計算思維培養教學核心問題的策略分析

趙振囡

摘? 要：基于《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》對學生核心素養的要求，文章將以培養學生計算思維能力為核心，圍繞信息科技教師如何設計課堂教學展開論述，以《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》第二學段為例，從分析計算思維培養發展的現狀以及教學對象的特點，明確計算思維的內涵及特點，結合三、四年級模塊的計算思維教學培養目標，闡述提升課堂教學的核心教學策略的重要性、原則和基本策略。

關鍵詞：計算思維；課程目標；教學核心問題；學習遷移；分解問題

中圖分類號：G434? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）20-0062-05

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱新課標）全面落實習近平總書記關于教育的重要論述和指導思想，重新定義了課程方案、課程標準，對課程性質和課程理念進行了更加深刻的解讀。新時代的信息科技教師在培養學生計算思維的過程中，要深入理解新課標的方向和思路，并在教育教學實踐中實施。

教師教學能力的提升表現為能在教學過程中準備把握教學目標，精準地設計教學問題，有效實施教學活動。教師要以實現計算思維學段目標為教學宗旨，在課前準備教學過程中，準確把握每個教學單元、每個知識章節教學核心問題的設計，幫助學生把握解決問題的核心，提升準確分解、解決問題能力，最終促進學生計算思維的培養。小學三、四年級學段的學生處于成長發育旺盛階段，信息應用能力及邏輯思維能力等方面逐漸趨于成熟，此時是培養信息素養，提升計算思維能力的絕佳時期。教師應該具有較強的教育敏感度，善于捕捉這一學段學生的特點，把握好培養學生計算思維的契機。

一、計算思維培養發展現狀及學情分析

計算思維的培養在K-12教育體系中占有重要的地位。各個國家及地區從課程項目、培養標準、研究機構、實施工具和師資培訓等多個方面開展計算思維培養，并將計算思維應用在跨學科學習方面。但不同國家地區對計算思維培養的理解、開展途徑、評價角度和方式也是不同的［1］。

我國新課標對計算思維培養的指導和規劃契合了國家的發展進程。傳統信息技術教師通過三維目標來實施教學，教學內容多是關于計算機技術的傳授，教學過程過于刻板，教學活動較少涉及跨學科，使學科本身被孤立于其他學科之外，計算思維能力被忽視，教學效果也偏離了學生信息素養的培養，導致學生學無所用。目前，國外計算思維研究較為成熟，而我國關于計算思維的研究與國外相比還處于初級階段。專家建議我國在未來開展計算思維培養上可將重點放在基礎教育階段。例如在基礎教育教學中，教師要借助編程語言的教學設計探索計算思維培養的有效方式和途徑；教師要嘗試利用信息工具構建有效的學習環境；教育部門和相關單位要健全計算思維培養的有評價體系等［2］。

教師對計算思維的培養應該做出改變，以新課標為契機，以K-12教育理論為理論基礎，教師需關注以下方面的改變：改變陳舊的教育觀念，主動調整傳統的教學方式；研究新課標，學習先進的教育理念和教學方法指導教學實踐活動；走進學生生活，深入了解學段學生的身心發展特點，為有效教學打開思路；善于利用多種教學手段，主動創設活躍的教學氛圍，為培養學生的思維創設環境；勇于自我批評，進行教學反思，通過教學評價，在不斷地思辨中尋求新的教學思路和方法。

三、四年級學段學生的感知覺發展較快，隨著教學過程的深入，感知覺的有意性和目的性會得到明顯發展和提升。大腦不斷趨于發育成熟，可以根據學習活動和教師的要求逐漸提高自覺性，在學習活動中注意力的質量也不斷發展，更加穩定，分配和轉移能力逐漸提高。據調查，7—10歲兒童可以持續集中注意力20分鐘左右，注意力可以起到主導地位。隨著生長發育、接受教學活動的指導、知識的豐富，有意記憶逐漸超過無意記憶，意義記憶逐漸超過機械記憶，抽象記憶逐步超過形象記憶。為培養學生的學習遷移能力奠定了生理基礎。

