基于计算思维的小学科学教学模式构建及策略

贺玉婷 刘锦锦

【摘 要】本文首先介绍计算思维的概念和研究现状，分析了小学生培养计算思维的重要意义;然后，提出计算思维应用于小学科学教学的策略，并构建基于计算思维的小学科学教学模式图，并以“种子发芽实验”一课为例具体阐述此模式如何应用。最后提出培养小学生计算思维的建议，以期为小学科学和其他学科教学研究提供参考。

【关键词】计算思维;小学科学;教学模式

【中图分类号】G434  【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2022）04-076-03

计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。[1]从应用的角度上看，通过计算思维对问题进行分解、约简，并通过转化和仿真的手段去研究问题，可以使很多复杂的问题通过类似模式化的方法迎刃而解。[2]培养人们的计算思维，是让人们学会像计算机那样解决问题的思维方式。

经过文献分析可知，小学计算思维的培养策略多应用于信息技术教学、编程教学等方面。另外，将计算思维应用于其他学科教学的研究却比较少。其实，计算思维不能仅局限在信息技术课、编程教育等途径进行培养，小学其他学科同样可以将计算思维融入教学中，尤其是小学科学课也可以将计算思维方法融入其中，培养学生的计算思维。

培养小学生计算思维的意义

首先，有助于学生高阶思维的发展。在小学阶段培养学生的计算思维很大程度上培养了学生的高阶思维习惯，让学生能够从问题出发，分解问题并一一解决。不将学生的思维局限在知识的学习上，而是让学生充分地发散思维，发现问题所在，重视思维过程。

其次，有助于学生身心发展。计算思维的培养让学生学会了从多个角度看待问题，能够让学生学会理性地看待问题，并针对此问题进行分析、设计，建构出一套合理的解决方案，在各种问题的解决上同样适用，这对于学生今后的身心发展有极大的帮助。

最后，有助于学生科学素养提升。近年来，科学素养的培养已渐渐成为小学教育的核心内容，计算思维的培养也为学生综合素质的提升提供一份助力。培养计算思维最大的优点在于能够让学生养成理性看待问题的良好习惯，可以让学生实现“三思而后行”的处理方式，极大提升学生的科学素养，甚至是综合素质。

将计算思维应用于小学科学教学的策略

小学科学教师可以有意识地强化学生的分解问题、构建计划、设计思路、数据计算及分析能力。尤其是针对小学科学中的一些实验课程，教师可以提醒学生尝试自己来设计与课本不同的实验方案以及用数据来测量实验结果。基于此，本研究设计了基于计算思维的小学科学教学模式图，如图1所示。首先，明确要探究的对象、问题、目的，让学生能够清晰地知道自己要做什么，从哪些方面入手。其次，教师可以提出一些探究建议，补充探究所需要的能力，之后让学生自己来规划他们的实验，明确实验目的、流程、记录方式。最后，让学生将自己的数据与课本内容相结合，教师从旁引导得出实验结论。整个探究过程有计划、有目的、有顺序地开展，加深学生对于该问题的印象，久而久之对于问题的探讨学生们会形成一种有条理的习惯，这个过程就包含了计算思维的形成。

基于计算思维的教学设计

下面以教科版五年级上册“生物与环境”单元的第一课“种子发芽实验”（2课时）为例，具体阐述如何应用本模式开展基于计算思维的小学科学课教学。

1.提出课题，发现问题

教师活动：从生活出发引出学习课题“种子发芽”，出示小麦的成长过程，提问：“你认为绿豆种子萌发需要什么样的条件呢？你如何来证明种子萌发真的需要你所说的条件？”

