利用“螺旋式”體驗學習理論，培養學生的計算思維*
——以信息科技學科可視化編程單元的教學為例

□顧忠良

2006 年，計算思維首次被提出。它指的是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學廣度的一系列思維活動。2022年，《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》正式頒布，將計算思維納入了核心素養內涵及課程總目標中。那么，在信息科技學科的日常教學中，如何發展學生的計算思維？

根據大衛·庫伯的“螺旋式”體驗學習理論，教師可“以合作體驗為導向，以反思觀察為重點，以抽象概念建構為內核，以主動實踐促生長”，創設信息科技課堂學習的閉環，發展學生的計算思維。在這樣的教學中，學生依托原有生活經驗，實現課堂內外的連通，逐步在體驗中學會反思，在反思中建構抽象概念，在概念建構過程中積極實踐，實現信息科技核心素養的發展。

一、合作體驗助推學生計算思維初步形成

在信息科技高度發展的今天，幾乎每一個學生都有對信息科技的具體體驗。如家庭中使用的智能設備、商場中的機器人等，這些事物構成了學生的信息科技認知體驗。在此基礎上，教師再結合信息科技教材，對學生展開信息科技課程的教學，能達到事半功倍的效果。其中，合作學習是學生較為喜歡的一種學習方式，能為課堂帶來意想不到的效果。

以蘇教版信息科技教材五年級可視化編程單元中的《火柴人跳舞》一課為例，教學內容以火柴人為主角，這一事物對當下的小學生來說較為陌生。按照傳統的教學流程，教師先引導學生畫出三至四個火柴人造型，再讓學生為火柴人造型設置切換效果，最后讓學生設置舞臺背景及動態效果。這樣的教學過程按部就班，難以激發學生的學習熱情，且無法與學生的已有經驗建立聯系。對此，教師可以在這一節課中建立一個或多個課堂數字聊天室，依托學生已有的生活經驗及信息基礎，開展以班級或小組為單位的區域合作學習。

教學中，授課教師在聊天室中提供一個火柴人案例，讓學生先玩一玩，再想一想，接著議一議，最后試一試。通過玩、想、議、試四個環節，學生的奇思妙想得到了激發。同時，學生還吸收了其他同學的智慧，在發現問題、思考問題、解決問題的過程中不斷建構計算思維和綜合能力。經歷網絡聊天室的體驗交流后，有的學生會采用具象的火柴人，有的學生會采用抽象的火柴人，有的學生會通過復制、改編，設計較多數量的火柴人，從而使得火柴人跳舞的動作更為連貫、生動。課堂聊天室可以教師主導、學生主導、生生互導等方式展開，使每一個學生都能在課堂上平等地交流。實踐證明，引入生活實例，開展合作學習能夠幫助學生了解算法的特征和效率，培養學生的計算思維。

二、反思觀察助力學生計算思維有效發展

利用課堂體驗，引導學生開展課內反思與觀察，是發展學生計算思維的重點。在當前的信息科技課堂學習中，師生反思、生生反思的學習形式并不常見。課堂觀察雖然在一定程度上存在，但其深度、廣度、力度均不足，難以激活學生的計算思維。因此，教師有必要在日常信息科技課堂教學中，有針對性地引導學生開展一系列反思觀察活動，有效發展學生的計算思維。

比如，在教學蘇教版信息科技教材五年級可視化編程單元中的《青蛙過河》一課時，授課教師對教材進行了恰當的重構：在課前播放青蛙在自然界中生活的視頻。學生通過觀察，真切地感受到青蛙的生活空間、捕食動作、日常姿態等情況，了解到青蛙過河的過程不是固定的，而是反復的、有變化的、隨機的。其中既有順序的呈現，即青蛙從池塘的一頭向另一頭行進，又有分支的呈現，即青蛙在過河的過程中，會朝不同的方向行進，還有循環的呈現，即青蛙過河后，依然可能返回原來的地點。學生基于視頻，在編寫“青蛙過河”的程序時會考慮采用速度變量、時間變量，在設置特效時會選用不同的算法。由此，計算思維涉及到的過程控制、問題解決環節自然發生。這樣的設計有利于促進學生在課前主動反思、積極觀察，在課中重點反思、定向觀察，在課后深度反思、仔細觀察。

三、抽象概念建構深化學生計算思維內核生成

算法是計算思維的核心要素之一。對于當下的學生，特別是鄉村小學的學生來說，算法、計算思維等均是相對陌生的概念。那么，在人工智能迅速發展的今天，這些概念是否有必要讓學生熟練掌握并根植于心？答案顯然是肯定的。特別是在可視化編程教學中，教師應有序培養學生建構抽象概念的能力，引導學生利用算法分析事物，逐步學會利用自然語言解決問題。同時，教師有必要適當舉例，讓學生了解算法在日常生活中的應用情況，并明確算法在科技發展過程中發揮的重要作用。教師可以通過具體的課堂實踐讓學生初步感受算法，在課堂演示與實踐操作中引導學生逐步建構抽象化概念，讓學生深入了解算法的正確性及執行效率。具體而言，教師可以組織學生分組、分批、分主題討論、實踐，讓學生的抽象概念通過歸納、分析等方式逐步建構起來。

