。在課堂上，教師一一演示這些文件的插入方式，再讓學(xué)生進(jìn)行操作，從而完成教學(xué)任務(wù)。在實(shí)際授課中，我們發(fā)現(xiàn)該種線性的“演示+練習(xí)”形式雖然能夠滿足課時(shí)的需要，但是學(xué)生的作品形式單一，而且學(xué)生未能深入理解不同媒體文件之間的區(qū)別，一旦重置其他文件，相當(dāng)數(shù)量的學(xué)生會(huì)出現(xiàn)無(wú)法成功插入媒體文件的情況。

（2）思考焦點(diǎn)

計(jì)算思維過(guò)程強(qiáng)調(diào)問(wèn)題的求解，在傳統(tǒng)的授課方式中，教師純“演示”的方式，未能有效地給予學(xué)生足夠的概念認(rèn)知機(jī)會(huì)，即學(xué)生無(wú)法理解媒體文件之間的區(qū)別，所以當(dāng)文件內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，學(xué)生無(wú)法解決問(wèn)題。

（3）改進(jìn)型設(shè)計(jì)

通過(guò)設(shè)計(jì)思維，將問(wèn)題進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，通過(guò)任務(wù)探究等形式，讓學(xué)生對(duì)新概念進(jìn)行必要的認(rèn)知，在此基礎(chǔ)上，推進(jìn)教學(xué)過(guò)程的進(jìn)度。

南京市科睿小學(xué)陳佳老師在《插入媒體文件》一課中，首先從已有經(jīng)驗(yàn)入手，給學(xué)生一定的復(fù)習(xí)機(jī)會(huì)，再引入新的文件類(lèi)型，引發(fā)學(xué)生思考。以下為學(xué)習(xí)的過(guò)程片段。

師：同學(xué)們，我們上周學(xué)習(xí)了在WPS中插入圖片的方法，先請(qǐng)同學(xué)們嘗試插入“新年詩(shī)會(huì)”的活動(dòng)圖片。

學(xué)生將素材庫(kù)中的主題圖片插入到學(xué)件中。

師：（展示兩個(gè)幻燈片，一號(hào)演示文稿中間有視頻展示，二號(hào)演示文稿只有圖片展示）我為新年詩(shī)會(huì)制作了兩個(gè)宣傳幻燈片，你們喜歡哪一種？

學(xué)生選擇自己喜歡的類(lèi)型，指出帶有視頻文件的演示文稿更能凸顯主題。

教師打開(kāi)素材庫(kù)，嘗試加入視頻文件，并拋出問(wèn)題：哪些文件可以插入？哪些文件無(wú)法插入？

學(xué)生在操作過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了插入選項(xiàng)卡與插入的文件類(lèi)型之間有關(guān)聯(lián)，產(chǎn)生了具體的認(rèn)知結(jié)論，選項(xiàng)卡的類(lèi)別和文件類(lèi)型之間有著必然的聯(lián)系。

教師根據(jù)學(xué)生的探究結(jié)果，進(jìn)行“視頻”“音頻”格式的講解，并提供更多素材，幫助學(xué)生對(duì)媒體文件進(jìn)行甄別。

教學(xué)評(píng)析：在以上的設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生的求知思路是從需要出發(fā)，通過(guò)知識(shí)的遷移推進(jìn)問(wèn)題探究的過(guò)程，在產(chǎn)生學(xué)習(xí)需要的基礎(chǔ)上，積極實(shí)施探究行為。這樣的思維過(guò)程中，學(xué)生能夠深入理解媒體文件格式的概念、插入選項(xiàng)的方式等內(nèi)容，實(shí)施了明確的意義思維過(guò)程。

2.解析思維：解析為內(nèi)容的認(rèn)知導(dǎo)向

解析模式也叫邏輯思維，是指經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究、逐步分析，最后得出明確結(jié)論的思維過(guò)程。在信息技術(shù)教學(xué)中，通過(guò)對(duì)已形成作品的剖析，形成感性的知識(shí)目標(biāo)概念，初步建立問(wèn)題解決的導(dǎo)向思路，從而明確后續(xù)學(xué)習(xí)的具體目標(biāo)。

（1）原設(shè)計(jì)

