基于计算思维培养的“互联网信息处理”单元教学设计探索

摘要：本文以义务教育阶段信息科技课程“互联网应用与创新”模块中的“互联网信息处理”单元为基础，基于计算思维培养与跨学科综合思维能力培养，选用“探秘黄金分割”项目，引导学生利用互联网开展跨学科研究，从不同角度抽象并界定问题、对问题进行量化、建立模型、得出结论或完成计算，进而提升学生的信息意识、数字化学习与创新能力，帮助学生发展计算思维，提升综合思维水平。

关键词：计算思维；互联网信息处理；单元教学设计；跨学科学习

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）20-0000-03

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”》）指出，信息科技课程要培养的核心素养，主要包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。其中，“计算思维”是信息科技学科核心素养培养的重点，亦是难点。同时，《义务教育课程方案（2022年版）》提出，各门课程原则上要用不少于10%的课时设计跨学科主题学习。

“互联网应用与创新”是第四学段的起始模块，该模块的内容要求“学生能够根据学习和交流的需要，使用互联网搜索、遴选、管理并贡献有价值的数据和资源，能够创建具有特色的作品”。该内容可加深学生对互联网的认识，帮助学生形成利用互联网基础设施和计算思维方法解决学习和生活中各种问题的能力，对学生信息科技学科核心素养的提升具有重要作用。

那么，如何在互联网信息处理中发展学生的计算思维？能不能将计算思维的培养与跨学科学习结合起来？项目如何选择？活动如何设计？这些都是值得教师思考的问题。

用——计算思维发展之源

计算思维要想获得发展，必须将其运用到“解决问题过程中”，也就是要“用”起来，要创设真实的情境，让学生在情境中经历解决问题的过程，对面临的问题进行抽象、分解、建模，然后设计算法，形成问题解决方案，不断反思、优化该方案，并将其迁移运用于其他问题的解决。

融——跨学科学习落实之本

信息科技课程具有基础性、实践性和综合性特点，具有“跨学科”属性。因此在教学中，教师要将跨学科学习与信息科技课程融合起来，采用在线学习、合作学习方式，解决跨学科学习问题，边学边用。这样既能提升课时的利用率，也能增强学习的有效性。

择——互联网信息处理入课之径

在“互联网信息处理”中融入跨学科学习，发展学生的计算思维，项目选择是关键。教师要着眼于学生的最近发展区，为学生提供有知识或经验基础且有一定难度的内容，调动学生的积极性，发挥其潜能，使其能在项目活动中超越最近发展区而达到下一发展阶段。

教——案例：“探秘黄金分割”项目

1.课标分析

本单元的核心关注点是互联网信息的处理，主要涉及的学科核心素养是数字化学习与创新、计算思维。在完成本单元的学习后，学生可以将学习到的互联网信息获取与互联网作品创建的相关知识运用到实际学习研究中，深刻领会互联网在学习、生活中的作用，逐步形成解决在线学习问题的基本模型，为后续学习奠定坚实基础。

2.教学目标

①经历对“探秘黄金分割”项目的探究与学习，体验线上交流小组的组建与管理，掌握互联网资源获取、遴选、分类保存的方法，学会协同编辑在线文档，提升数字化学习能力；

②对“探秘黄金分割”项目开展跨学科、有重点的探究，尝试抽象并界定问题、对问题进行量化，进而建立模型、得出结论或完成计算，逐步学习用计算机领域的思想方法解决实际问题，发展计算思维；

③综合运用信息科技、数学、语文、美术等多学科知识创建具有特色的作品并进行展示，提升综合思维能力。

3.策略分析

“探秘黄金分割”项目涉及数学、生物、美术、音乐、日常生活等多个领域，具有典型的跨学科性质。本单元教学将互联网信息处理中的信息搜索、信息管理、团队组建、在线交流、协同写作、作品呈现等，整合到学生“发现问题→组建研究团队→确定研究主题→开展研究活动→表达研究成果→进行研究总结”的全过程中，引导学生利用互联网开展研究，探索黄金分割的秘密，获得对黄金分割更全面、更深刻的认识，提升学生的信息意识、数字化学习与创新能力。同时，在探究黄金分割的过程中，尝试从不同角度抽象并界定问题、对问题进行量化，进而建立模型、得出结论或完成计算，逐步掌握探究数理类问题的一般步骤，帮助学生发展计算思维。

