李天宇 孫慧穎

2017版課標頒布后，計算思維成為公民必備的核心素養(yǎng)，編程作為其主要培養(yǎng)載體引起廣泛關注?？珊芏鄬W校在開展編程教學時存在重技巧、輕思維的問題，針對這種情況，筆者根據(jù)高階思維形成規(guī)律，深入剖析計算思維特點，依照從計算概念、計算實踐到計算觀念的認知路徑，構(gòu)建了一種面向計算思維的編程教學模型，希望能為教師提供思維培養(yǎng)的實踐路徑。

● 中小學編程課程與計算思維

當前，中小學教材中引入了 Python等編程語言作為培養(yǎng)學生計算思維的教學載體，也有越來越多的學校將游戲化、項目式、創(chuàng)客式的開源硬件或APP開發(fā)等內(nèi)容融入校本課程。編程課程適應時代所需，但深受傳統(tǒng)教學方法影響，容易出現(xiàn)“舊瓶裝新酒”的現(xiàn)象。教師授課大多數(shù)以知識講練為主，學生模仿完成作品，而當程序報錯時或?qū)W生獨立解決問題時，就會暴露出學生沒有建構(gòu)計算思維的生長點，反映出編程教學與育人目標尚存在距離，因此如何提高編程課程教學的有效性成為教師必須深思熟慮的問題。

● 面向計算思維的編程課程教學策略

激發(fā)學生計算思維是教師設計編程課程時重點關注的問題。筆者基于英國南安普敦大學的CynthiaSelby博士和John Woollard博士2013年提出計算思維的五個元素，即算法思維、評估、分解、抽象和概括，結(jié)合王偉等人提出的高階思維教學設計，依照從計算概念、計算實踐到計算觀念的認知邏輯，構(gòu)建了一種面向計算思維的教學模型，如下圖所示。

教師在設計學習目標時，以培養(yǎng)算法思維為根本，可針對特定的算法，整合編程知識與技能，學生從中學會解決問題的方法。從學習目標著眼，教師可以從知識的實用角度出發(fā)設計目標任務，在真實問題的共鳴中激發(fā)學生學習興趣，引發(fā)學生學習動機。至于學生如何完成目標任務，則要圍繞學生認知基礎設計拋錨式的學習活動，首先引導學生抽象問題，將問題細化，抽絲剝繭，提取問題的核心部分，使其更容易類比。其次是分解問題，根據(jù)問題的整體，將問題分化成多個相對獨立的模塊，或以功能劃分，或以知識難易劃分，待學生逐塊解決。運用基于已知問題的解決方法解決新問題的方式，叫概括，在已有知識的基礎上，對已知方法進行改造，使其能遷移解決一系列相似問題。例如，在模擬銀行定期存款、到期取款的過程，和乘坐公交車上下車的過程大同小異，只需思考其中一個問題的解決方案，另一個問題稍加修改，便迎刃而解。將分解后的問題進行概括，學生如果能夠形成完整的解決思路，則對該解決問題方法進行評估;若不能解決目標任務，需要再次對問題分解，直至學生抽象的分塊能夠通過已有的認知完成。最后是評估，評估是活動設計中的重要環(huán)節(jié)，是學生對知識掌握情況的自我驗證，通過復用學習成果，再體驗、再應用、再延伸，從而生成思維和積累經(jīng)驗，最終評估方案的健壯性，如問題結(jié)果是否達標？占用多少空間資源？完成計算所用的時間是多少？當前解決步驟能夠形成具有遷移價值的算法？綜合考慮這些問題，對方案進行綜合性評估，如果方案不是最佳，可繼續(xù)優(yōu)化算法，由學生獨立進行二次分析，教師也可稍加干預，再次檢驗學生是否形成算法思維。

● 指向計算思維的編程課例設計

編程課程不局限于VB、C等傳統(tǒng)程序設計語言，還包含Python等積木式編程、Arduino等開源硬件、App Inventor應用設計等，不同編程環(huán)境與教學載體的基礎算法思維是一致的，教師可依據(jù)學生學情選擇不同的編程環(huán)境組織教學環(huán)節(jié)，從而幫助學生內(nèi)構(gòu)計算思維。基于計算思維教學模型，筆者以初中階段圖形化編程《隨機分組》為例，展開教學設計，以列表使用作為基礎算法，分為學習概念活動和算法復用實踐，學生通過制作“隨機分組”程序綜合程序結(jié)構(gòu)、聚焦列表原理，習得基礎知識后通過廣播、算術(shù)運算、詢問等優(yōu)化程序，實現(xiàn)算法復用，從而生成計算觀念，具體內(nèi)容如下頁表所示。

在《隨機分組》課例中，教師圍繞使用列表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識，關注在現(xiàn)實生活中基于列表的問題解決，從而設計“隨機分組”實踐任務。本課的教學重點是學生掌握索引取列表元素的計算思維，學生認知基礎需要從生成隨機數(shù)過渡到形成隨機分組，學習任務從列表的基礎計算概念入手，設計了理解列表的儲存方式、索引方法和避免重復的認知環(huán)節(jié)。學生復用概念時，通過體驗程序、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題逐步解決“取余給列表增加空值破解了小組不等分問題”“增加等待時長同步網(wǎng)絡數(shù)據(jù)更新”“廣播積木觸發(fā)功能增加了程序的移植性”等問題，程序優(yōu)化過程是學生充分掌握列表使用方法的計算實踐，學生從中自然發(fā)現(xiàn)算法思維，并形成具有總結(jié)價值的計算觀念。

● 結(jié)束語

面向計算思維的編程教學模型能幫助教師從關注知識轉(zhuǎn)移到關注思維，但學生形成計算思維等高階思維還需要不斷打磨教學設計，凝練核心思維，逐步以項目式學習的方式設計大單元，還原知識本身的生活邏輯。