指向计算思维的小学信息科技问题解决式教学策略

石凯

摘要：本文以“教室智能照明系统”项目为例，详细地阐述了指向计算思维的小学信息科技问题解决式教学策略的实践，并得出以下思考：①真实问题是学生学习的起点；②学习支架是学生思维的脚手架；③计算思维是学生学习的聚焦点。

关键词：计算思维；小学；问题解决式；信息科技

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）02-0063-03

熊璋教授提出：“计算思维是信息科技学科里最本质的（东西），也是我们最应该拎出来的。”[1]但目前仍有很多信息科技教师对计算思维培养的认识存在偏差或误区，有的教师认为计算思维只不过是炒作名词概念，有的教师认为计算思维可以通过步骤讲授等传统方式进行传授。笔者认为，在小学信息科技教学中必须牢牢把握计算思维这一核心目标，采用问题解决式教学培养具有良好计算思维品质的学生。下面，笔者以“教室智能照明系统”项目为例，具体谈談指向计算思维的小学信息科技问题解决式教学策略的实践与思考。

计算思维与问题解决式教学

计算思维是一种有效利用计算机原理和工具解决问题的策略，它隶属于问题解决的范畴，其概念的通用界定包含四个步骤：①分解。把问题分解成更小的部分。②模式识别。在这些较小的组件中寻找模式。③抽象。专注于重要的细节，忽略无关的干扰。④算法设计。先找到解决小问题的方法，并逐步找到主要问题的解决方案。

问题解决式教学可以借助实物、多媒体、游戏、故事等创设直观性、趣味性、挑战性的问题情境，通过调动学生学习计算问题的内驱力，引导学生建构信息科技知识体系，启迪创新思维，培养计算思维素养。

指向计算思维的小学信息科技问题解决式教学模式

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中指出：“具备计算思维的学生，能对问题进行抽象、分解、建模，并通过设计算法形成解决方案；能尝试模拟、仿真、验证解决问题的过程，反思、优化解决问题的方案，并将其迁移运用于解决其他问题。”根据新课标内容，笔者通过实践构建了指向计算思维的问题解决式教学模式（如下页图1）。

问题解决式教学案例分析—以“教室智能照明系统”项目为例

“教室智能照明系统”项目以新课标中“过程与控制”部分要求为依据，结合教室里的真实照明问题，让学生在解决问题的过程中充分理解过程与控制系统的实现过程，内化计算思维解决问题的学科思维方法，实现学科知识与学科核心素养的双重螺旋上升。

1.发现真实照明问题，增长抽象思维

问题解决的第一步是提出问题，而且提出的问题要与学生的日常生活学习紧密相关。在“教室智能照明系统”项目中，教师首先播放了视频—《教室里照明灯的烦恼》，引导学生分析教室里的照明问题。学生发现无人时开灯浪费电，光线暗时不开灯会伤害眼睛。于是，教师引导学生思考是否可以设计开发一个教室智能照明系统来解决教室照明问题，并使用“如果……那么……否则”自然语言描述教室智能照明问题解决方案。学生经过小组讨论后得出如下解决方案：①如果有人，那么灯亮；否则，灯暗。②如果光线暗，灯亮；否则，灯暗。③如果有人且光线暗，灯亮；否则，灯暗。通过一系列思维的碰撞，学生将复杂的智能教室照明系统抽象为判断是否有人、判断光线亮度的过程，抓住了解决问题的核心要素。教师成功引导学生根据生活中的真实经历提出问题，组织学生通过思维碰撞共同界定问题、分析问题，并用最简单的语言抽象问题，有效帮助学生把生活经验转换成算法思维，启发学生用计算机科学思想思考问题。

2.分解复杂计算系统，发展计算思维

在将复杂问题进行分解时，可以引导学生使用思维导图、流程图等可视化工具分析解决问题的关键要素，将一个大问题分解为多个小问题，并根据已有知识经验尝试不同的解决方案，一步步促进计算思维的发展，并真正成为真实世界问题的解决者。

