北京日壇中學 王玉英 梁 巖 田 宇

在新課標的引領(lǐng)下，計算思維已經(jīng)成為中小學信息技術(shù)課程的核心教學內(nèi)容，這也是信息技術(shù)學科內(nèi)在價值的體現(xiàn)。關(guān)于中學生計算思維的培養(yǎng)也應成為中小學信息技術(shù)教師特別關(guān)注的核心問題。但長期以來，在教學實踐中存在重視程序語法教學，忽視真實問題分析與解決的現(xiàn)象，這導致學生缺乏對實際問題分析能力的鍛煉，學習沒有遷移性，這是阻礙學生核心素養(yǎng)提升的因素之一。研究團隊基于對小初高一體化的學生計算思維的培養(yǎng)，在三年的教學實踐研究基礎(chǔ)上總結(jié)提煉出學生計算思維的培養(yǎng)策略，以期對小初高各階段學生的計算思維培養(yǎng)起到借鑒作用。

一、核心概念界定

2017 年版《高中信息技術(shù)課程標準》中對計算思維的界定：計算思維是指個體運用計算機科學領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。所謂教學策略，是以一定的教學觀念和教學理論為指導，為完成特定的教學目標或教學任務，充分關(guān)注學生的學習，對影響教學的各個要素進行系統(tǒng)化的總體研究，并最終形成可以具體操作的整體化實施方案（李芒，1999）。

二、小初高一體化培養(yǎng)學生計算思維的策略研究

（一）利用調(diào)查問卷摸清教學對象計算思維基礎(chǔ)

在進行每輪教學實踐研究之前，我們分小學中段、小學高段、初中、高中四個階段采用問卷調(diào)查的形式對學生進行了信息技術(shù)基礎(chǔ)及計算思維情況調(diào)查。通過分析錯誤率發(fā)現(xiàn)小學生一方面對于相關(guān)知識掌握不到位，另一方面沒有真正理解題意，導致后續(xù)采取的解決方法不對，從而出現(xiàn)方向性錯誤。初中生和高中生主要出現(xiàn)的問題是計算機基礎(chǔ)知識薄弱，沒有形成用計算機解決問題的思維方式，導致相關(guān)問題正確率很低。

（二）梳理、提煉組成計算思維的“五要素”

高中信息技術(shù)新課標中對學科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵進行了描述并作了水平劃分，我們在教學實踐研究的基礎(chǔ)上梳理出計算思維組成的五要素。要素一，分析問題、界定問題，對復雜問題進行分解。這是利用計算機解決問題的基礎(chǔ)。如果問題比較復雜還可以根據(jù)功能或作用分解成小問題以便于后續(xù)制定問題解決方案。要素二，提取問題特征，對問題進行抽象處理，并用合理的方式表達。提取問題的特征，剔除與解決問題無關(guān)的因素，找到解決問題的關(guān)鍵因素，依據(jù)關(guān)鍵因素的特征選擇合理的數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)組織和表達。要素三，根據(jù)抽象的特征，運用合理的算法形成問題解決方案。根據(jù)問題抽象的特征，找到問題解決的方案形成合理的算法，進而形成問題解決方案。要素四，運用一種編程語言或其他數(shù)字化工具進行數(shù)據(jù)組織分析處理，實現(xiàn)問題解決方案。要素五，評估、反思、優(yōu)化以上過程并遷移到其他問題解決中。通過總結(jié)、反思、評估以上過程，優(yōu)化解決的方案并遷移到其他問題解決的過程中，這也是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和方法的重要體現(xiàn)。

這“五要素”以分析界定問題為起點，形成一個循環(huán)的關(guān)系，上一個要素是下一個要素的基礎(chǔ)，它們共同構(gòu)成了計算思維。在教學中依據(jù)這五個要素進行教學活動設計有利于計算思維培養(yǎng)的落實。

（三）制定并實施小初高一體化學生計算思維培養(yǎng)方案

對此，我們制定了小初高一體化學生計算思維培養(yǎng)方案，針對小初高學生普遍計算機基礎(chǔ)不扎實、缺乏利用計算機解決問題的訓練等情況，首先從教學內(nèi)容入手，提煉相關(guān)的教學內(nèi)容進行編碼并與計算思維培養(yǎng)“五要素”進行關(guān)聯(lián)。

1.小學、初中教學內(nèi)容知識點與計算思維“五要素”關(guān)聯(lián)

小學和初中都以Scratch 模塊化語言為依托，梳理了教學中涉及到的相關(guān)知識點并與計算思維“五要素”進行了對應關(guān)聯(lián)。如：認識Scratch編程界面、了解Scratch 的主要功能關(guān)聯(lián)計算思維要素四；認識命令模塊庫（運動、外觀、聲音）、添加/刪除角色、編寫（修改）腳本程序的基本方法關(guān)聯(lián)計算思維要素一、四、五；增添/切換舞臺背景/角色造型，關(guān)聯(lián)計算思維要素一、四、五；數(shù)字運算符，關(guān)聯(lián)計算思維要素二、三；選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、循環(huán)嵌套關(guān)聯(lián)計算思維要素一、三、四；程序控制結(jié)構(gòu)綜合應用關(guān)系計算思維要素一至五等。

