计算思维培养教学核心问题的策略分析

赵振囡

摘  要：基于《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》对学生核心素养的要求，文章将以培养学生计算思维能力为核心，围绕信息科技教师如何设计课堂教学展开论述，以《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》第二学段为例，从分析计算思维培养发展的现状以及教学对象的特点，明确计算思维的内涵及特点，结合三、四年级模块的计算思维教学培养目标，阐述提升课堂教学的核心教学策略的重要性、原则和基本策略。

关键词：计算思维；课程目标；教学核心问题；学习迁移；分解问题

中图分类号：G434    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）20-0062-05

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称新课标）全面落实习近平总书记关于教育的重要论述和指导思想，重新定义了课程方案、课程标准，對课程性质和课程理念进行了更加深刻的解读。新时代的信息科技教师在培养学生计算思维的过程中，要深入理解新课标的方向和思路，并在教育教学实践中实施。

教师教学能力的提升表现为能在教学过程中准备把握教学目标，精准地设计教学问题，有效实施教学活动。教师要以实现计算思维学段目标为教学宗旨，在课前准备教学过程中，准确把握每个教学单元、每个知识章节教学核心问题的设计，帮助学生把握解决问题的核心，提升准确分解、解决问题能力，最终促进学生计算思维的培养。小学三、四年级学段的学生处于成长发育旺盛阶段，信息应用能力及逻辑思维能力等方面逐渐趋于成熟，此时是培养信息素养，提升计算思维能力的绝佳时期。教师应该具有较强的教育敏感度，善于捕捉这一学段学生的特点，把握好培养学生计算思维的契机。

一、计算思维培养发展现状及学情分析

计算思维的培养在K-12教育体系中占有重要的地位。各个国家及地区从课程项目、培养标准、研究机构、实施工具和师资培训等多个方面开展计算思维培养，并将计算思维应用在跨学科学习方面。但不同国家地区对计算思维培养的理解、开展途径、评价角度和方式也是不同的［1］。

我国新课标对计算思维培养的指导和规划契合了国家的发展进程。传统信息技术教师通过三维目标来实施教学，教学内容多是关于计算机技术的传授，教学过程过于刻板，教学活动较少涉及跨学科，使学科本身被孤立于其他学科之外，计算思维能力被忽视，教学效果也偏离了学生信息素养的培养，导致学生学无所用。目前，国外计算思维研究较为成熟，而我国关于计算思维的研究与国外相比还处于初级阶段。专家建议我国在未来开展计算思维培养上可将重点放在基础教育阶段。例如在基础教育教学中，教师要借助编程语言的教学设计探索计算思维培养的有效方式和途径；教师要尝试利用信息工具构建有效的学习环境；教育部门和相关单位要健全计算思维培养的有评价体系等［2］。

教师对计算思维的培养应该做出改变，以新课标为契机，以K-12教育理论为理论基础，教师需关注以下方面的改变：改变陈旧的教育观念，主动调整传统的教学方式；研究新课标，学习先进的教育理念和教学方法指导教学实践活动；走进学生生活，深入了解学段学生的身心发展特点，为有效教学打开思路；善于利用多种教学手段，主动创设活跃的教学氛围，为培养学生的思维创设环境；勇于自我批评，进行教学反思，通过教学评价，在不断地思辨中寻求新的教学思路和方法。

三、四年级学段学生的感知觉发展较快，随着教学过程的深入，感知觉的有意性和目的性会得到明显发展和提升。大脑不断趋于发育成熟，可以根据学习活动和教师的要求逐渐提高自觉性，在学习活动中注意力的质量也不断发展，更加稳定，分配和转移能力逐渐提高。据调查，7—10岁儿童可以持续集中注意力20分钟左右，注意力可以起到主导地位。随着生长发育、接受教学活动的指导、知识的丰富，有意记忆逐渐超过无意记忆，意义记忆逐渐超过机械记忆，抽象记忆逐步超过形象记忆。为培养学生的学习迁移能力奠定了生理基础。