三、四年級的學生詞匯量增加，對語義的理解力逐漸合理完善，語言表達能力逐漸連貫豐富，逐步以形象思維過渡到抽象邏輯思維，隨著生長發育及學習經驗的積累，開始能夠理解事物之間的內在聯系，并能進行簡單的分析和概括，對于一些抽象概念也會有初步的理解和認識，思維能力開始有了質的飛躍。計算思維的提升基于學生在生活學習中對文字的理解程度，語言能力的發展可以促進學生對文字的理解能力，這時對于學生計算思維的培養是非常寶貴的時機。

二、面向計算思維培養的學生關鍵能力

三、四年級學生具備計算思維能力有哪些表現？新課標按照學段劃分了計算思維教學目標，第二學段計算思維培養目標要點中指出，在簡單問題的解決過程中，有意識地把問題劃分為多個可解決的小問題，通過解決各個小問題進而解決整體問題?？擅鞔_“培養學生問題分解能力”是培養第二學段學生計算思維的關鍵能力之一?！澳芨鶕枰x用合適的數字設備解決問題，并簡單地說明理由?！薄耙罁栴}解決的需要，組織與分析數據，用可視化方式呈現數據之間的關系，支撐所形成的觀點?！边@兩處要點需要學生基于過去學習經驗積累和提煉知識，并結合新知識加以綜合運用，所以“培養學生學習遷移能力”也是關鍵任務之一。教師要在教學中準確理解、把握這兩個關鍵能力，并在教學實踐中圍繞這兩個關鍵能力設計核心問題，設計教學環節［3］。

（一）分析學生的“遷移運用”能力

學習遷移運用能力貫穿著計算思維發展的全過程，三、四年級的學段是培養學生學習遷移運用能力的好時機、敏感期。該學段的教師在教學目標的設定、教學活動的設計、教學實踐中對學習遷移相關的內容進行深入理解和研究并加以運用。

1. 理解學習遷移的內涵

對學習遷移的理解可以從教育心理學的層面展開，學習遷移作為教育心理學研究的核心課題，對開展計算思維教學有重要的理論依據和的實用意義。美國心理學家M.L比格指出，學習遷移是教育最后必須寄托的柱石。如果學生在學校中學習那些材料無助于他們進一步沿著學術的程序，不但在當前，而且在以后生活中更有效地應付各種情境，那么教育就是浪費他們的時間［4］。學習遷移一般指先前學習對后來學習產生影響作用，而且在認知過程、認知發展的研究中也占據重要的位置。遷移廣泛地存在于知識、技能與行為規范的學習中，是學習的最重要現象之一。

2. 學習遷移的類別

學習遷移理論的研究起始于十九世紀后期，經歷了多次的批判和變遷，早期遷移研究最大的貢獻是提出了前后學習“共同元素”是遷移的基礎這個重要理論觀點。經過幾個世紀的研究與探討，現代心理學家以及教學家關于遷移的研究更加科學及廣泛，研究者多從“學習情境”與“學習主體”兩方面來研究“學習遷移”［4］。信息科技教師在教學中也可以借鑒這一研究思路，在教學實踐中將計算思維培養中涉及“學習遷移”能力培養的層面分別從“學生的學習情境設計”和“學生主題因素”兩點展開。

學習情境的遷移可以從前后學習之間的聯系、前后學習的內容對比、學習遷移后產生的學習結果三個層面考慮。前后學習的聯系表現為前后學習具備共同的內容、共同的能力、共同的方法、共同的策略等。不同的學習內容學習過程不同，運用的學習遷移的特點與規律也會不同。學習的結果表現在學習者學習知識的效果，不同的學習結果在獲得、保持、靈活運用三個層次的表現也不同。

在學習主體的遷移中，主體的因素非常重要。在相同的學習情境中，同一學習主體也會產生不同的學習遷移效果；不同的學習情境中同一學習主體發生的學習遷移效果不同。有時學習情境只是為學習者實施學習遷移創造了必要或者非必要的條件，學習遷移能否具體實施，還要從學習者主體因素的維度對學習遷移做出分析。

