学思并行,聚焦计算思维发展

摘 要 《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》明确了小学信息科技课程的四大核心素养，其中计算思维是解决问题的一种思维方式。在教学中要如何培养学生的“计算思维”核心素养，通过创设“学思并行”教学创新模式，以“激学导思”“疑学问思”“组学辨思”“拓学创思”四个教学环节发展学生的计算思维，落实学科核心素养的培养。

关键词 计算思维 自主建构 互学辩思

作者简介：张艳萍（1989—），女，福建厦门人，厦门市集美区高浦小学一级教师，大学本科，研究方向：信息技术教学。

基金项目：本文系福建教育科学“十四五”规划2022年度课题“基于计算思维培养的小学机器人教育标本课程建设研究”（课题批准号：FJJKZX22-697）阶段性研究成果。

教育部在4月份公布了2022年义务教育阶段《信息科技课程标准（2022年版）》，这是自2001年《義务教育课程设置实验方案》出台之后，20年来关于中小学阶段信息科技课程的最新政策性指导文件。最重要的是将信息科技独立设置为新科目，明确了小学信息科技的的四大核心素养为：信息意识、数字化学习与创新、信息社会责任、计算思维，并且将以“数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能”为课程主线，统筹安排各学段学习内容。本文探索改变教学模式，培养学生学思并行的思维习惯，促进学生“计算思维”的培养。

一、“学思并行”教学模式

《课标》指出：“信息技术是一门旨在全面提升学生信息素养的基础课程，要鼓励学生在不同的问题情境中，运用计算思维形成解决问题的方案。”[1]具备计算思维的学生在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题，抽象特征，建立结构模型，合理组织数据。良好的计算思维不仅有利于学生在信息化社会中的良好交流，也有利于学生批判性思维的发展，负责任地使用信息技术。

思维型教学理论的五大基本原理（动机激发、认知冲突、自主建构、自笔者监控、应用迁移）和六大基本要素（创设情境、提出问题、自主探究、合作交流、总结反思、应用迁移），为学生思维的发展提供了抓手。[2]因此在对思维型教学理论进行提炼和归纳后建构了“学思并行”的课堂教学创新模式，即“情境创设，激学导思”“问题提出，疑学问思”“自主建构，组学辨思”“应用迁移，拓学创思”。“学思并行”构成了学生在课堂上有效完成认知建构、形成素养的完整闭环，为发展学生计算思维提供了明确的支架。

二、“学思并行”教学模式运用实例

在近几年的课堂教学中，笔者一直致力于发展学生计算思维的核心素养，计算思维中的抽象、分解、算法、验证、优化、迁移等要素又是如何在教学中体现的呢？如何通过打造“学思并行”的课堂，让“计算思维”核心素养落地生根？笔者通过循序渐进，讲方法讲策略，持之以恒地在课堂教学中实施和完善“学思并行”的教学模式，取得了良好的教学效果。《神奇的正多边形》是2020闽教版信息技术教材六年级上册第二单元《程序世界中的多彩花园》进行重组整合开发的课例，融合了数学的几何图形概念学习。经过一段时间的编程学习，四年级的学生已经了解常用的指令，能够编写简单程序，但还未接触画笔模块，也尚未建立起模块化思想，四年级的学生对编程有着强烈的求知欲和好奇心。因此将正多边形作为这节课的主要内容，不仅能承载本节课的各个知识点，而且能与数学、艺术等学科融合。于是笔者设计了以闽南花砖为主线的情境，以活动为载体，贯穿整个课堂，不断挖掘学生思维的深度，取得了良好的教学效果。

（一）创设情境，激学导思

新课标倡导真实性学习，即以真实问题或项目驱动，引导学生经历技术思维过程，建构知识，提升解决问题的能力。即基于生活实际，创设真实的情境，激发学生内在动机，鼓励学生“做中学”“用中学“创中学”。真实问题情境来源于现实世界，通过创设闽南花砖这个情境，串联初级、中级、高级设计师三个活动激发学生内在学习动力，引发学生主动思考。