2.高中教學內(nèi)容知識點與計算思維“五要素”關(guān)聯(lián)

高中以人教出版社《信息技術(shù)》必修一、必修二為教材，以Python程序設計語言為依托，統(tǒng)一對教學知識點進行了梳理并于計算思維“五要素”進行關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)編碼關(guān)聯(lián)計算思維要素四；數(shù)據(jù)類型關(guān)聯(lián)要素三、四；函數(shù)關(guān)系要素三、四；經(jīng)典算法關(guān)聯(lián)要素一至五；主題學習及項目制作關(guān)聯(lián)要素一至五等。

在知識點梳理并與計算思維要素相關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，我們利用面向課堂教學、校本選修課、課外活動等多種課堂形式對學生進行了計算思維培養(yǎng)。引導學生進行了項目式學習、游戲化學習以及任務驅(qū)動式學習，并在此基礎(chǔ)上進行了效果總結(jié)，形成了完整的小初高一體化計算思維培養(yǎng)體系。

（四）提煉小初高一體化計算思維培養(yǎng)策略

依據(jù)計算思維“五要素”，我們進行了教學實踐探索，通過引導學生從分析、界定、分解問題入手，將實際問題根據(jù)不同的教學語言進行抽象表達，再選擇合適的算法、形成解決方案，以達到問題解決和反思優(yōu)化的目的。經(jīng)過幾輪的教學實踐提煉出以下教學策略：

1.重視問題界定與分析、抽象表達的策略

對學生抽象能力的培養(yǎng)對于提升計算思維有至關(guān)重要的作用。抽象是有層次的，具體的哪些問題抽象到什么層次與程序設計語言的實際要求以及學生的思維水平緊密相關(guān)，要準確把握，同時要注意對問題的抽象一定要有利于用這種語言實現(xiàn)自動化。

2.整體化、單元化教學設計策略

計算思維是用計算機科學的方法來解決問題，而計算機科學的方法是前后聯(lián)系相互貫通的，所以要重視知識的前后聯(lián)系，引領(lǐng)學生形成知識網(wǎng)，從而發(fā)展計算思維。梳理教學知識點并進行整體設計，利用單元式、主題式教學將這些知識點有機串聯(lián)起來，課時目標實現(xiàn)才有可能達到有利于實現(xiàn)學期目標。

3.依據(jù)計算思維“五要素”重構(gòu)教學流程策略

在教學中，我們將教學流程調(diào)整為先出示基于真實情境的問題，然后引領(lǐng)學生分析、界定問題，明確要解決的問題，如果問題比較復雜再將問題分解成數(shù)個小問題，接下來找到這些問題的關(guān)鍵要素進行抽象化表達，然后選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進而設計合適的算法形成解決方案，再利用Scratch 或Python 編寫程序?qū)崿F(xiàn)問題解決，最后給學生留出擴展的空間進行知識的遷移，這就是計算思維解決問題的過程。

4.依據(jù)小初高不同階段學生的特點實施不同的教學活動的策略

小學階段，教師將知識點或者算法滲透到各個實例中，從而由一個問題層層遞進逐步突破，在問題求解過程中不斷學習掌握新知的基礎(chǔ)上進行自主探索創(chuàng)作；初中階段，著重基于生活實際情境化教學策略的課堂教學活動，通過符合學生認知發(fā)展的情境化教學策略來培養(yǎng)學生的計算思維，幫助學生不斷提高對計算思維的認知度，重新構(gòu)建思維模式，運用創(chuàng)新的方法來解決各種實際問題；高中階段，在教學整體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，圍繞知識點設計一系列符合學生認知特點的項目，將計算思維“五要素”有機融合到項目的實施過程中，將計算思維形成的過程作為項目學習與實施的內(nèi)在線索，引導學生反復親歷計算思維的全過程，學生在此過程中獲得數(shù)字化學習與創(chuàng)新的技能，發(fā)展計算思維的同時也提高了信息意識進而增加信息社會責任。

三、小初高一體化培養(yǎng)學生計算思維的效果及反思

經(jīng)過三年的教學實踐，本研究取得了一些成效，學生更加趨向于從界定問題、分析問題出發(fā)，遵從計算思維“五要素”的路線完成問題解決和創(chuàng)意制作。越來越多的學生電子創(chuàng)意作品獲得各級獎項，這些作品體現(xiàn)了學生利用計算思維解決實際問題的過程和成果。在教學過程中學生主動探究問題不同的解決方案，形成了濃濃的研究學習的氛圍。我校組織學生連續(xù)三年參與“百博思計算思維主題活動”，滿分率越來越高，80 分（滿分100 分）以上的同學占比越來越大。

總之，學生計算思維核心素養(yǎng)不能自然形成，教師要依據(jù)不同年齡段學生特點堅持不懈反復引導學生經(jīng)歷用計算機科學解決實際問題的過程，提升他們的計算思維，從而增強在信息社會生活的從容感和責任感。