小学生计算思维的培养策略

赵鸿

日常生活中许多人习以为常的活动都蕴含着计算思维，菜谱就是算法设计的一个例子。菜谱会将一道菜的烹饪步骤一一罗列出来，比如将食材切成块状、将油倒入锅中加热等，不会做这道菜的人，只要按照步骤操作，就能做出来。这种把解决问题的过程分解、细化并且明确到每一个步骤和方法的思维活动就是计算思维。在小学信息科技课程教学中，培养学生的计算思维不仅是《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的要求，也是在大数据、人工智能等技术不断发展背景下的信息时代要求。本文以三年级上册“赛车游戏”一课为例做具体说明。

一、创设情境，激发学习兴趣

兴趣是最好的老师。小学生因为年龄较小，生活经验不足，所以在学习编程时常常会遇到困难，如条件判断、循环操作等概念对小学生来说既遥远又抽象，很难理解。因此在教学中，教师要有意识地创设生动具体的场景，引发学生情感共鸣，激发其内在的学习动力。

在教学“赛车游戏”一课时，教师通过无人驾驶汽车导入课程内容，结合学生看过的科幻电影创设情境：在不久的将来，人们如何设计出一辆能自动行驶的汽车？将角色运动和方向调整的相关指令融入学习任务情境中，激发学生的创造愿望和兴趣，培养学生的想象力和创造力。创设情境要结合学生的思维发展特征，结合学生的生活实际，拉近学生与所学内容之间的距离。创设的情境还要利于学生动手实践，教师应鼓励学生自主探索、动手实践、合作交流，在自主实践中深化对知识的理解。同时，创设的情境也要具备宽松、民主、安全、和谐的课堂学习氛围，让学生敢于表达，使其在轻松愉快的氛围中主动学习，让课堂真正成为学生展示自我的舞台。

二、分析任务，引发计算思维

具体的课堂教学设计要以任务驱动为平台，紧扣“赛车游戏”的学习任务，将其概括为“编写程序脚本，让赛车从赛道起点跑到终点”，并进一步细化分解为“起步”“连续行驶”“修正方向和停车”这三个具体的子任务。其中，赛车起步时要移动到固定的起点，摆正车头，初始化赛车的位置和方向，这样赛车才能顺利驶入赛道。连续行驶需要赛车角色能沿着预定的方向连续前进，修正方向和停车则要求赛车在行驶过程中能检测到弯道和终点，行驶到特定位置时能自主修正方向和停车，实现无人驾驶。

上述过程通过对计算思维的分解与评价，把大任务拆解成具体的小任务，把复杂任务拆解成简单任务，把陌生的情境拆解成能用已有知识解决的熟悉情境，与图形化编程的知识点、学生计算思维能力的发展阶段相匹配，充分体现了“自顶向下，逐步求精”的结构化程序设计理念。通过任务驱动，学生能够明确自己的思考过程，把脑海中的想法分解、转化为图形化的编程指令，进而引发计算思维。

三、编写程序，提升计算思维

通过上述情境创设以及任务分析，学生对本课的编写程序已有了具体了解，需要实现的功能简单明确，能通过基本的编程指令来描述解决。接下来，要给予学生时间和空间，让学生自主设计算法以及编写程序。

赛车在起步时要移动到起点，摆正车头方向使用“面向90度”控件，这样就能顺利起步驶入赛道。经过任务分解，学生很容易把要实现的功能和图形化编程指令一一对应起来，加深对各种指令的理解。赛车连续行驶要求赛车角色不断地执行“移动1步”控件，并和“重复执行”控件搭配使用，组成循环结构。

赛道是弯曲的，赛车连续直线行驶就会驶出赛道进入绿色的草坪区域，要及时修正方向，可以在车头左右两侧各设置一个传感器，转弯时一旦触碰到绿色草坪就提示修正方向。停车需要检测赛车是否碰到了红色的终点标志，碰到即停车。赛车在行驶过程中要每时每刻检测是否碰到绿地和红色标志，一旦碰到要立即修正方向或者停车。通过侦测控件实现条件判断结构，遇到特定情况时程序能采取对应的措施，就像人在开车一样，渗透了模式识别的理念，用程序来描述现实世界的变化，实现了从无序到有序的转变。

四、合作交流，完善计算思维

建构主义理论认为，学习是学生依据其已有的知识和经验所进行的主动建构，鉴于个体的特殊性，各个学生有其不同的学习态度、思维方式和认知风格，每个人都以自己的方式理解教师的要求，因而其活动结果必然存在差异。认识并非纯粹的个体行为，而是不同个体之间表达、交流、质疑与反思，据此不断改进的过程。因此，需要安排小组合作，在小组中交流各自的想法。

小组合作中，经历不同观点的碰撞，学生思路得到纠正，疑惑获得解决，思维漸趋完善，在相互印证中形成共识。在“赛车游戏”中，有的学生对角色左转或右转没做区分，有的分辨不清，有的对角色位置定位不准确，有的没有意识到要重复检测弯道和终点。怎么突破这些难点？通过小组交流，学生们受到启发，纷纷针对各自的疑问进行操作尝试。通过实际体验和程序验证的方法，学生可以清晰地看到每一条指令的执行效果，发现自己的程序哪里出了问题。

五、反思总结，升华计算思维

研究表明，计算思维所要求的核心技能与数学、科学等学科核心素养有明显交叉，如计算思维的核心技能“抽象”，体现为数学中的“抽象推理”“通过反复推理寻找和表达规律”等。反思是以学生尝试后获取的经验为思考对象，从中抽象概括出知识技能或将知识归纳整理形成结构。其一，学生通过整理本课知识，形成“赛车游戏”起步、连续行驶、修正方向和停车这几个主要步骤以及每一步的程序编写；其二，积极思考侦测控件还可以拓展和运用到哪些类似的学习任务中。在学生概括总结的过程中，教师配以板书、流程图，简要、直观地呈现本课知识，在帮助学生形成知识框架的同时，进一步升华其计算思维。

综上所述，在教学中，教师创设情境激发学生的学习兴趣，通过任务分解引发计算思维，学生亲身尝试、主动编写程序，感受计算思维，在合作交流中改正和完善自己的计算思维，并通过辨析、追问促使计算思维不断攀升，推动进一步发展。