（二）分析學生的“問題分解”能力

問題分解法已經被大量專家學者運用于多種專業領域，這種學習方法已被廣大學習者和專家所認可。不同領域、不同層次的學習者對問題分解方法的運用存在差異。

1. 問題分解的誤區

通常人們解決問題的方法是通過經驗或調查研究理解問題，然后選擇有效的方式和手段解決問題，雖然這種解決問題的方式效率很高，手段也很多樣，但對問題本質的發掘不夠，當學生遇到包含要素比較多元、元素關系較為復雜的問題，就會無從下手，毫無頭緒。使用問題分解方法來解決問題則是通過分析問題本質，將問題的本質進行轉化或置換后得以拆分，將復雜的問題簡單化。

2. 問題分解的現代內涵

現代很多研究者在研究通過問題分解來解決復雜問題時，建立了主問題和子問題的結構，有的研究者也稱總問題和子問題結構，簡單來說是將要解決的問題（稱為主問題、總問題）通過分析其內部要素，以及各要素與主問題的內在關系、各要素之間的邏輯關系，分解為多個子問題，并按照子問題之間的聯系，設定求解的順序，逐個求解每一個子問題的本質，最終將主要問題解決。

3. 結合教學對象分析問題分解的意義

計算思維是學生核心思維能力之一，廣泛地表現在學生各學科學習過程中，例如信息科技教師可以在教學中適當借鑒在三四學段的數學學科的難度，例如在認識數字編碼知識點時，可以通過跨學科活動引用數學學科認識數碼相應章節的數學知識和數學活動?？梢詭椭畔⒔處煾玫匕盐战虒W難度范圍。

三、四年級學生計算思維培養過程要結合年齡特點，設置初級問題分解的方法，有效培養學生計算思維的意識和能力。他們逐步以形象思維過渡到抽象邏輯思維，隨著生長發育及學習經驗的積累，開始能夠理解事物之間的內在聯系，并能進行簡單的分析和概括。三、四年級學生的詞匯量增加，對語義的理解力逐漸合理完善，語言表達能力逐漸連貫豐富。

三、面向計算思維培養的核心教學策略設計

（一）“遷移運用”能力培養的策略

人類的學習活動離不開遷移，教育活動也不例外。學生在面臨新活動和新任務時，都會有意或者無意地從過去學習的知識和技能中尋找某種聯系。學習遷移能力是計算思維能力中非常重要、基本的組成部分，是解決問題、創造性思維培養所必不可少的核心。實現學生計算思維的提升，“學習遷移”的教學設計要做扎實。

1. 教材遷移

課程標準制定了不同層次學段的教學框架，教材為定義、概念、原理等內容做了最廣泛、最科學的概括和描述。教師在教學中要注意因材施教，教材是教師教學的工具，并不是教育的全部，教師應該在落實課標及教學要點外，積極主動地調用單元知識、章節知識，甚至是教材之外的有效教學資源來服務于教學，補充、提升教學效果。教師通過教學研究和反思，可重組、調用其他章節或者知識點來實現本章節有效教學的實施，這是通過教材促進學生提升“學習遷移”意識和能力的基本途徑［5］。

“溫故而知新”道出了知識之間的內在聯系，知識本身并不是孤立存在的，理論指導實踐，實踐檢驗理論，行之有效的教學應該是知識的串聯，而不是知識的割裂，而在知識相互聯系的過程中，學習遷移活動伴隨著學習者的學習活動。教師在教學中，要把握學科知識的整體結構，對知識結構的縱橫交錯融會貫通，并在每個章節的教學中都能運用得柔韌有余，這樣才能使學生對知識的學習遷移奠定良好的基礎［5］。

