（廈門(mén)市檳榔中學(xué)，福建 廈門(mén)361004）

計(jì)算思維的概念，最早的時(shí)候是由時(shí)任美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任的周以真教授提出的。這一概念一經(jīng)提出，立即就引起了學(xué)術(shù)界廣大學(xué)者的共鳴。許多專家和學(xué)者都紛紛展開(kāi)了關(guān)于計(jì)算思維的研究，理論界對(duì)計(jì)算思維的概念和內(nèi)涵從不同的分析維度上有不同的闡述，但綜合已有的研究成果看，大家都有普遍的共識(shí)：認(rèn)為計(jì)算思維是和“聽(tīng)說(shuō)讀寫(xiě)算”一樣，是人最基本的生存技能，特別是在高度信息化的時(shí)代，人們必須具備高效的解決問(wèn)題的思考方法[1]。在今年出臺(tái)的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》更是明確地將“計(jì)算思維”作為信息技術(shù)學(xué)科四大核心素養(yǎng)之一[2]。那么，什么是“計(jì)算思維”呢？作為計(jì)算思維起源的信息技術(shù)學(xué)科，又該如何擔(dān)當(dāng)起培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維核心素養(yǎng)的職責(zé)呢？

一、計(jì)算思維的概念及其操作性定義

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》明確指出：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)[3]。我們可以理解：計(jì)算思維是一種解決問(wèn)題的獨(dú)特的思維方式，此思維方式反映出計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本思想方法。通過(guò)計(jì)算思維人們可以更好地理解和分析復(fù)雜問(wèn)題，形成具有計(jì)算特征的問(wèn)題解決方案[4]。

新修訂的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)計(jì)算思維素養(yǎng)的內(nèi)涵界定為：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，運(yùn)用合理的算法形成解決問(wèn)題的方案；總結(jié)利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程與方法，并遷移到與之相關(guān)的其他問(wèn)題解決中[5]。我們可以看出，解決問(wèn)題所需要的計(jì)算思維素養(yǎng)主要表現(xiàn)為“形式化、模型化、自動(dòng)化和系統(tǒng)化”四個(gè)方面[6]。

自計(jì)算思維概念提出以來(lái)，理論界對(duì)計(jì)算思維的概念和內(nèi)涵從不同的分析維度上有不同的闡述，但沒(méi)有給出計(jì)算思維素養(yǎng)培養(yǎng)的具體策略和方法。在中學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的核心素養(yǎng)呢？為便于理解和操作，筆者比較贊同由國(guó)際教育技術(shù)協(xié)會(huì)（ISTE）和計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（CSTA）對(duì)計(jì)算思維這一概念進(jìn)行的闡釋，他們對(duì)“計(jì)算思維”下了一個(gè)操作性的定義，對(duì)我們信息技術(shù)教師開(kāi)展計(jì)算思維的培養(yǎng)提供了重要的指導(dǎo)意義。他們認(rèn)為計(jì)算思維是一個(gè)用來(lái)解決問(wèn)題的過(guò)程，有以下六個(gè)要素：(1)明確問(wèn)題：用計(jì)算機(jī)和其它工具可以處理的方式界定問(wèn)題、闡述問(wèn)題；(2)抽象：通過(guò)約簡(jiǎn)、轉(zhuǎn)化、仿真、模擬等方法抽象關(guān)鍵要素，理清各要素間的關(guān)系；(3)分析數(shù)據(jù)：合理組織和分析數(shù)據(jù)，建立適合計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)模型；(4)提出方案：利用算法思想，制定出適合自動(dòng)化執(zhí)行的解決方案；(5)評(píng)估解決方案：總結(jié)計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的方案，評(píng)估最優(yōu)方案，旨在達(dá)到步驟與資源的最有效的整合；(6)遷移推廣：將該問(wèn)題的解決過(guò)程進(jìn)行推廣遷移到各式各樣的問(wèn)題[7]。

