王夏君

計算思維作為信息科技課程的核心素養(yǎng)，是學(xué)科本質(zhì)的重要體現(xiàn)。新課標背景下，教師要基于核心素養(yǎng)發(fā)展要求，清晰認識信息科技課程核心素養(yǎng)體系，依據(jù)素養(yǎng)導(dǎo)向，進行面向核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計與實施。本文介紹了筆者對計算思維概念的認識和理解，并結(jié)合教育實踐案例闡述了如何將計算思維作為教學(xué)目標落實于課堂教學(xué)中，從而發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

一、計算思維的概念

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能已經(jīng)滲入我們生活的方方面面，并逐漸改變著我們的生活、工作和學(xué)習(xí)方式。計算思維作為信息時代學(xué)生應(yīng)該具備的重要思維技能，其價值日益凸顯，已成為信息科技教育重點關(guān)注的內(nèi)容。

2006年，周以真教授首次把計算思維定義為：運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動。2011年，她再次更新了對計算思維的定義：計算思維是一種思想過程，獨立于技術(shù)；計算思維是一種特定類型的解決問題的方法，能夠設(shè)計由計算機、人類或者兩者組合執(zhí)行的問題解決方案。《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》對計算思維的定義給出了詳細的闡釋：計算思維是指個體運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計等思維活動。

從定義當中可以看出，計算思維是問題解決方案形成過程中的一系列思維活動，是一種解決問題的獨特方法和思維過程，它的核心是解決問題。

二、面向計算思維的信息科技課程教學(xué)

1.以程序設(shè)計內(nèi)容為依托，滲透計算思維的培養(yǎng)

程序設(shè)計作為信息科技學(xué)科的重要教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)計算思維的有效途徑。中小學(xué)程序設(shè)計教學(xué)的目的不是培養(yǎng)程序員，而是讓學(xué)生更深入地思考和理解計算機的工作原理，掌握程序設(shè)計的基本思想，在設(shè)計算法、編寫程序、調(diào)試優(yōu)化的過程中學(xué)會科學(xué)、嚴謹、高效且富有創(chuàng)造性地解決問題的方法和過程。

例如在“神奇的畫筆”一課中，筆者以培養(yǎng)學(xué)生計算思維為目標，設(shè)計教學(xué)活動，讓學(xué)生通過明晰任務(wù)、分解問題、設(shè)計算法、編程調(diào)試，學(xué)習(xí)體會計算思維的分解、抽象、模塊化、調(diào)試等思想方法。教師出示組合圖案，引導(dǎo)學(xué)生觀察并發(fā)現(xiàn)圖案是由六個正方形旋轉(zhuǎn)一定角度組合而成，然后帶領(lǐng)學(xué)生根據(jù)正方形的性質(zhì)歸納出“畫正方形的算法”，逐步把復(fù)雜的問題分解為簡單的問題，確定了解決問題的步驟。

接下來學(xué)生可以發(fā)散思維，畫出更多包含正方形在內(nèi)的組合圖案。教師這時可以順勢提問“能否把重復(fù)使用的相對固定的腳本程序用一個命令模塊替代，來優(yōu)化程序腳本”，引出過程調(diào)用，指導(dǎo)學(xué)生在創(chuàng)建自制積木優(yōu)化程序腳本的過程中，體會過程調(diào)用和模塊化編程的思想。整個教學(xué)過程滲透著對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)。

2.以“不插電”活動為載體，融入計算思維的核心要素

《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》將課程定名為“信息科技”，強調(diào)學(xué)生對基本概念和基本原理的理解，提升學(xué)生知識遷移能力和學(xué)科思維水平，體現(xiàn)“科”與“技”并重。綜合學(xué)生的知識基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)興趣，圍繞課標要求，筆者設(shè)計了部分“不插電”的信息科技課程內(nèi)容（例如“計算機怎么存儲數(shù)據(jù)”“購物網(wǎng)站上如何對商品進行排序”“如何搜索想要查詢的內(nèi)容”等），旨在帶領(lǐng)學(xué)生初步探尋計算機科學(xué)背后的知識。在教授這些信息科技的相關(guān)概念和原理時，不是必須依賴于計算機，但是可以通過活動設(shè)計，將信息科技的學(xué)科方法和思維訓(xùn)練融入其中。