在导入环节，笔者创设了设计闽南花砖图案为主线的情境，将程序设计与花砖的几何图案相结合。首先，教师出示一组花砖图片并提问：同学们，请欣赏一组图片，你们知道这是什么吗？（生：花砖）教师随即引出：“在上世纪九十年代，厦门就有大量商铺和住宅地板铺设水泥花砖，因此它也成为很多闽南人的亲切回忆。花砖并不是厦门特有的，甚至直到一百多年前，它才漂洋过海而来。如今，花砖也成为了一种装修艺术走进了千家万户。”教师再请同学们观察这组几何花砖的图案，请学生说说它们是由哪些形状构成的？（生：三角形、正方形、五边形、六边形……）教师再追问：“它们排列有什么特点？”（生：是重复的几何图案）教师继续追问：“它们的边角有什么特点？”（生：各边相等、各角也相等的多边形叫做正多边形）通过真实情境，引入正多边形的特点，激发学生兴趣。最后，PPT出示动图揭题：“古人利用几何图案构成漂亮的花砖图案，今天我们来当一回花砖设计师，在编程猫中利用正多边形来设计创意花砖图案。”通过真实问题情境让学生真实感受到花砖浓郁的对称之美，体验了几何图形的程序设计之美，使学生在潜移默化中感受到技术和艺术之间相得益彰的关系，从而调动了设计花砖图案的浓厚兴趣。

（二）提出问题，疑学问思

学习始于思考，思考源于疑问。通过设计有质量的问题，引发认知冲突，刺激思维生长。计算思维中的“抽象”“分解”是解决问题的重要突破口。要解决一个复杂的问题，就需要进行分解，将其分解成一个个小问题，这就是计算思维中很重要的分解思维。而抽象则是将现实中的问题转换为计算机可以识别并处理的问题。本课中如何将复杂的花砖图案转换成计算机可以处理的对象，即计算思维的“抽象”。引导学生形成“分解”“抽象”思维，可以设计核心问题情境让学生引发认知冲突。通过设计有质量的问题，引导学生逐步掌握分解问题——模式识别——抽象特征——算法设计的编程思路，引发学生深度思维。具体教学过程如下。

例：画正三角形，渗透算法设计思想

【观察】请同学们观察这组几何花砖的图案，你能说说它们是由哪些形状构成的吗？（生：三角形、正方形、五边形、六边形……）它们排列有什么特点？（生：是重复的几何图案）它们的边角有什么特点？（生：各边相等、各角也相等的多边形叫做正多边形）引入正多边形的特点。

【提问分析】请看这张花砖设计图，它缺少了什么图形？（生：正三角形）那如何在编程猫中画一个正三角形呢？假如让你走一个正三角形的路线，你会怎么走？如何分解？关键点是什么？

【初级设计师任务】请同学们尝试打开自己电脑中的编程猫，尝试用画笔积木块补充正三角形。

【演示】教师展示学生画正三角形的脚本，看看能否画出。典型案例：画出与画不出的原因。总结画三角形的关键点是判断每次的旋转角度，刚好是三角形的外角。

【观察】请学生观察图形与命令中哪些部分有重复动作，是怎么重复的，重复了几次？（生：移动150步旋转120度重复了3次）

【对比】那么可以用什么命令简化脚本呢？（生：重复命令）通常在编写脚本之前，我们要确定绘图的步骤，这就需要借助流程图来理清思路。黑色箭头表示程序执行的顺序，红色箭头表示循环，重复执行命令。请学生试着完成流程图的绘制。

通过初级设计师活动提出问题：“这些基本形状有什么特点？”引导学生联系数学经验，归纳正多边形的特征，学会模式识别。“怎么画出正三角形”这个核心问题让学生产生认知冲突，因此巧设正三角形分解步骤小程序，引导学生形成分解问题思维。“画正三角形的关键点是什么？”这个问题让学生聚焦“正三角形的旋转角”这一核心概念上，学会抽象特征。再利用流程图理清思路。

这样通过层层深入追问，由简单到复杂，逐步将问题明晰化，让学生尝试后发现问题再解决问题，通过“疑学问思”教学环节有效渗透计算思维培养方法，让知识结构化，让思考系统化，为双重嵌套循环的学习奠定了基础。

（三）自主建构，互学辩思

“互学辩思”即通过自主探究和合作学习，在独立思考和思维互动的过程中引发思维碰撞，主动建构新知，解决问题，让学习走向深度。在中级设计师活动中，设计了设计分层任务和导学案，为学生提供“学习支架”，引导学生独立思考，归纳出旋转角度公式，让不同层次的学生学有所得。接着，引导小组进行合作，互帮互助，通过交流展示进行总结反思，得出了顺时针和逆时针的正负关系。学生善于探究，乐于交流，敢于展示。在独立思考和小组思维互动中学会解决问题。以“学生为主体“的活动设计，从学生举手情况可看到学习效果大大改善。

例：画正多边形，推理旋转角度公式

【类比迁移】那么画正方形要重复几次呢？每次转动角度多少？五边形？六边形呢？

【中级设计师】基础任务：学生分小组画正方形、正五边形、正六边形。并填写分析单。提高任务：有能力的小组可以继续尝试其他正多边形。

【分析】请小组派学生代表上台演示，用图表分析五边形、六边形的画法。观察分析得知正多边形的重复执行的次数是指正多边形的边数。旋转的角度等于360 ÷ 边数。（引导学生说出来）