三、四年级的学生词汇量增加，对语义的理解力逐渐合理完善，语言表达能力逐渐连贯丰富，逐步以形象思维过渡到抽象逻辑思维，随着生长发育及学习经验的积累，开始能够理解事物之间的内在联系，并能进行简单的分析和概括，对于一些抽象概念也会有初步的理解和认识，思维能力开始有了质的飞跃。计算思维的提升基于学生在生活学习中对文字的理解程度，语言能力的发展可以促进学生对文字的理解能力，这时对于学生计算思维的培养是非常宝贵的时机。

二、面向计算思维培养的学生关键能力

三、四年级学生具备计算思维能力有哪些表现？新课标按照学段划分了计算思维教学目标，第二学段计算思维培养目标要点中指出，在简单问题的解决过程中，有意识地把问题划分为多个可解决的小问题，通过解决各个小问题进而解决整体问题。可明确“培养学生问题分解能力”是培养第二学段学生计算思维的关键能力之一。“能根据需要选用合适的数字设备解决问题，并简单地说明理由。”“依据问题解决的需要，组织与分析数据，用可视化方式呈现数据之间的关系，支撑所形成的观点。”这两处要点需要学生基于过去学习经验积累和提炼知识，并结合新知识加以综合运用，所以“培养学生学习迁移能力”也是关键任务之一。教师要在教学中准确理解、把握这两个关键能力，并在教学实践中围绕这两个关键能力设计核心问题，设计教学环节［3］。

（一）分析学生的“迁移运用”能力

学习迁移运用能力贯穿着计算思维发展的全过程，三、四年级的学段是培养学生学习迁移运用能力的好时机、敏感期。该学段的教师在教学目标的设定、教学活动的设计、教学实践中对学习迁移相关的内容进行深入理解和研究并加以运用。

1. 理解学习迁移的内涵

对学习迁移的理解可以从教育心理学的层面展开，学习迁移作为教育心理学研究的核心课题，对开展计算思维教学有重要的理论依据和的实用意义。美国心理学家M.L比格指出，学习迁移是教育最后必须寄托的柱石。如果学生在学校中学习那些材料无助于他们进一步沿着学术的程序，不但在当前，而且在以后生活中更有效地应付各种情境，那么教育就是浪费他们的时间［4］。学习迁移一般指先前学习对后来学习产生影响作用，而且在认知过程、认知发展的研究中也占据重要的位置。迁移广泛地存在于知识、技能与行为规范的学习中，是学习的最重要现象之一。

2. 学习迁移的类别

学习迁移理论的研究起始于十九世纪后期，经历了多次的批判和变迁，早期迁移研究最大的贡献是提出了前后学习“共同元素”是迁移的基础这个重要理论观点。经过几个世纪的研究与探讨，现代心理学家以及教学家关于迁移的研究更加科学及广泛，研究者多从“学习情境”与“学习主体”两方面来研究“学习迁移”［4］。信息科技教师在教学中也可以借鉴这一研究思路，在教学实践中将计算思维培养中涉及“学习迁移”能力培养的层面分别从“学生的学习情境设计”和“学生主题因素”两点展开。

学习情境的迁移可以从前后学习之间的联系、前后学习的内容对比、学习迁移后产生的学习结果三个层面考虑。前后学习的联系表现为前后学习具备共同的内容、共同的能力、共同的方法、共同的策略等。不同的学习内容学习过程不同，运用的学习迁移的特点与规律也会不同。学习的结果表现在学习者学习知识的效果，不同的学习结果在获得、保持、灵活运用三个层次的表现也不同。

在学习主体的迁移中，主体的因素非常重要。在相同的学习情境中，同一学习主体也会产生不同的学习迁移效果；不同的学习情境中同一学习主体发生的学习迁移效果不同。有时学习情境只是为学习者实施学习迁移创造了必要或者非必要的条件，学习迁移能否具体实施，还要从学习者主体因素的维度对学习迁移做出分析。