《設(shè)置動(dòng)畫(huà)效果》是WPS演示文稿的經(jīng)典課例，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路中，常會(huì)借用“古詩(shī)配畫(huà)”“猜謎游戲”等形式串聯(lián)整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。經(jīng)過(guò)多次的教學(xué)實(shí)踐，這樣常見(jiàn)的形式已經(jīng)不能滿足教師對(duì)設(shè)計(jì)新穎的要求，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，對(duì)此設(shè)計(jì)形式缺乏必要的呼應(yīng)度。

（2）思考焦點(diǎn)

“古詩(shī)配畫(huà)”“猜謎游戲”等情境雖然能夠串起整個(gè)教學(xué)過(guò)程，但也存在問(wèn)題：首先，從主題上看，兩者的作品表達(dá)形式單一，學(xué)生只能采用順序播放的形式來(lái)組織素材，無(wú)法選擇更為豐富的動(dòng)畫(huà)形式。其次，問(wèn)題的求解過(guò)程固化，沒(méi)有形成完整的思維體系，導(dǎo)致學(xué)生只能簡(jiǎn)單地進(jìn)行技能操作，而缺乏思考的過(guò)程。

（3）改進(jìn)型設(shè)計(jì)

在2018年3月的賽課活動(dòng)中，南京市瑯琊路小學(xué)的劉凱晨老師執(zhí)教了《動(dòng)態(tài)明信片》一課，他采用了解析化的思維模式，將看似復(fù)雜的實(shí)時(shí)問(wèn)題進(jìn)行了分解，幫助學(xué)生建立了問(wèn)題解決的良好路徑。設(shè)計(jì)思路如下。

情境渲染：教師分析主人公旅行青蛙的游歷經(jīng)歷→它一路記錄下游程，拍攝了照片。

需求分析：爸爸媽媽很想念蛙寶寶，希望能得到它的明信片→為了生動(dòng)，希望明信片能動(dòng)起來(lái)。

問(wèn)題化解：去過(guò)的景點(diǎn)很多→設(shè)置多頁(yè)面效果。

遇到的朋友很多→動(dòng)畫(huà)對(duì)象增加數(shù)量。

每天的日記不同→提取關(guān)鍵細(xì)節(jié)（如圖1）。

設(shè)計(jì)實(shí)施：第一天→小倉(cāng)鼠+地洞里=看星星（對(duì)應(yīng)動(dòng)作路徑）

第二天→小蝴蝶+貓頭鷹=迷路（對(duì)應(yīng)鞏固練習(xí)動(dòng)作路徑）

第三天→娃娃魚(yú)+蝸牛+瓢蟲(chóng)=公交站臺(tái)（對(duì)應(yīng)自定義動(dòng)畫(huà)）

第四天→小螃蟹+小溪邊=漂流（對(duì)應(yīng)鞏固練習(xí)自定義動(dòng)畫(huà)）

教學(xué)評(píng)析：在本課的設(shè)計(jì)中，旅行青蛙不僅具有時(shí)尚的身份標(biāo)識(shí)，自身具有“動(dòng)”的屬性，還有明確的任務(wù)指向。設(shè)計(jì)中，教師將較為復(fù)制的動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程，分解到每一天的日記中去，讓學(xué)生通過(guò)具體小任務(wù)的達(dá)成，自然地完成整體大任務(wù)。在授課中，本課受到了學(xué)生們的熱烈響應(yīng)，教學(xué)效能達(dá)成度高。

3.迭代思維：基于問(wèn)題解決的最優(yōu)途徑

迭代思維是基于迭代算法的利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的一種基本方法。它讓計(jì)算機(jī)對(duì)一組指令（或一定步驟）進(jìn)行重復(fù)執(zhí)行，在每次執(zhí)行這組指令（或步驟）時(shí)，都從變量的原值推出它的一個(gè)新值。在此過(guò)程中，學(xué)生挖掘出解決問(wèn)題的最優(yōu)路徑，從而指導(dǎo)自己的學(xué)習(xí)行為。

在WPS演示單元中，計(jì)算思維借助迭代思維的形式對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行合理的探究，引發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)過(guò)程。

（1）原設(shè)計(jì)

《設(shè)置幻燈片背景》一課是多媒體單元中較為尷尬的一課，教師們通常感覺(jué)此課內(nèi)容平淡，操作技能要求低，難以出彩，因此該課在教學(xué)公開(kāi)課中被選用的幾率較低。教師在教學(xué)過(guò)程中，往往采用對(duì)比法引入課題，再運(yùn)用演示背景的設(shè)置方法，讓學(xué)生模仿操作。在此過(guò)程中，學(xué)生機(jī)械地模仿教師操作，甚至出現(xiàn)無(wú)意識(shí)的粗暴設(shè)置背景的情況，導(dǎo)致整個(gè)演示文稿的表現(xiàn)力下降。