学生活动：从小麦的生长过程中猜测出种子萌发所需要的条件，小组合作，发现验证实验的问题所在，即如何证明种子需要这些条件。

设计意图：让学生从相似的发芽生长过程中进行类比，自行发现绿豆种子的萌发条件，并引導学生逐渐靠近对照实验的设置，并思考如何进行实验。

2.分解问题，逐个答疑

教师活动：引导学生发现对照实验，并提出实验过程中学生们应该怎么做，让学生自行交流，发现问题;之后针对学生的问题进行答疑，并进行方法传授。

学生活动：针对教师问题展开小组合作讨论，实验过程中可能用到哪些东西，怎么设置对照组，提出可能遇到的问题，积极参与。

设计意图：应用计算思维的“分解问题”要素，在验证猜想的大问题下分解成小问题，逐个攻破，学生提问教师答疑，既实现了以学生为主题的课堂，又突出了计算思维的教学思想。

3.小组合作，设计实验

教师活动：发放学习单，提出设计注意事项，对学生实验设计方案的错误之处做出修正，要求学生完成表单填写。

学生活动：小组合作动手设计，通过教师的提醒讨论所要验证的因素，小组分工完成实验流程、因素的探究、对照组的设置、数据的收集方法、记录方法、数据分析等相关步骤，并进行方案交流汇报，吸取经验进行改进。

设计意图：学生能够按照自己的方法，从身边的材料出发，合作设计自己的实验方案，且在此处突出了计算思维的设计以及架构建立的要素，充分发挥计算思维在教学过程中的应用与重要作用。

4.进行实验，收集数据

教师活动：由于实验的过程是学生在课下进行的，因此教师可实时提醒学生实验的进度，注意事项，数据收集规范等问题。

学生活动：按照实验设计的流程、分工完成自己的工作。

5.数据分析，得出结论

学生活动：该步骤需要学生自己根据实验数据以及种子萌发的一般规律进行对照，发现自己的实验是否达到预期效果，得出本次实验的结论，即绿豆种子的萌发与哪些因素有关。

6.交流分享，评价学习

教师活动：发布任务，让学生就自己的实验过程、结论、心得、注意事项等方面展开一个交流汇报，汇报方式多样，并要求学生给自己和其他小组的实验汇报打分，满分十分，完成自评互评。并提出绿豆生长的相关问题，提醒学生从自己的实验过程出发。

学生活动：针对教师所提出的问题展开以小组为单位的汇报，并说出自己的结论、心得、实验存在哪些不足等，思考老师所提出的问题并进行回答。

设计意图：对本次实验进行总结，延伸问题，探讨绿豆生长过程的条件，为下节课的实验做准备。

培养小学生计算思维的建议

1.对于学校的建议

学校应对学生计算思维的培养引起重视，要明确计算思维的培养绝不局限于在信息技术或编程课程上应用，计算思维培养是可以与任何学科课程相融合的，将其应用在日常教学中是很有必要的。因而，学校应大力开展计算思维培养活动，加强教师相关培训，积极开展计算思维教学研究工作。

2.对于教师的建议

计算思维的培养是一项长期、持续且需要教师引导的教学工作，培养学生计算思维的前提是教师自身要具备计算思维的能力和习惯。建议教师要注重提升自身的计算思维，并注重将计算思维融入自己的教学中，有意识地用计算思维来解决教学、生活中的相关问题，并关注学生在学习、生活中计算思维的应用。

综上所述，将计算思维融入小学科学教学活动，是一个很有意义的探索方向。计算思维融入小学科学教学，既培养了学生的计算思维，又提升了学生的综合素质。计算思维的培养不能仅局限于信息技术课，小学各学科都要重视学生计算思维的培养。

注：本文系河南省教育科学“十四五”规划2021年度一般课题“馆校合作背景下小学科学教育项目开发与应用研究”（项目编号：2021YB0263）研究成果

参考文献

Wing J M. Computational thinking[J]. Communications of the ACM， 2006（3）：33-35.

曹玉峰， 郭津含， 曹恩强. 计算思维在高中化学学习中的应用[J]. 吉林省教育学院学报， 2019（10）： 127-130.