（二）分析学生的“问题分解”能力

问题分解法已经被大量专家学者运用于多种专业领域，这种学习方法已被广大学习者和专家所认可。不同领域、不同层次的学习者对问题分解方法的运用存在差异。

1. 问题分解的误区

通常人们解决问题的方法是通过经验或调查研究理解问题，然后选择有效的方式和手段解决问题，虽然这种解决问题的方式效率很高，手段也很多样，但对问题本质的发掘不够，当学生遇到包含要素比较多元、元素关系较为复杂的问题，就会无从下手，毫无头绪。使用问题分解方法来解决问题则是通过分析问题本质，将问题的本质进行转化或置换后得以拆分，将复杂的问题简单化。

2. 问题分解的现代内涵

现代很多研究者在研究通过问题分解来解决复杂问题时，建立了主问题和子问题的结构，有的研究者也称总问题和子问题结构，简单来说是将要解决的问题（称为主问题、总问题）通过分析其内部要素，以及各要素与主问题的内在关系、各要素之间的逻辑关系，分解为多个子问题，并按照子问题之间的联系，设定求解的顺序，逐个求解每一个子问题的本质，最终将主要问题解决。

3. 结合教学对象分析问题分解的意义

计算思维是学生核心思维能力之一，广泛地表现在学生各学科学习过程中，例如信息科技教师可以在教学中适当借鉴在三四学段的数学学科的难度，例如在认识数字编码知识点时，可以通过跨学科活动引用数学学科认识数码相应章节的数学知识和数学活动。可以帮助信息教师更好地把握教学难度范围。

三、四年级学生计算思维培养过程要结合年龄特点，设置初级问题分解的方法，有效培养学生计算思维的意识和能力。他们逐步以形象思维过渡到抽象逻辑思维，随着生长发育及学习经验的积累，开始能够理解事物之间的内在联系，并能进行简单的分析和概括。三、四年级学生的词汇量增加，对语义的理解力逐渐合理完善，语言表达能力逐渐连贯丰富。

三、面向计算思维培养的核心教学策略设计

（一）“迁移运用”能力培养的策略

人类的学习活动离不开迁移，教育活动也不例外。学生在面临新活动和新任务时，都会有意或者无意地从过去学习的知识和技能中寻找某种联系。学习迁移能力是计算思维能力中非常重要、基本的组成部分，是解决问题、创造性思维培养所必不可少的核心。实现学生计算思维的提升，“学习迁移”的教学设计要做扎实。

1. 教材迁移

课程标准制定了不同层次学段的教学框架，教材为定义、概念、原理等内容做了最广泛、最科学的概括和描述。教师在教学中要注意因材施教，教材是教师教学的工具，并不是教育的全部，教师应该在落实课标及教学要点外，积极主动地调用单元知识、章节知识，甚至是教材之外的有效教学资源来服务于教学，补充、提升教学效果。教师通过教学研究和反思，可重组、调用其他章节或者知识点来实现本章节有效教学的实施，这是通过教材促进学生提升“学习迁移”意识和能力的基本途径［5］。

“温故而知新”道出了知识之间的内在联系，知识本身并不是孤立存在的，理论指导实践，实践检验理论，行之有效的教学应该是知识的串联，而不是知识的割裂，而在知识相互联系的过程中，学习迁移活动伴随着学习者的学习活动。教师在教学中，要把握学科知识的整体结构，对知识结构的纵横交错融会贯通，并在每个章节的教学中都能运用得柔韧有余，这样才能使学生对知识的学习迁移奠定良好的基础［5］。