二、基于計(jì)算思維培養(yǎng)的初中信息技術(shù)課堂教學(xué)模式

根據(jù)計(jì)算思維的六個(gè)要素的操作性定義，在信息技術(shù)課堂教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維素養(yǎng)，作為教師就要注意創(chuàng)設(shè)生動(dòng)有趣、貼近生活的情境，然后引導(dǎo)學(xué)生從計(jì)算角度分析、比較、提出問(wèn)題，進(jìn)行抽象轉(zhuǎn)化等活動(dòng)，不僅使學(xué)生獲得課程需要的相關(guān)知識(shí)和技能，并能解決實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)獲得利用計(jì)算思維解決問(wèn)題的切身體驗(yàn)和能力。為此，筆者提出基于計(jì)算思維培養(yǎng)的信息技術(shù)課堂教學(xué)模式，并開(kāi)展為期一個(gè)學(xué)年的教學(xué)實(shí)踐探索。

基于計(jì)算思維培養(yǎng)的信息技術(shù)課堂教學(xué)模式由五個(gè)步驟構(gòu)成。

創(chuàng)設(shè)情境，明確任務(wù)：教師創(chuàng)設(shè)貼近生活的情境，引導(dǎo)學(xué)生自主參與，提出需解決的任務(wù)。

分析任務(wù)，尋找支架：針對(duì)提出的任務(wù)，通過(guò)約簡(jiǎn)、轉(zhuǎn)化和仿真等方法分析思考問(wèn)題，抽象問(wèn)題的數(shù)據(jù)模型，選擇和判斷可利用的媒體或技術(shù)來(lái)解決相關(guān)的問(wèn)題。

自主協(xié)作，點(diǎn)拔引導(dǎo)：在現(xiàn)有的學(xué)習(xí)環(huán)境下，充分利用學(xué)習(xí)資源，依據(jù)學(xué)習(xí)方案，學(xué)生能獨(dú)立完成的，要求自主完成，需要進(jìn)行合作的任務(wù)，由組內(nèi)成員分工實(shí)施，協(xié)作完成。同時(shí)，教師巡查學(xué)生自主協(xié)作的參與情況，尋找學(xué)生在探究過(guò)程中難以克服的難點(diǎn)，教師進(jìn)行示范，并適時(shí)點(diǎn)拔引導(dǎo)，糾偏糾錯(cuò)，防止學(xué)生掉隊(duì)，幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

展示成果，修正完善：為學(xué)生搭建一個(gè)展示成果的平臺(tái)，展示過(guò)程中進(jìn)行師生互評(píng)，對(duì)成果進(jìn)行修正完善，以利于尋找最優(yōu)的解決方案。

評(píng)估檢測(cè)，拓展升華：教師為學(xué)生提供評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，采取學(xué)生互評(píng)的方法進(jìn)行評(píng)分。教師收集檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)進(jìn)行全面的總結(jié)和評(píng)價(jià)。同時(shí)，提出拓展的問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生的思考，把一節(jié)課的內(nèi)容與學(xué)科的知識(shí)體系聯(lián)系起來(lái)，起到知識(shí)遷移的作用。

三、基于計(jì)算思維培養(yǎng)的課堂教學(xué)模式的應(yīng)用實(shí)踐

基于計(jì)算思維培養(yǎng)的Flash動(dòng)畫(huà)制作課程，要求學(xué)生不僅學(xué)會(huì)制作動(dòng)畫(huà)，更重要的是理解Flash動(dòng)畫(huà)制作的基本原理，解決實(shí)際問(wèn)題的方法和特點(diǎn)，學(xué)會(huì)思維，并用計(jì)算的方法思考問(wèn)題。根據(jù)上述提出的課堂教學(xué)五步模式，通過(guò)Flash動(dòng)畫(huà)制作“太陽(yáng)落山”一課的教學(xué)案例，了解基于計(jì)算思維培養(yǎng)的信息技術(shù)課堂教學(xué)模式的具體應(yīng)用。

1.創(chuàng)設(shè)情境，明確任務(wù)