以教學蘇教版信息科技教材五年級可視化編程單元中的《花朵繽紛》一課為例，一般的教學流程是從畫一片花瓣開始到畫一朵花，再到畫多朵花，最終呈現花朵競相綻放、色彩繽紛的效果。此課的教學重點與難點是程序編寫過程中圖章功能及隨機函數的應用，對應問題解決過程中的抽象、分解，及算法設計過程中的滲透與生成等計算思維。假如按照傳統流程開展教學，那么，學生在學習過程中的體驗感與美術學科相似，無法體現信息科技學科有機滲透計算思維培育的特征。對此，教師有必要對教學流程進行優化，即引導學生進行抽象概念建構。

授課教師在本課的導入環節以數字手段表現出花朵競相綻放、色彩繽紛的效果，并從現實中的花朵自然遷移到計算機算法呈現出的花朵上來。在學生欣賞導入效果時，授課教師利用課堂語言適時點撥，激發學生對花朵呈現效果的抽象概念建構：花瓣是如何通過角度的正向或逆向旋轉成為花朵的？花朵的顏色是如何呈現隨機變化的？花朵的大小及在屏幕上的位置是如何隨機呈現的？這三個問題可以有效激發學生的學習熱情，避免空洞講解抽象概念造成學生學習興趣消退的情況，使學生初步完成本課抽象概念的建構，自然形成認知關聯，認識到這些花朵形象的呈現是基于隨機算法的作用，是自然語言過渡到程序語言的表現。

與此同時，授課教師在編程環節通過分別搭建奇數花瓣、偶數花瓣的腳本，以及位置、大小、顏色的變化，實現“花開滿園”的程序應用效果，進一步讓學生通過自我操作體驗到隨機函數及圖章功能的無限魅力。由此，花朵的位置、大小、顏色等抽象概念在學生的腦海中落地。同時，授課教師通過程序腳本的正向編寫，使程序效果以“花園”的形式呈現在屏幕上，讓學生進一步強化抽象、分解、建模等計算思維。

四、主動實踐促進學生計算思維整體生長

如何讓學生從被動學習向主動學習有序過渡？自主實踐必不可少。在課前的教學設計中，教師要有意識地設計實踐環節，引導學生從多種角度出發，了解學習內容、學習活動、學習資源，與教材、同學產生“伙伴式”關聯。讓學生從學習的交互性、融合性方面進行實踐，實現從一課到另一課的遞進式提升，是課堂教學的必要目標與重要路徑。在計算思維的培養過程中，教師應賦予學生更多的學習自主權，提供足夠的學習機會與廣闊的平臺，讓學生產生學習的向心力與效能感。

以蘇教版信息科技教材五年級可視化編程單元中的《畫正多邊形》一課為例，這一課內容涉及簡單化算法以及自動化求解，且融文字編程與圖形編程為一體，是一節“跨界式”的編程課，對學生來說難度較大。本課主要涉及“畫筆”這一工具及正多邊形這一概念，教師可以從美術學科及數學學科出發，將相關知識技能遷移至本課。授課教師通過語言、動作、神態等課堂教學手段的引領，讓學生在課前自然形成嘗試自主實踐的探索欲望。課堂上，授課教師帶領學生先通過提筆、落筆及畫正多邊形進行現實模擬，再分層次、分批次地轉移到程序的編寫中來。在學生嘗試畫正三角形、正方形及其他正多邊形時，授課教師合理加大教學難度，幫助學生利用算法對正多邊形進行程序化表達，將復雜問題通過自主實踐進行必要的分解，讓學生形成攀爬式、探索式的學習格局，學會使用圖形化編程語言，運用循環程序結構，自主編寫各種正多邊形程序。在此基礎上，授課教師進一步引導學有余力的學生自主嘗試漸變色圖及復雜多邊形的腳本設計，充分體現了程序教學的分層性及計算思維培養的整體性。從正三角形到復雜正多邊形，從單色到混色，授課教師通過語言激勵、課堂演示等教學手段，充分激發學生的自主實踐熱情，讓計算思維在學生的自主實踐中逐漸得到整體性的生長。

當前的信息科技學科呈現出全新的發展態勢，深度學習、人工智能、計算思維等都成為社會發展與學科學習的熱門詞。如何在信息科技學科日常教學過程中，依托各類途徑與平臺，通過合作體驗、反思觀察、抽象概念建構和主動實踐的加持，使知識與技能呈現螺旋式上升的態勢，是每一個信息科技教師需要思考的問題。教師應重新審視信息科技學科的教學理念，不能只注重技能的傳授，還要關注信息意識的培養與計算思維的建構，直面學生之間的內在與外顯差異，突出合作意識的培養與數字素養的培育。與此同時，對信息科技課堂的評價也不能只停留在單節課、單項操作技能或單個知識點的評價上，而要充分考慮學生的初始水平、課堂表現、課后學習等綜合因素，真正建構起以計算思維培養為主要目標的螺旋式、立體化教學新范式。