（2）思考焦點(diǎn)

問(wèn)題產(chǎn)生的原因在于學(xué)生接受該知識(shí)的過(guò)程中，創(chuàng)新思維過(guò)程缺失，對(duì)于知識(shí)內(nèi)容的理解限于技術(shù)層面，而沒(méi)有達(dá)到意義層面的要求?；谟?jì)算思維的教學(xué)設(shè)計(jì)中，學(xué)生應(yīng)根據(jù)主題進(jìn)行必要的作品創(chuàng)新，借助信息化的工具來(lái)對(duì)內(nèi)容本身進(jìn)行合理的優(yōu)化，找到更為貼切的問(wèn)題解決方案，使得最終制作出較為合理的作品。

（3）改進(jìn)型設(shè)計(jì)

南京市姜家園小學(xué)的郭蓉老師設(shè)計(jì)的《有感情的說(shuō)明書(shū)——設(shè)置幻燈片背景》一課中，以“為藥品制作有情感的說(shuō)明書(shū)”為主題，將幻燈片的背景作為藥品說(shuō)明書(shū)的配文，串聯(lián)起全部的教學(xué)內(nèi)容（如圖2），設(shè)計(jì)主線如下。

①明確主題：藥品說(shuō)明書(shū)你能看得懂嗎？引出問(wèn)題解決的要求。

②提出建議：哪些方式能夠讓你看得更加清楚？引發(fā)學(xué)生的思考。

③鼓勵(lì)探究：不同的形式，適合增加什么背景的配圖？引起學(xué)生對(duì)不同背景設(shè)置方式的關(guān)注。

④迭代算法：根據(jù)自己的薄弱地方，在學(xué)件中找到相應(yīng)的鏈接，通過(guò)自學(xué)的方式了解問(wèn)題的答案。

⑤最佳路徑：通過(guò)學(xué)習(xí)過(guò)程，找到最為理想的表達(dá)形式，為學(xué)件中的藥品說(shuō)明書(shū)增加適合的背景，做成“有感情”的說(shuō)明書(shū)。

⑥評(píng)價(jià)提升：如果能夠有更為醒目的元素，增加表現(xiàn)效果，你會(huì)選什么？引出外延的內(nèi)容，為下一節(jié)課留下伏筆。

教學(xué)評(píng)析：本課的設(shè)計(jì)，突破了傳統(tǒng)的演、習(xí)定勢(shì)，將學(xué)生的迭代思維作為推動(dòng)問(wèn)題求解的主要?jiǎng)恿?，讓學(xué)生在探究中創(chuàng)作了符合個(gè)體風(fēng)格的作品，讓看似枯燥的“藥品說(shuō)明書(shū)”也變得有了情感。

總結(jié)與展望

計(jì)算思維注重問(wèn)題求解的最佳形式，幫助學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)工具進(jìn)行有效的問(wèn)題求解。如果說(shuō)在編程模塊中，計(jì)算思維具有顯性的思維特征的話，那么在傳統(tǒng)模塊中，計(jì)算思維就呈現(xiàn)出隱性的思維形式，并借助設(shè)計(jì)思維、解析思維、迭代思維的形式組織教學(xué)。

在傳統(tǒng)模塊中實(shí)施基于計(jì)算思維的設(shè)計(jì)要注重以下幾個(gè)方面：一是，問(wèn)題求解的多維度。問(wèn)題需要理性的分析，只有對(duì)其進(jìn)行多維度的解析，才能得出較為合理的解決方案。二是，思維過(guò)程的多層次。計(jì)算思維在本文中落實(shí)為三種表現(xiàn)形式，但是絕不僅僅只有這些方式，在不同的模塊中，計(jì)算思維會(huì)落實(shí)為多種形態(tài)，不可硬性地機(jī)械模仿。三是，作品呈現(xiàn)的多樣態(tài)。新課標(biāo)鼓勵(lì)創(chuàng)新，信息技術(shù)的作品發(fā)布方式也多種多樣，千變?nèi)f化，適合學(xué)生自身需求的作品形式，就是好的作品。所謂教無(wú)定法、學(xué)無(wú)止境，因生而宜、因事而定才是信息技術(shù)應(yīng)有的打開(kāi)方式。

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