以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的課程標(biāo)準(zhǔn)提倡培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，這就要求教師在教學(xué)中不能脫離學(xué)生的真實(shí)生活而提出偽問(wèn)題偽任務(wù)讓學(xué)生解決。因此，在新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師應(yīng)從現(xiàn)實(shí)需求出發(fā)，通過(guò)設(shè)計(jì)真實(shí)的學(xué)習(xí)與生活情境，讓學(xué)生在情境中發(fā)現(xiàn)和思考問(wèn)題，抽象關(guān)鍵要素，恰當(dāng)運(yùn)用數(shù)字技術(shù)解決問(wèn)題，最終創(chuàng)造性地完成任務(wù)。

本教學(xué)案例導(dǎo)入時(shí)，筆者改變以往先展示“太陽(yáng)落山”的動(dòng)畫(huà)作品，然后分析該作品所采用的Flash關(guān)鍵技術(shù)，最后讓學(xué)生模仿創(chuàng)作的方式進(jìn)行教學(xué)。而是采取播放一段太陽(yáng)落山延時(shí)加速拍攝的視頻，提出利用Flash軟件模擬出“太陽(yáng)落山”動(dòng)畫(huà)效果的任務(wù)，引發(fā)學(xué)生積極探索和思考。此段視頻來(lái)源于學(xué)生真實(shí)生活的情境，有利于引起學(xué)生的共鳴。

2.分析任務(wù)，尋找支架

要模擬視頻中展示的“太陽(yáng)落山”的動(dòng)畫(huà)效果，就需要培養(yǎng)學(xué)生用約簡(jiǎn)、轉(zhuǎn)化等方法對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行分析，抽象出關(guān)鍵要素，選擇和判斷可利用的技術(shù)來(lái)解決相關(guān)問(wèn)題。

本教學(xué)案例中，教師通過(guò)一個(gè)個(gè)設(shè)問(wèn)，引發(fā)學(xué)生思考，通過(guò)去繁就簡(jiǎn)，逐步抽象出模擬太陽(yáng)落山效果的關(guān)鍵要素，培養(yǎng)學(xué)生的抽象概括能力。如：你怎么判斷出這個(gè)視頻展現(xiàn)的是太陽(yáng)落山的情景？如果要用動(dòng)畫(huà)模擬出這個(gè)效果，至少必須有哪些對(duì)象？這些對(duì)象發(fā)生了哪些變化？等等。

在分析“太陽(yáng)落山”動(dòng)畫(huà)作品中應(yīng)涉及到的對(duì)象及對(duì)象的具體變化效果后，再引導(dǎo)學(xué)生思考：太陽(yáng)從山頂落到山下，我們可以采取什么方法實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)畫(huà)效果？天空從湛藍(lán)到昏暗的效果，我們可以采取Flash的什么技術(shù)進(jìn)行模擬？等等，通過(guò)設(shè)問(wèn)，讓學(xué)生選擇和判斷需要使用的技術(shù)。

3.自主協(xié)作，點(diǎn)拔引導(dǎo)

通過(guò)分析任務(wù)，讓學(xué)生抽象出模擬太陽(yáng)落山效果的動(dòng)畫(huà)作品最少包含三個(gè)對(duì)象：太陽(yáng)、山和天空。山和天空基本上是顏色的變化，而太陽(yáng)不僅有顏色的變化，還有位置的變化。去繁就簡(jiǎn)，抽象出所有解決的具體問(wèn)題，就可以開(kāi)始動(dòng)手制作。

學(xué)生下載教師提供的學(xué)案和素材開(kāi)始動(dòng)畫(huà)制作，教師進(jìn)行巡視、指導(dǎo)。同時(shí)，教師也準(zhǔn)備相關(guān)的資源包，針對(duì)Flash操作技術(shù)較弱的學(xué)生給予幫助和指導(dǎo)，以便學(xué)生能較好地將自己的思路通過(guò)作品制作表現(xiàn)出來(lái)，也可采用同伴互助的方式進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)。

