如何在教学中培养学生的计算能力（落实中小学生计算思维的培养）

如何在教学中培养学生的计算能力（落实中小学生计算思维的培养）近年来，广州市初中信息技术把计算思维列入教材教学，使学生了解计算思维的含义与应用，但篇幅不多，内容较为抽象，学生仅是建立起计算思维的概念而已。同时，对于学生解决实际问题的计算思维能力的培养仍是较大的空白。2017年教育部发布《普通高中信息技术课程标准》，计算思维列入信息技术学科四大核心素养之中。此后中小学各学段的信息技术课程目标把培养计算思维能力提上课堂教学。国际教育技术学会(ISTE)曾指出：计算思维的核心能力是CPS能力，CPS(Computa-tionalProblem-solving)是计算机化解决问题。“计算思维”是思维方式的一种，关注问题解决方案的形成过程，培养学生像计算机科学家那样去思考问题，是计算思维培养的宗旨。由此可见，计算思维核心点为：基于问题需求，进行过程设计、结果评估，提升内化成思维能力。计算思维落地课程的着力点：根本、载体与桥梁

进入教育信息化2.0时代，信息技术与学科融合进一步深入。近几年，融合信息技术开展的创客教育、STEM教育和人工智能教育，围绕新课改强调注重学生创新能力与实践动手探究能力等的培养目标，开启未来人才的培养研究。

随着信息技术的不断发展，计算思维成为信息技术新课标学科核心素养之一，是21世纪学生发展的核心能力。如何利用技术进行学习工作，解决问题，不仅是教学者的能力要求，作为未来建设社会人才的中小学生，这种计算思维能力的提升更是迫在眉睫。

计算思维的内涵：计算机化解决问题

同专家对计算思维的定义侧重有所不同。目前从文献看，多数人认可的计算思维是卡内基·梅隆大学的周以真教授提出的概念。2006年她首次提出计算思维的概念，将计算思维定义为一种思维模式，认为计算思维是一种运用计算机科学基本概念求解问题、设计系统和理解人类行为的活动。

国际教育技术学会(ISTE)曾指出：计算思维的核心能力是CPS能力，CPS(Computa-tionalProblem-solving)是计算机化解决问题。

“计算思维”是思维方式的一种，关注问题解决方案的形成过程，培养学生像计算机科学家那样去思考问题，是计算思维培养的宗旨。由此可见，计算思维核心点为：基于问题需求，进行过程设计、结果评估，提升内化成思维能力。

计算思维落地课程的着力点：根本、载体与桥梁

2017年教育部发布《普通高中信息技术课程标准》，计算思维列入信息技术学科四大核心素养之中。此后中小学各学段的信息技术课程目标把培养计算思维能力提上课堂教学。

近年来，广州市初中信息技术把计算思维列入教材教学，使学生了解计算思维的含义与应用，但篇幅不多，内容较为抽象，学生仅是建立起计算思维的概念而已。同时，对于学生解决实际问题的计算思维能力的培养仍是较大的空白。

综上，结合新课程所倡导的自主合作学习、实践探究、创新等能力培养，在真实有效教学过程中落实计算思维能力的培养，可从以下几个方面切入。

1►“建造”是根本-计算思维靠习得而非教授获得

计算思维是一种思维方式，思维习惯是思维方式的一种表现方式。常说行为决定习惯，通过行动习得的思维方式才更深刻。

建构主义者皮亚杰与人工智能先驱西蒙·派珀特(Sey-mourPapert)坚信知识不单是通过编码、存储、提取的方式获取或是简单地“传递”，而需要个人“建造”。派珀特强调，儿童应从“制作中学习(LearnbyMaking)”，关注知识学习的“过程”，提倡儿童通过具体的技术媒介将头脑中的想法转化，通过设计与制作来获取知识。

著名的学习专家爱德加·戴尔提出学习金字塔理念，指出采用主动参与、实践性的学习方式比传统被动接收学习的学习效率更好。计算思维的培养更需要个体通过行为内化而得，自动在创造中建构知识。

近几年，中小学校园兴盛的创客教育、STEM教育，以跨学科大熔炉大融合培养综合能力为主。创客教育尤为强调造物，当个体在借助实物工具设计创造过程中，获得的知识最深刻和有意义。

中小学生正处于好奇心最为强烈的年龄，创客的造物极大吸引学生乐此不疲去“玩”物。这种基于浓厚兴趣的“造物”非常有利于学生对知识的建构，造物过程中提升了各种思维能力素养。