4.课时教学过程安排

尽管黄金分割涉及诸多领域，但这是一个与数字和计算相关的问题，可以用计算机科学领域的思想方法来进行研究。课程环节及安排如下表所示。

评——学科核心素养落实的关键

本项目关注学科核心素养在项目活动中的落实，采用自评+互评、结果+过程、量表+观察的方式进行评价。在项目开展过程中，用项目活动记录表约束进程，在整体项目完成后，用评价量规从整体上考察学科核心素养的落实情况，具体评价内容为：①能针对一定目标，通过互联网，多渠道获取所需信息，掌握互联网信息搜索的基本方法（A，T，I）。②能科学组建并管理在线团队，合理利用互联网平台开展在线交流与协同写作（I，R）。③能依据一定的目标，对获取的信息进行鉴别，遴选出有价值的信息（A，I）。④能够结合实例，对信息进行分类整理与管理（T，I）。⑤能从不同角度抽象并界定问题、对问题进行量化，进而建立模型、得出结论或完成计算，掌握探究数理类问题的一般步骤（T）。⑥能用恰当的形式表达研究成果并发表在互联网中，为互联网贡献有价值的信息（R）。（说明：A-信息意识，T-计算思维，I-数字化学习与创新，R-信息社会责任）

析——基于计算思维培养的探究学习步骤细化

在基于计算思维培养的互联网信息处理单元教学中，最重要也是最难的是如何引导学生运用计算机领域的思想方法解决面对的问题。下面，笔者以生物小组为例，解释学生探究时的具体步骤。

第一步：抽象并界定问题

生物小组遇到的问题可以抽象为：利用一定的手段，获取目标生物体的特定生长特征数据，分析不同类别数据间的关系，发现并归纳其中的规律。生物小组的学生可将问题界定为：如何获取目标生物体的特定生长特征数据；如何对数据进行分析，并发现其中的规律；如何科学、规范地呈现研究结果。

第二步：量化

量化是将信息用数值或符号来表示，转化成计算机可以处理的方式。生物小组的学生可分成两个小队，对动植物的生长特征数据进行收集整理。一队负责实地测量，另一队借助互联网查找资料，两队通过在线文档实时编辑、汇总数据，并与互联网中的其他生物小组共享资料，形成多张数据表。

第三步：建立模型

建立模型是在量化的基础上，构建各变量之间的数学关系，建立“可计算”的数学公式或用数学语言进行描述。生物小组的学生对收集到的数据进行分析，发现可以从以下几方面建立数据模型：①可通过计算枫叶宽度（B）/枫叶叶脉长度（A）来寻找枫叶叶脉长度与宽度之间的关系；②在将图1中的数据剔除重复数字后，可得到一组数据：3，5，8，13，21，34，55，89；将图2中的数字列举出来，可以得到一组数据：1，2，3，5，8，13。两组数据有部分重合。去重后整理可得到一组新的数据：1，2，3，5，8，13，21，34，55，89（形成的新数列）。

观察新数列（斐波那契数列），可发现两个特征：①自第三项开始，后面的每个数字都是该数字之前的两个数字之和；②可计算该数列中相邻两个数字的比值，寻找其与黄金分割之间的关系。

第四步：得出结论或完成计算

生物小组可利用在线文档中电子表格的计算功能，按照在第三步探索出的数据模型，计算出枫叶叶宽与叶脉长度的比值、新数列中相邻两个数字的比值。通过数据，学生能够发现枫叶叶宽与叶脉的比值在0.618附近波动，其平均值接近黄金分割比；在新数列中，随着项数的增加，相邻两个数字的比值逐渐接近黄金分割比。由此，生物小组得出如下结论：许多生物中都隐藏着黄金分割的秘密，但生物的生长在共性中有其个性，并不是千篇一律的，也很难用公式准确衡量。所以，生物的生长模式总是一步步接近，但从未达到精确的黄金分割比例。

思——信息科技教学能力提升之道

计算思维为学生提供了一个跨领域的问题解决框架，它不仅适用于计算机科学，还适用于包括自然科学、社会科学在内的所有学科。这种思维模式有助于学生形成全局观念，从而使其能够更好地理解和解决复杂问题。

参考文献：

中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.