2. 教學遷移

教師要利用好“學習遷移”理論中的“學習情境”和“學習主體”兩個基本要素，深入挖掘教材中的思想和理念，根據學生的學段特征、生活經歷、學習經驗等實際情況，挖掘更豐富多彩的教學資源，布置更身臨其境的學習情境，設計更生動有趣的學習任務。教師也要善于利用學生的興趣愛好特征，將教學情境與興趣情境有效融合。

教師要分析發生學習遷移的各種學習情境有哪些；了解在不同的學習情境下學習遷移發生的特點與規律；不同的學習情境對同一學習對象產生不同的影響，學習遷移起到的作用和運用程度也不一樣。教師可以在教學設計中嘗試創設多種學習情境和學習主體的關系，從而發掘兩者之間的科學關系。對于影響學習遷移能力的另一個因素“學習主體”而言，教師應該考慮學生對待學習的態度和意識、學生對前次學習的感悟、學生對前后學習差異的把握、學生發生學習遷移的主觀能動性等。

3. 應用遷移

遷移運動是學習遷移能力中高階的部分，即不僅能通過學習遷移理解、學習知識等學習內容，更能將通過學習遷移獲取的知識運用到實踐中，解決實際問題。在新課標中，在計算思維總目標中對遷移運用提出了要求，教師在教學實踐中，要鼓勵學生具備探索和分析問題的意愿，主動發現問題、探究問題、解決問題的過程可以促進學生遷移運用以往學習的知識、能力、思想意識等，特別是在遇到學習困難時，如果能表現出遷移運用的意志品質，將有效提升學習效果。新課標中指導教師在教學中通過開展“跨學科主題學習活動”，這也是促進學生發生“遷移運用”的有效教學措施。

（二）“問題分解”能力培養的策略

問題分解是將大的、模糊的問題進行拆解。這種解決問題的方法可以有效縮小研究問題的范圍，降低要就問題的難度，更精準地把握要解決問題的關鍵。結合三、四年級學生的生理和思維發育的特點，教師可以通過以下核心問題來提升學生的問題分解能力，從而實現提升學生計算思維的能力。

1. 提煉原問題，確定總問題

描述問題簡潔扼要。當學生在面對具體問題時，通常會面對一段蘊含邏輯的文字，或者一組相關聯的數據，或是各種圖表等多樣的信息。鼓勵學生首先能理解文字、數據、圖表等信息表達的內在含義，并能劃出信息中涉及的關鍵要素，然后抓住信息表達的主干，將信息化繁為簡，最終通過精準的理解和簡明的概括來描述問題，這樣的描述其實也是總問題的提出，是問題分解法的關鍵。對總問題的描述要求一定要簡潔明了，繁雜冗長語言往往會影響對問題的精準把握，以至于影響下面的分解問題的環節［6］。

教師充分利用教學方法。在信息技術課堂教學中采用多種教學方法促進學生把握知識整體性的能力，例如運用情景模擬、案例分析、自主探究等多種通用的教學手段，最終達到幫助學生理解、把握、描述問題的目的。

教師利用跨學科手段，幫助學生提升描述問題的能力。例如引用語文學科中提煉語句主干的學習內容。提煉句子主干，就是把單句中所有的定、狀、補語去掉后剩下的部分。涉及的語文學習方法有：（1）意義法，即根據句子成分各自的含義去分析、推測。找出主、謂、賓的中心語，其余的都劃掉。（2）壓縮法，即把句中的附加成分定、狀、補都壓縮掉，剩下的就是句子的主干。（3）中心詞法，依次找出主語中心語、謂語中心語、賓語中心語。三個中心結合起來就是句子主干。通跨語文學科的能力訓練，提升學生提煉信息主干的能力和、描述總問題的能力及表達能力，最終促進信息學科計算思維能力的形成。

2. 拆分總問題，解決子問題

精準描述總問題，找出要求解的關鍵信息，把握信息包含的主要要素，即可以嘗試劃出總問題中的關鍵詞，通過把握關鍵詞拆分總問題，確定多個子問題，通過解決每個子問題來解決總問題。