例如在“初識二進制”一課中，筆者根據(jù)小學(xué)生的認知特點設(shè)計了翻卡片游戲，讓學(xué)生借助卡片了解什么是二進制、如何將十進制數(shù)轉(zhuǎn)化成二進制數(shù)。

算法是計算思維的核心要素，在教學(xué)過程中為了滲透算法思想，教師帶領(lǐng)學(xué)生歸納出十進制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)的算法：把表示點數(shù)設(shè)為剩余點數(shù)，從左向右（16、8、4、2、1）依次翻開卡片，如果卡片上的點數(shù)大于剩余點數(shù)，關(guān)閉該卡片；否則，打開該卡片，從剩余點數(shù)中減去卡片上的點數(shù)。這個過程中，教師要重點指導(dǎo)學(xué)生按照以上算法有條不紊地打開、關(guān)閉卡片，完成數(shù)制轉(zhuǎn)換，而不是隨機找卡片湊成待表示數(shù)字。學(xué)生在理解基本概念和原理的同時感悟到算法在解決問題過程中的重要作用。

3.以項目學(xué)習(xí)為主線，體驗利用計算思維解決問題的過程

計算思維是把一個問題清晰、具體地描述出來，并將問題的解決方案表示為一個信息處理的流程。解決方案形成之后，一種方法是通過計算機編程解決問題。但是計算思維不等同于編程，培養(yǎng)計算思維還有很多其他的方式方法，比如運用信息技術(shù)工具與手段解決問題或者創(chuàng)作數(shù)字化作品等，這都蘊含計算思維的模式。

項目學(xué)習(xí)通常包含跨學(xué)科的項目學(xué)習(xí)和學(xué)科內(nèi)項目學(xué)習(xí)，本文中的項目學(xué)習(xí)主要指信息科技學(xué)科課程教學(xué)中的項目學(xué)習(xí)。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生圍繞基于真實情境的驅(qū)動性問題，利用信息技術(shù)作為工具、手段、資源，綜合運用學(xué)科知識和方法，小組協(xié)作創(chuàng)作項目作品，從而提升運用知識解決真實問題的能力。

計算思維和項目學(xué)習(xí)的交集是利用信息技術(shù)解決問題的能力。比如在“制作演示文稿”單元教學(xué)中，筆者和學(xué)生共同討論，確立了“故宮小導(dǎo)游”項目主題，并按照確立主題、設(shè)計方案、作品制作、分享交流的流程實施教學(xué)。

確立主題之后，學(xué)生可以用思維導(dǎo)圖或者以草圖加文字的方式來完成項目計劃。在完成作品的過程中，針對分解的每一個項目子任務(wù)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生回想以前是不是完成過類似的任務(wù)，用以前所學(xué)過的知識解決現(xiàn)在的問題，然后總結(jié)完成任務(wù)的方法，比如插入文本框、圖片等就是對之前“用計算機編輯文檔”單元所學(xué)內(nèi)容的遷移運用。在這樣的項目學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生感悟、體驗、運用了問題分解、模式識別、算法評估等用計算思維解決問題的方法。

三、小結(jié)

面向計算思維的信息科技課程教學(xué)，教師需要認真研讀課程標準，精心設(shè)計教學(xué)活動，尋求教學(xué)內(nèi)容與計算思維培養(yǎng)點的聯(lián)結(jié)，幫助學(xué)生提煉運用學(xué)科思維解決問題的方法，提升學(xué)生知識遷移能力和學(xué)科思維水平，使之成長為更好的具有數(shù)字化勝任力的未來公民。