2. 教学迁移

教师要利用好“学习迁移”理论中的“学习情境”和“学习主体”两个基本要素，深入挖掘教材中的思想和理念，根据学生的学段特征、生活经历、学习经验等实际情况，挖掘更丰富多彩的教学资源，布置更身臨其境的学习情境，设计更生动有趣的学习任务。教师也要善于利用学生的兴趣爱好特征，将教学情境与兴趣情境有效融合。

教师要分析发生学习迁移的各种学习情境有哪些；了解在不同的学习情境下学习迁移发生的特点与规律；不同的学习情境对同一学习对象产生不同的影响，学习迁移起到的作用和运用程度也不一样。教师可以在教学设计中尝试创设多种学习情境和学习主体的关系，从而发掘两者之间的科学关系。对于影响学习迁移能力的另一个因素“学习主体”而言，教师应该考虑学生对待学习的态度和意识、学生对前次学习的感悟、学生对前后学习差异的把握、学生发生学习迁移的主观能动性等。

3. 应用迁移

迁移运动是学习迁移能力中高阶的部分，即不仅能通过学习迁移理解、学习知识等学习内容，更能将通过学习迁移获取的知识运用到实践中，解决实际问题。在新课标中，在计算思维总目标中对迁移运用提出了要求，教师在教学实践中，要鼓励学生具备探索和分析问题的意愿，主动发现问题、探究问题、解决问题的过程可以促进学生迁移运用以往学习的知识、能力、思想意识等，特别是在遇到学习困难时，如果能表现出迁移运用的意志品质，将有效提升学习效果。新课标中指导教师在教学中通过开展“跨学科主题学习活动”，这也是促进学生发生“迁移运用”的有效教学措施。

（二）“问题分解”能力培养的策略

问题分解是将大的、模糊的问题进行拆解。这种解决问题的方法可以有效缩小研究问题的范围，降低要就问题的难度，更精准地把握要解决问题的关键。结合三、四年级学生的生理和思维发育的特点，教师可以通过以下核心问题来提升学生的问题分解能力，从而实现提升学生计算思维的能力。

1. 提炼原问题，确定总问题

描述问题简洁扼要。当学生在面对具体问题时，通常会面对一段蕴含逻辑的文字，或者一组相关联的数据，或是各种图表等多样的信息。鼓励学生首先能理解文字、数据、图表等信息表达的内在含义，并能划出信息中涉及的关键要素，然后抓住信息表达的主干，将信息化繁为简，最终通过精准的理解和简明的概括来描述问题，这样的描述其实也是总问题的提出，是问题分解法的关键。对总问题的描述要求一定要简洁明了，繁杂冗长语言往往会影响对问题的精准把握，以至于影响下面的分解问题的环节［6］。

教师充分利用教学方法。在信息技术课堂教学中采用多种教学方法促进学生把握知识整体性的能力，例如运用情景模拟、案例分析、自主探究等多种通用的教学手段，最终达到帮助学生理解、把握、描述问题的目的。

教师利用跨学科手段，帮助学生提升描述问题的能力。例如引用语文学科中提炼语句主干的学习内容。提炼句子主干，就是把单句中所有的定、状、补语去掉后剩下的部分。涉及的语文学习方法有：（1）意义法，即根据句子成分各自的含义去分析、推测。找出主、谓、宾的中心语，其余的都划掉。（2）压缩法，即把句中的附加成分定、状、补都压缩掉，剩下的就是句子的主干。（3）中心词法，依次找出主语中心语、谓语中心语、宾语中心语。三个中心结合起来就是句子主干。通跨语文学科的能力训练，提升学生提炼信息主干的能力和、描述总问题的能力及表达能力，最终促进信息学科计算思维能力的形成。

2. 拆分总问题，解决子问题

精准描述总问题，找出要求解的关键信息，把握信息包含的主要要素，即可以尝试划出总问题中的关键词，通过把握关键词拆分总问题，确定多个子问题，通过解决每个子问题来解决总问题。