4.展示成果，修正完善

為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)成果展示的平臺(tái)，通過(guò)學(xué)生作品展示和制作技術(shù)的分析，拓寬學(xué)生的思路，取長(zhǎng)補(bǔ)短，尋找最優(yōu)的解決方案。

本教學(xué)案例中，有的學(xué)生采取形狀補(bǔ)間動(dòng)畫(huà)技術(shù)進(jìn)行制作，也有的學(xué)生采取運(yùn)動(dòng)補(bǔ)間動(dòng)畫(huà)技術(shù)進(jìn)行制作，不管采取何種技術(shù)，都能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)落山效果的動(dòng)畫(huà)制作。但采取形狀補(bǔ)間技術(shù)制作的動(dòng)畫(huà)，只有極少數(shù)作品達(dá)到預(yù)計(jì)的效果，而更多地出現(xiàn)顏色過(guò)渡不夠自然的問(wèn)題。而采取運(yùn)動(dòng)補(bǔ)間動(dòng)畫(huà)技術(shù)制作的動(dòng)畫(huà)雖都能較好地呈現(xiàn)出太陽(yáng)落山的效果，但在色彩的變化上就沒(méi)有形狀補(bǔ)間技術(shù)制作的作品自然。因此，學(xué)生要根據(jù)自己的需求做相應(yīng)的取舍。通過(guò)展示后，有的學(xué)生為了達(dá)到較好的色彩變化效果，還專門(mén)請(qǐng)教同學(xué)顏色漸變填充的配色方案。

5.評(píng)估檢測(cè)，拓展提升

教師提供評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，讓學(xué)生進(jìn)行互評(píng)，可以促進(jìn)學(xué)生的相互學(xué)習(xí)，相互借鑒，但更重要的是通過(guò)對(duì)照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，加深對(duì)所要解決的任務(wù)的分析和理解，增強(qiáng)動(dòng)畫(huà)制作技術(shù)應(yīng)用的熟練程度。

本教學(xué)案例中，通過(guò)生生互評(píng)，讓學(xué)生欣賞到更多的作品，了解到不同動(dòng)畫(huà)制作技術(shù)的效果，體會(huì)到在動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程中，應(yīng)要注意將變化的對(duì)象放置在不同的圖層，否則動(dòng)畫(huà)效果無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而且如何在動(dòng)畫(huà)作品中使用元件，可以簡(jiǎn)化相關(guān)的操作，較好地實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)效果等等。這些共識(shí)，為拓展任務(wù)“蘋(píng)果成熟落地”“車(chē)輪滾滾”“放大鏡效果”等動(dòng)畫(huà)作品的制作打下了基礎(chǔ)。

四、基于計(jì)算思維培養(yǎng)的初中信息技術(shù)課堂教學(xué)模式的應(yīng)用體會(huì)

計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力不僅僅是算法和程序設(shè)計(jì)教學(xué)模塊所承擔(dān)的職責(zé)，而應(yīng)該是信息技術(shù)學(xué)科全模塊教學(xué)內(nèi)容中都應(yīng)該加以重視和注重培養(yǎng)的能力。

計(jì)算思維最為關(guān)鍵的能力就是“抽象化”，將現(xiàn)實(shí)生活中所遇到的實(shí)際問(wèn)題用計(jì)算機(jī)可表達(dá)的方式抽象出來(lái)，這就需要教師在創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境時(shí)，一定要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)約簡(jiǎn)、轉(zhuǎn)化和仿真等方法分析思考問(wèn)題，抽象出解決問(wèn)題的具體數(shù)據(jù)模型，選擇和判斷可利用的媒體或技術(shù)來(lái)解決相關(guān)的問(wèn)題。

計(jì)算思維中關(guān)于評(píng)估最優(yōu)方案的要素，不是所有的任務(wù)和問(wèn)題都有最優(yōu)的解決方案，特別是針對(duì)于技術(shù)類和操作類的問(wèn)題。但通過(guò)展示成果，修正完善的環(huán)節(jié)，可以拓寬學(xué)生解決問(wèn)題的思路，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。