【算法设计】请学生分小组根据分析的结果，交流讨论完善流程图，并指导小组学生上台交流流程图的画法。引导学生分析流程图的关键步骤，理解循环指令的用法。

通過初级设计师的尝试，学生已经学会了画正三角形，因此通过合作学习，学生组内沟通交流，容易产生思维的碰撞，进而推理出正多边形的画法，达到举一反三的效果，学习的效率大大提升，且在此过程中，薄弱生可以得到很好的关注和帮助。通过“互学辩思”教学环节，让小组内的每个学生都能经历建构知识的过程，而这种自主建构过程，让学生经历了分解问题——模式识别——抽象特征——算法设计过程，从而培养了学生的计算思维。

（四）迁移应用，拓学创思

学习是一种内在的建构，而创造则是一种外在的践行，学习知识更要应用知识，应用知识更要创新知识。要注重引导学生知识迁移，让信息技术真正回归生活。即要引导学生应用所学到的思维方法解决问题，培养创新意识。在高级设计中的双重嵌套几何图案的学习时，引导学生联系刚才学过的编程思路解决新问题。首先通过连续追问策略启发学生迁移应用，从一重循环到双重循再到嵌套循环的应用，学生画出了丰富多彩的有创意的花砖图案，思考从表层走向深处。通过拓展分型图案、对称花卉图案等复杂图形，拓宽了学习视野，启发了创意思维，夯实了应用迁移，最后“匠人精神”的熏陶更是将课内学习拓展到课外，渗透劳动意识，学以致用。

例：画创意图形，巩固问题解决思路

【过渡】（出示相关图片）由于花砖繁复的手工操作，加上快速、便捷的工业化瓷砖大理石材的出现，花砖迅速走向没落。庆幸的是经过半世纪的沉沦，这首在脚下传唱的诗歌，忽然被一个又一个坚持手工制作的设计师接着了，一口气又续了上来。今天我们作为古老花砖的传承者，来设计更复杂的花砖图形，你们敢挑战吗？

【提问】观察这些花砖，图案有什么特点？（重复对称）

1.花型花砖的基础形状是什么？（生：正多边形） 重复画了几次？（生：5次）

2.画花型花砖的关键点是什么？（生：旋转角度）出示PPT动画，你们能否画出如下图所示的多个多边形组合而成的图形吗？思考每个基础形状旋转多少度？

【高级设计师】请同学们分小组讨论尝试画花型花砖，并小组完成分析单。

【流程图分析】先画一个正方角形，再转动一定角度，最后重复循环5次。

【分析找规律】那么旋转角度是多少呢？表格出示分析。

【高级设计师】基础任务：用嵌套循环画花型花砖图案。

提高任务：切换到屏幕3，画更多有创意的复杂图形。

【课后拓展】今天我们学会用正多边形设计花砖图案，那么一个正多边形如果随着边数的增加会发生什么情况？你还能设计出哪些创意花砖图案？

【总结延伸】今天我们用正多边形设计了花砖图案，在简单重复的排列中透露着中国文化浓郁的对称之美。但花砖图案千变万化，这些图案精美、细心制作的花砖工艺复杂，这是古代匠人的追求，也是现代匠人的宗旨。同学们，请不要丢失我们祖先的匠人精神：敬业、精益、专注、创新，具备这些品质，你们必将成功。也许未来你会成为一名优秀的设计师，传承中国的古老技艺。

通过迁移应用，让正多边形拓展出更多创意画法，结合对比、归纳并融合数学建模思想等方法引导学生总结画花型图案旋转角的规律，通过动画演示，巧妙设问，小组探究学习，启发计算思维，进而发现解决问题的方法，巩固刚刚所学流程图算法设计，并在此基础上设计更复杂图形，综合运用算法解决具体的数学问题，培养学生计算思维。总结提升，启发学生思考，拓展课后应用。通过花砖设计贯穿本课，正是花砖艺术和传统工艺的浸润，“匠人精神”的种子在学生心中生根发芽，助力学生运用计算思维方法进行课后的拓展创新。

综上所述，笔者从“激学导思、疑学问思、互学辨思、拓学创思”促使学生学思并行，知行合一。以学生为主体，以解决问题为核心，从知识识记到技能应用，从知识学习到素养培养，从浅层学习到深度学习，不断发展学生的计算思维。

[参 考 文 献]

[1]任友群，黄荣怀，熊璋.从信息技术到信息科技：关于《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的对话[J].课程.教材.教法，2022，42（12）：21-31.

[2]首新，胡卫平.基于思维型教学理论的科学高阶思维教学过程设计[J].中国科技教育，2021（09）：18-22.

（责任编辑：杨红波）

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