首先，确定子问题之间的内在联系。中国的语言博大精深，蕴含着丰富的语义。语言传递的信息中包含的多个信息要点，这些关键的要点都可能成为子问题的集合。而子问题之间又存在着千丝万缕的联系，而不是孤立存在的，可能存在着空间、时间、因果等各种逻辑关联，教师在指导学生解决子问题时，要培养学生“立体思考”的思维习惯，从“纵、衡、时间”等多维度把握了问题的内在联系。

其次，迁移子问题与过去知识的联系。世界上没有任何一个教育过程是孤立的，教师在指导学生解决每个子问题时要引导学生充分发挥学习迁移的能力，回顾过去的学习经历，在经验中挖掘知识、技能、思想的内在联系，利用旧问题解决新的问题。

最后，挖掘子问题与未知知识的联系。解决问题的过程中会面对未知的知识，教师要鼓励学生，勇于尝试各种现代化信息手段和途径进行探究学习。在第三模块中，教学内容有“在线生活、在线学习、在线安全”，这些教学内容与计算思维培养的学段目标非常契合，所以教师要充分利用好这个契机，设计合适的教学活动，布置学习问题，培养学生学习探究的意识和能力。

3. 总结子问题，回归总问题

教师在指导学生解决问题过程中，要注意回顾知识、总结知识的环节。首先对于课堂教学时间跨越较大、课时较多的教学内容，对于这类课堂问题的解决，学生往往会在学习过程中对靠前时段的内容发生遗忘或者忽略，这样会导致在问题解决过程中发生偏差，所以在学习过程中，教师要经常对前面的子问题、总问题进行阶段性地总结和回顾，通过学习过程中的总结和回顾，可以让学生更好地把握研究学习的方面，及时发现并纠正存在的问题。

学生在学习终结时的总结和回顾，可以让学生站在更高的角度观察自己的学习研究过程，及时批判和反思。三四年级学段的学生“感知能力、注意能力、记忆能力、思维能力、语言表达能力”等方面都有明显的发展，教师要充分利用学生的特点，让学生活跃思维、头脑风暴，用自己的语言来概括每个阶段的研究情况，解决了哪些问题，是如何思考的。学生可以通过该环节不断提升总结概括的能力，不仅可以促进学生对知识理论的内化，同时也可以促进学生思维能力的发展，建立自信心，促进健全人格的形成。不仅有助于学生把握问题分解法解决问题，也有利于提升学生对问题分解法的认识，提高学生运用问题解法分析解决问题的能力。

参考文献：

［1］ 郁晓华，肖敏，王美玲. 计算思维培养进行时：在K-12阶段的实践方法与评价［J］. 远程教育杂志，2018，36（02）：20-30.

［2］ 范文翔，张一春，李艺. 国内外计算思维研究与发展综述［J］. 远程教育杂志，2018，36（02）：5-19.

［3］ 教育部. 义务教育信息科技课程标准（2022年版）［M］. 北京：北京师范大学出版社，2022，4-11.

［4］ 莫雷. 论学习迁移研究［J］. 华南师范大学学报（社会科学版），1997（06）：53-61+78+141.

［5］ 赵雪梅. 学习迁移理论在初中信息技术教学中的应用［D］. 南京：南京师范大学，2008.

［6］ 张俊花. 以问题解决能力为核心的初中生计算思维培养策略［J］. 中国信息技术教育，2021（20）：41-43.

（荐稿人：王伟，东北师范大学副教授）

（责任编辑：邹宇铭）

基金项目：中央电化教育馆“十三五”全国教育信息技术研究重点课题子课题“中小学生程序设计能力培养策略研究”（课题编号：JYKY161833696-223）。

作者简介：趙振囡（1983—），女，东北师范大学信息科学与技术学院硕士在读，深圳高级中学（集团）北校区信息中心负责人，信息科技学科教研科长，中学高级教师，研究方向为中小学信息技术教育教学管理、信息技术特色课程体系、学科创新课程开发。