笔者曾在小学三年级开展过一项《液压玩具》创客教学实践。该项目设计的目标是巧用科学学科水的力传递性知识制作玩具，让学生在游戏制作的学习中加深对知识原理性的理解。

教学使用材料以针筒、五彩雪糕棒为主，学生在动手制作过程中兴致高涨，有学生在制作玩具同时拓展了对水的力传递性知识的学习，发现施力面积与受力面积影响托举的物体上升高度的关系。有学生在观看液压千斤顶视频后，在对作品改装试验中体会到受力面变大，托举的物体越大，由此深刻理解千斤顶的原理。可见学生非常热衷于动手实践，在造物的实践中领悟的知识不局限于教学预设的目标，还有更多拓展知识。在这种摸索实践学习中，更能提高学生思维思辨能力。

2►编程为载体-融合多学科搭建计算思维基石

编程是培养计算思维的重要途径。欧美国家在很早就大力提倡少儿编程，培养少儿思维能力与创新能力。我国初高中阶段开设编程教学也较早，流程图知识、算法的学习，用概括符号来表达整件过程流程，这些都是计算思维的必备知识。

笔者在十多年来的中小学信息技术教学实践中，发现目前中小学信息技术编程教学大多数仍是为了知识而教学。特别在初中阶段，困于学时少考试压力大等因素，多数学生的编程学习兴趣难以提高，程序的算法思维更难以落实。

2016年，笔者参与本校创客校本教材的研发与实践研究，发现学生对用编程控制实物非常有成就感，对学习编程兴趣浓厚。在创客作品创造中，学生通过动手探究对编程算法的理解更为具体，学习兴趣自然提高。在编程学习中特别讲究思维严谨精益求精，这与创客的“工匠精神”高度相符。

创客教育为编程学习提供一种新平台，让学生在真实体验与实践应用中发展学生利用信息技术思考与解决问题的独特能力。身为“数字土著”的中小学生，技术是学习生活中必不可少一部分，利用技术来解决问题、进行创造和创新将是习惯的思维方式。

3►项目作桥梁-用问题情景学习让计算思维落地

计算思维不是一门单独的学科，它源于计算机科学，和数学思维、工程思维有非常紧密的关系。计算思维不仅是一种适应于计算机科学的概念和思维，还能提供一种广泛应用于工作、学习、生活中分析问题的视角。

项目学习是基于真实问题情境、发现问题、分析问题，进而解决问题系列实践的研究性学习，其综合应用知识和能力要求非常强。计算思维正是项目式学习所需一种能力，同时项目学习更有利于锻炼学生的创造性思维、工程思维和计算思维。通过真实的问题情境，增强学生对应用知识创造的兴趣，在行为上自我肯定更高。

以“校园智能模型”项目为例

在实践中培养学生计算思维

项目背景：学校目前没有校园立体模型，对于初入学的学生或家长，以及外来参观学习的教师来说，需要快速查找某些重要的场地有一些困难。要求学生结合创客中开源平台技术，制作具有简单智能功能的校园模型。

本项目设计以工程七步设计法为参照，根据项目执行实际过程作了环节调整，具体流程见下表。

在项目学习中，环节一注重学生实践的可操作性，把大问题分解为小问题，有利于学生调用已有知识一一解决；梳理项目的核心问题利于解决方案的设计。七年级学生知识储备非常有限，对于天马行空不切实际的想法，教师通过预设的“参考”引导学生回归可执行方案设计上。该环节特别考验学生的辩证思维，策划思维，这些都是计算思维重要的组成。

环节二到环节五“制作原型”是项目解决的核心部分，需要具有较高的计算思维、算术思维，用工程思维抽象主次部分，有针对性地把主问题攻克，保障项目的顺利推进解决。可见，完整的项目实施过程就是一个算法过程，而每个实施步骤中又可以细分为不同的小问题，小问题又可以说是一个微型的小项目。

最后两环节优化测试和评价，用评价标准来评估解决效果是否高量，使得项目成果或创客产品能不断在“设计—完善—评估”中迭代优化，这是对学习的一种肯定，激励学生追求严谨科学，精益求精的精神。

结语

随着物联网、云计算、区块链、人工智能等信息技术不断发展，生活在数字化里的人们，熟练应用好技术是生活的一项基本技能。计算思维能力已然成为与阅读、写作、算术同等重要的能力，是成为一名合格公民必备的素质。

作为一线教师，要抓住中小学能力培养黄金时期，勇于改革教学策略，利用好课堂教学，整合创新教学教材，真正做到把计算思维能力培养落实到每个学生身上。让每个学生在未来高度信息化的社会中能拥有硬核的能力，成为强国富国的栋梁人才。

来源丨《教育与装备研究》，本文为全国教育信息技术研究 2017 年度专项课题“创客背景下的校本课程开发研究与实践”(课题号:174430028)项目研究成果之一。

作者丨钟慧珍，广东省广州市白云区广外附属中学，一级教师。