从无序到有序看计算思维的养成

鞠敏

计算思维架构起了现实世界与计算机世界的桥梁，信息技术学科以培养学生的计算思维为首要目的。从计算思维的本质内涵可见，所构造的、适宜于计算机机械地一步一步自动化执行的步骤是有序的;学生在进入课堂之初，其日常生活经验所赋予他们的直接感知往往以缄默知识的形式存在于他们的认知结构中，而学生尝试从自身经验出发，所描述出来的流程、步骤等是不完善的，抑或是混乱的，混乱意味着无序，而在这无序与有序之间，恰是学生思维能力生长的区间。例如，五年级《吃豆精灵》一课，很多学生在课前已经玩过类似的游戏，也表现出相当浓厚的兴趣，但倘若让学生尝试使用自然语言、流程图等形式有序化地描述出游戏过程，学生却表现得不尽如人意，而将游戏过程转化为计算机可机械化执行的序列步骤却是落实培养学生计算思维能力的关键所在。

● 课堂情境接轨生活经验

信息技术学科课堂情境创设的目的在于帮助学生构建出合理的计算模型，所创设的情境需与学生的日常生活经验接轨。正如建构主义学习理论所认为的，学习是引导学生从原有经验出发，生长（建构）起新的经验。新的经验是从学生自身原有经验中“生长”出来的，因此在设计教学时，教师必须充分考虑学生的原有生活经验，如果情境与学生日常生活经验相悖，那情境本身就会引发学生的认知冲突，在这样的前提下，要求学生分析课堂情境，梳理出计算机自动化执行的序列步骤，构建出合理的计算模型无异于痴人说梦了。例如，在五年级《赛车游戏》一课中，笔者设置了这样的问题：一辆小汽车行驶在道路上，可能会遇到哪些问题？学生积极踊跃回答：碰到行人、红绿灯等。再继续追问：应该如何在这样的道路上行驶呢？对课本上汽车在偏离轨道自动纠正方向，碰到绿色后左转或右转15度所形成的歪歪曲曲的行驶轨迹，学生普遍不能接受，学生认为这样的行驶违背了日常生活经验。由此来看，课堂教学情境要切实考虑到学生的经验，在与他们的生活经验相悖的情况下，学生在课堂上就有可能生出一种“逆反”心理。

● 问题驱动引领课堂生成

教学中，如何帮助学生梳理混乱的思绪，助力其构建出计算模型，总结出有序化的执行步骤？笔者认为，通过设置合理的问题串，以追问、反问的形式，帮助学生突破认知障碍，是一条适宜可操作的路径。

例如，在《赛车游戏》一课中，学生对赛车在赛道上行驶的情境并不陌生，即使并未真正见过赛车比赛，他们也会将日常生活中汽车行驶在道路上的经验套用迁移到赛车游戏中去。例如，在黑板上绘制出一条赛道，学生可以绘制出赛车在赛道上行驶的多种轨迹。学生自身经验中已具备一定的认知准备，只是如何从现实世界中的赛车游戏抽象到计算机世界中的赛车游戏，尚处于一种混沌状态。下面，笔者以教学片段为例，探讨如何在课堂教学中外显学生思维过程，助力学生思维条理化。

教学片段1：

在《赛车游戏》一课中，在邀请多位学生绘制合理的赛车行驶轨迹之后，引导学生思考：何为不偏离轨道？怎样才能不偏离轨道？在这样的问题引领下，学生很容易得出结论：在将偏离赛道的时候需要及时改变方向。此时就将赛车游戏的环节转换为“前进→纠正方向→前进→纠正方向”如此往复的过程。

教学片段2：

在学生初步意识到需要及时纠正方向后，适时追问：如图1所示，当赛车前进到①处时，应该如何改变方向？当赛车前进到②处时，应该如何改变方向？通过层层追问，逐步引导学生梳理思绪，将思绪条理化。

从学生的回答之中引导学生归纳总结：如果碰到赛道的上边缘，那么需要向右旋转;如果碰到赛道的下边缘，那么需要向左旋转。至此，通过对问题情境的观察，学生已然能够明确总结出赛车游戏的一般规则。笔者认为，课堂上的追问、反问等都是为了学生能够总结出计算机自动化执行的步骤，都是为了学生构建出合理的计算模型，培养学生的计算思维。

● 实践探究促进思维发展

在《赛车游戏》一课中，在总结出赛车游戏的一般流程后，学生所面临的主要问题转化为如何判断赛车是碰到了赛道的上边缘还是下边缘。在课堂教学中，笔者放手让学生对此问题进行探索，下面是课堂中出现的几种问题解决方案。

方案一：学生尝试使用碰到颜色控件搭建脚本，脚本如图2所示。在此段脚本执行过程中，学生很容易就发现了问题，仅仅通过碰到颜色，无法判断赛车是碰到了赛道的上边缘还是下边缘。基于此，学生进行了改进设计。

方案二：学生将赛道两侧分别填充不同的颜色，通过侦测模块下的碰到颜色控件来区分是碰到上边缘还是下边缘。脚本如图3所示。

方案三：部分学生发现赛车本身有明显的颜色区分，如赛车的轮子是黑色的，赛车的车身顶部是灰色的。这部分学生的脚本如图4所示。

在三个方案的基础上，笔者对学生的作品进行了追问，如果仅仅使用车身的两种颜色来进行判断是否可行？学生再次尝试后，对脚本进行了改进设计。改进后的脚本如图5所示。

在上述判断赛车状态的过程中，对学生思维能力的要求在逐步递升，从仅仅使用碰到颜色控件到最后给赛车添加“虚拟传感器”，这一过程是学生在逐步探究中拨开层层迷雾，找到问题最佳解决方案的过程，也是学生思维逐渐清晰明了的过程。

总之，从无序到有序的过程，是课堂教学中培养学生计算思维重点发力所在，在此认知的背后，是教師要切实做到将课堂的主角地位归还给学生，努力践行做好一名“引路人”。