首先，確定子問題之間的內在聯系。中國的語言博大精深，蘊含著豐富的語義。語言傳遞的信息中包含的多個信息要點，這些關鍵的要點都可能成為子問題的集合。而子問題之間又存在著千絲萬縷的聯系，而不是孤立存在的，可能存在著空間、時間、因果等各種邏輯關聯，教師在指導學生解決子問題時，要培養學生“立體思考”的思維習慣，從“縱、衡、時間”等多維度把握了問題的內在聯系。

其次，遷移子問題與過去知識的聯系。世界上沒有任何一個教育過程是孤立的，教師在指導學生解決每個子問題時要引導學生充分發揮學習遷移的能力，回顧過去的學習經歷，在經驗中挖掘知識、技能、思想的內在聯系，利用舊問題解決新的問題。

最后，挖掘子問題與未知知識的聯系。解決問題的過程中會面對未知的知識，教師要鼓勵學生，勇于嘗試各種現代化信息手段和途徑進行探究學習。在第三模塊中，教學內容有“在線生活、在線學習、在線安全”，這些教學內容與計算思維培養的學段目標非常契合，所以教師要充分利用好這個契機，設計合適的教學活動，布置學習問題，培養學生學習探究的意識和能力。

3. 總結子問題，回歸總問題

教師在指導學生解決問題過程中，要注意回顧知識、總結知識的環節。首先對于課堂教學時間跨越較大、課時較多的教學內容，對于這類課堂問題的解決，學生往往會在學習過程中對靠前時段的內容發生遺忘或者忽略，這樣會導致在問題解決過程中發生偏差，所以在學習過程中，教師要經常對前面的子問題、總問題進行階段性地總結和回顧，通過學習過程中的總結和回顧，可以讓學生更好地把握研究學習的方面，及時發現并糾正存在的問題。

學生在學習終結時的總結和回顧，可以讓學生站在更高的角度觀察自己的學習研究過程，及時批判和反思。三四年級學段的學生“感知能力、注意能力、記憶能力、思維能力、語言表達能力”等方面都有明顯的發展，教師要充分利用學生的特點，讓學生活躍思維、頭腦風暴，用自己的語言來概括每個階段的研究情況，解決了哪些問題，是如何思考的。學生可以通過該環節不斷提升總結概括的能力，不僅可以促進學生對知識理論的內化，同時也可以促進學生思維能力的發展，建立自信心，促進健全人格的形成。不僅有助于學生把握問題分解法解決問題，也有利于提升學生對問題分解法的認識，提高學生運用問題解法分析解決問題的能力。

參考文獻：

［1］ 郁曉華，肖敏，王美玲. 計算思維培養進行時：在K-12階段的實踐方法與評價［J］. 遠程教育雜志，2018，36（02）：20-30.

［2］ 范文翔，張一春，李藝. 國內外計算思維研究與發展綜述［J］. 遠程教育雜志，2018，36（02）：5-19.

［3］ 教育部. 義務教育信息科技課程標準（2022年版）［M］. 北京：北京師范大學出版社，2022，4-11.

［4］ 莫雷. 論學習遷移研究［J］. 華南師范大學學報（社會科學版），1997（06）：53-61+78+141.

［5］ 趙雪梅. 學習遷移理論在初中信息技術教學中的應用［D］. 南京：南京師范大學，2008.

［6］ 張俊花. 以問題解決能力為核心的初中生計算思維培養策略［J］. 中國信息技術教育，2021（20）：41-43.

（薦稿人：王偉，東北師范大學副教授）

（責任編輯：鄒宇銘）

基金項目：中央電化教育館“十三五”全國教育信息技術研究重點課題子課題“中小學生程序設計能力培養策略研究”（課題編號：JYKY161833696-223）。

作者簡介：趙振囡（1983—），女，東北師范大學信息科學與技術學院碩士在讀，深圳高級中學（集團）北校區信息中心負責人，信息科技學科教研科長，中學高級教師，研究方向為中小學信息技術教育教學管理、信息技術特色課程體系、學科創新課程開發。