在“教室智能照明系统”项目中，学生已经发现了教室智能照明问题，并学会进行问题抽象得出教室智能照明系统的总体分析。但教室智能照明系统是一个较为复杂的计算系统，学生要学会根据“过程与控制”的原理和“输入—计算—输出”三个环节进行系统性思考。因此，教师要引导学生学会使用流程图（如图2）将自然语言转化为算法语言，清楚直观地展示教室照明系统的工作过程，并逐步引导学生识别出系统中的“输入”“计算”“输出”三个环节，从整体到模块，使其深入理解教室照明系统的工作原理，为后续思考和分析其他的过程与控制系统打下基础，使学生的计算思维得以有效发展。

3.搭建模拟计算系统，提升算法思维

流程图给出了计算系统的基本模型，但要把呈现的模型变为现实，学生需要经历真实的计算系统搭建，在实际编程解决问题的过程中提升算法思维。教师要引导学生抓住流程图中的关键环节，在图形化编程软件中找到实现相应功能的控件进行替换进而呈现系统效果。

在“教室智能照明系统”项目脚本搭建的过程中，学生必须处理好顺序结构、分支结构和循环结构的控制关系。在本课的程序中，难点在于双分支语句的嵌套。在“判断是否有人”的双分支语句中，如果判断出“有人”的情况，则在“有人”的条件下嵌套一个“判断光线是否暗”的双分支语句。在硬件方面，利用主控板、传感器和灯等硬件设备搭建模拟实现系统功能。在脚本搭建过程中，学生要根据检测的值进行合理判断，针对出现的问题不断调整参数，模拟照明系统的实现。在本程序中，主要检测两个值。首先，利用“人体红外传感器”检测是否有人，如果检测出的值为“1”则表示有人，否则表示没人。其次，利用“光敏传感器”检测光线值，具体光线值小于多少表示光线暗由学生自己设定。在调试、优化的过程中，学生运用信息科技模拟生活中的过程与控制系统，切实体验、感受和验证系统控制的环节和原理，计算思维也得到了进一步强化。

4.真實效果检测迁移，深化计算思维

新课标提出：“要能够列举身边的控制系统，并能通过识别和区分控制系统的输入、计算和输出三个环节描述身边的控制系统的工作原理，感受信息科技对人们生活的重要影响，激发学生主动了解信息科技未来的发展方向。”问题解决能力是将解决问题的过程中形成的思维模式灵活地应用于生活中的其他领域，这也是促进学生计算思维系统化的关键。

在“教室智能照明系统”项目中，教师引导学生进行交流分享，列举出在学习和生活中的过程与控制系统实例，并用“输入—计算—输出”三个环节来描述。教师通过开展交流分享活动检验学生对生活中过程与控制系统的认识，促进学生从系统到具体模块来思考问题，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，学生的计算思维得以进一步深化和延伸。

思考

1.真实问题是学生学习的起点

教室智能照明系统的设计与开发对小学生来说很真实，他们能够把自己学到的信息科技知识与技能运用到实际生活中去。这样真实性的学习可以让计算思维在教学中生发，实现知识的迁移。

2.支架是学生计算思维的脚手架

在学生自行进行问题解决的过程中，教师需要给予支持和帮助，即提供各种各样的学习支架，如典型范例、流程图、思维导图、微视频等。

3.计算思维是学生学习的聚焦点

在小学信息科技教学过程中，教师要始终将计算思维作为聚焦点，引导学生进行问题的分析、抽象、建模和解决。通过聚焦计算思维，使学生能更加灵活地应对复杂多变的信息，具备持续学习和适应变化的能力。

结束语

指向计算思维的小学信息科技问题解决式教学策略，就是要以学生为中心进行教学设计。教师要基于真实的问题情境，引导学生主动发现问题，并依据学生的最近发展区，设计有逻辑、有梯度的问题链，通过问题解决层层推进教学。这种教学方式既让学生学到了知识，又培养了学生解决问题的能力和创新的精神，并让学生体会到了探究知识的乐趣。[2]

参考文献：

[1]熊璋，赵健，陆海丰，等.义务教育阶段信息科技课程的时代性与科学性—《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》解读[J].教师教育学报，2022（04）：63-69.

[2]刘楠，李文胜.问题解决式教学在初中地理教学中的实践[J].基础教育课程，2019（06）：61-63.