以计算思维为导向的单元整体教学实践探究

2023-03-07 | 所属栏目:来稿选登 | 点击:次

本文作者：黄鹰梅发表期数：新课程 2022年28期本文字数：2433

　　小学信息技术课堂是培养小学生计算思维的主要落脚点，Scratch等可视化编程工具在信息技术课堂上的普遍应用，为计算思维的培养转变提供了新的契机。本文基于计算思维的核心元素和重大版（第八版）六年级下册（教材内容）课程实施纲要，以提高学生信息技术核心素养为目的，开展常规课堂教学实践探索。在单元整体设计教学实践中，运用计算思维合理地分解问题，模式识别、抽象、算法设计等模式，帮助学生独立思考并解决实际问题，力求有效提升学生认知概念整体水平和信息技术核心素养。
　　一、计算思维的定义
　　 2006年，卡内基—梅隆大学周以真教授明确提出计算思维的概念，强调“计算思维代表着一种普遍的认识和一项普适的技能”。在随后的研究中她指出，计算思维作为人们解决问题的一种思维方式，其主要特征表现为“抽象、分解、递归和自动化实现”。从定义上说，计算思维是数理思维发展到一定程度的高级形态，是把一个看似很困难的问题，通过类比、联想等方法，把大问题分解成一个个简单、具体的问题。计算思维并不高深莫测，“易有太极，是生两仪;两仪生四象，四象生八卦”就是《易经》记载的一个古老的计算思维。这个序列的排列中就包含对“自然”的内在分析，同时是一个最简单的二进制递归思维。
　　二、认识计算思维的核心元素
　　（一）分解问题
　　将数据、任务分解成更小、更易于处理的几个部分。教师可以通过探究式教学模式，从问题的提出、探究以及解决方法这三个层面去建构。
　　（二）模式识别
　　对Scratch中的每一项任务都需要进行分析，针对不同任务分析数据，从中找出相同的模式、趋势和规律。学生在设计中会发现不同任务中都有同样的规律与方法。在这个过程中，学生对问题的分析和总结就是计算思维或者信息意识。
　　（三）抽象化
　　确定产生这些模式、趋势和规律的一般原理，得到一个应用于更普遍情况的公式的这个过程就是抽象。在Scratch程序脚本积木的搭建方面，学生在针对不同任务的不同功能以及展示效果，会采用不同的积木来进行设计，其中各个指令块之间的层次关系和先后顺序的运用就是一种具体的问题抽象化处理的计算思维能力。
　　（四）算法开发与执行
　　这里的算法是指解决问题的方法与步骤，算法开发与执行就是要找出解决类似问题或者相同问题的方法与步骤。在Scratch作品创作的教学过程中，我们经常会列出创作作品的一切细节、要素、规律，找到一般原理，最后化为清晰、明确的算法流程并执行。
　　笔者举一个例子，如何为我校经常堵车的（上）放学路口设计合理的交通方案。
　　 1.分解问题——分析确定要设计什么样的路口：一个可以保证不堵车的路口。这个路口的现状是怎样的？是主干道还是支路？是十字路口还是丁字路口？是否堵塞？堵塞的原因是什么？早、晚高峰大约是什么时候？
　　 2.模式识别——明确路口堵车规律，是主干道车流大还是放学接学生的车乱停放引起的？通過问卷调查，实际考察发现堵车的主要原因是上下班高峰时期与接学生的车辆乱停放引起的。
　　 3.将问题抽象化——为了避免堵车，需要调整放学时间实施错峰放学，接学生的车辆指定停车位临停5分钟，5分钟后不离开或乱停放的由电子交警出具罚单。将这些问题的解决先后程序按时间排序抽象为排序问题。
　　 4.算法开发和执行——最后列明交通方案的一些细节，化为清晰明确的流程，形成方案。就这样，设计合理的交通方案日常问题应用了计算思维解决。
　　三、培养计算思维的小学信息技术课堂教学策略
　　（一）分解单元问题，以课程纲要为导向，开展探究式单元整体教学
　　教师可依据课程纲要目标，为培养学生信息技术核心素养为目的，帮助学生独立探索和互相协作，寻找出有价值的探究性问题。设计教学时，可依据教学目标去帮助学生利用计算思维方法抽象建模和化整为零，为学生提供“脚手架”，当好引路人，逐渐引导学生能够自己独立自主地完成任务，培养学生独立发现问题的能力。把计算思维融入探究性过程中，培养学生将课堂中学到的知识迁移到生活中。重大版小学信息技术六年级下册第二单元程序设计模块，主题词为“创客重任”，贯穿了小学编程教育的始终，通过编写虚拟“扫地机器人”程序对小学三年来所学编程基础知识的复习以及对程序编写的总体认识。教学时，做了以下尝试：
　　第一步：分解问题，抓住孩子兴趣点，课程设计与一定的情境相结合，由简到繁，逐步展开。教师设计一些启发性的问题，使用学习任务单。还原真实的生活情景，学生真实体验扫地的完整过程。
　　 1.我们的教室哪里有垃圾呢？数量怎样？
　　 2.你是按照什么路线在清扫垃圾呢？
　　 3.根据你的打扫路线，教室里每个角落都清扫到了吗？如果没有清扫到，你可以设计一条合理的路线吗？
　　 4.在清扫时，如果有人或者物挡住了你，你是怎么做的？
　　 5.在清扫时，如果簸箕装满了，你是怎么做的？
　　 6.在清扫时，，垃圾桶装满了，你是怎么做的？
　　 7.在清扫时，什么时候你可以不用打扫了？
　　第二步：模式识别与抽象，根据场景分析抽象找出相同的行为模式和规律，把复杂的设计分解成一个个简单、具体的问题。
　　 1.垃圾：需确定其随机数量和随机位置。
　　 2.边线：需绘制房间四面墙壁，设定其造型中心点，提供坐标参数，以便机器人确定自身位置。
　　 3.扫地机器人：设计其行走路线（内螺旋路线）。
　　 4.程序模拟：机器人清扫垃圾。
　　 5.为程序添加附加模块：如N字路线、Z字路线、充电模块等。

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