小学信息科技中计算思维培养的实践探索

【摘 要】本文阐述小学信息科技课程中的计算思维教学策略和方法，探索如何培养学生的计算思维。

【关键词】计算思维 编程教育 问题解决

随着信息科技的快速发展，计算思维已经成为近年来备受瞩目的一种解决问题的思维方式。在教育领域，计算思维的培养引起了广泛关注。通过信息科技等手段，培养小学生运用计算思维解决学习、生活以及日后工作中的真实问题的能力，已成为小学信息科技课程的重要目标，也是信息科技课程的核心素养要求。

一、计算思维的定义和名词解释

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》指出：“计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在问题解决过程中涉及的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动。”具备计算思维的学生，能对问题进行抽象、分解、建模，并通过算法设计形成解决方案；能尝试模拟、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。

抽象是指关注重要的特征，忽略不相关的细节，包含量的抽象、关系的抽象、对象的抽象等。例如，常见的地图APP把一条条复杂的、各不相同的道路抽象成一条条线。

分解是指将一个大问题分解成一些相对更易于理解、更容易完成的小问题，以便于学生独立依次完成或者多个学生分工合作完成。任务分解不是信息科技课程独有的，它在学习、生活、工作中都会用到。

建模是指建立模型，发现问题之间的相似性。建模使我们的问题更容易解决，我们可以在模型相近的地方，使用相同的问题解决方案。例如，用Scratch绘制正方形等正多边形的过程中，学生总结出画正多边形的通用模型后，就可以快速解决其他相似问题。

算法设计是指计算思维中的算法。我们可以将其通俗易懂地理解为“解决问题的方法和步骤”。在计算机编程中，算法就是一系列的步骤，用来解决特定的问题。这些步骤需要按照一定的顺序来执行，最终得到我们想要的结果。

二、小学信息科技中培养计算思维的必要性和重要性

计算思维对于信息科技课程和人的需要来说都是非常重要和必要的。作为信息科技教师，我们应该教授学生计算思维的基本概念和方法，并通过实践和案例分析等方式来培养学生的计算思维能力，从而为他们未来的学习、生活和工作打下坚实的基础。

从信息科技课程本身来看，计算思维是非常重要的，它是信息科技课程的核心素养之一。信息科技课程涉及计算机科学、计算机工程、软件工程、人机交互等多个方面，这些方面都需要计算思维来进行方案设计和问题解决。

从人的需要来看，计算思维也是非常必要的。在当今信息时代，人们面临的问题和挑战越来越复杂和多样化，需要一种更加高效和系统化的思考方式来应对。计算思维可以帮助人们更好地理解和应对这些问题和挑战，从而提高工作的效率和质量。例如，在工作中把大的任务分解成小任务，并安排合适的人员去解决，这是“多进程并发”思维，可促进任务的完成。

三、在小学信息科技课程教学中培养计算思维

计算思维的培养途径有很多，不是只有信息科技课程才能培养计算思维，各学科都能培养计算思维。本文研究信息科技课程培养计算思维的方法。

1. 在算法中学习计算思维。

“身边的算法”是新课标第三学段的重要模块，主要内容包括算法的描述、执行和效率等，主要使用贴近学生的生活和学习的算法，初步培养他们使用计算思维解决实际问题的能力。计算思维的各个核心要素包括算法的设计、算法的验证、算法的反思总结、算法的应用等，有助于学生构建计算思维基础知识体系，让学生系统地学习计算思维，并使用计算思维解决实际问题。

2. 在编程应用中培养计算思维。

编程是小学信息科技教学的重要组成部分，也是培养计算思维的重要途径和重要手段。学习编程，可通过完成项目使计算思维的概念具体化。小学计算思维培养过程中的常用编程工具有scratch和慧编程等。

以《猜数游戏》教学为例，教师可先请两个学生在讲台前面示范玩猜数游戏，再让所有学生体验电脑版的猜数游戏，经历真实的游戏过程。在玩的过程中，全体学生明白了游戏规则（抽象）。而后，教师再适时在黑板上板书流程图，让学生用自然语言进行描述（算法），接着让学生根据流程图分析，要设计出这个程序，需要先做什么、再做什么（分解和算法），再根据分解出来的任务依次解决。调试好程序后，教师引导学生思考如何优化程序，让程序运行得更好（优化、迭代），并且在布置作业时推广迁移到解决其他问题，让学生经历“体验—分析—设计—调试—优化—迁移（举一反三）”的全过程，从而培养学生的计算思维核心素养。

3. 在设计类应用软件教学中培养计算思维。

在设计类应用软件教学中，教师可引导学生设计出自己的作品，在设计和实践时培养学生的计算思维能力，打造项目式、主题式的实践性课堂。在教学过程中，教师应该给予学生充分的授权和自主学习空间，让学生独立完成一些项目设计任务，并自己整理学习内容，做出自己的成果，提高计算思维的能力。

如在电子报刊、电子文稿的设计创作教学中，上课伊始，教师可展示优秀作品，确定一个主题；然后分析这个主题（分析），让学生思考准备从几个方面来设计（分解）；先设计哪个部分，再设计哪个部分（算法）。是否有类似的设计（模式识别），如果有就用原来的解决方案来设计；如果没有设计过类似的，就重新规划设计，形成解决方案，并去实践设计出作品，分享给同学和教师，而后让学生之间互相点评或者让学生自我反思，找到设计不好的地方进行优化、改进。

4. 在理论课中渗透计算思维。

设计类课程可以做项目来培养计算思维，编程类的课程可以提升计算思维，那么理论课没有解决问题、完成项目，它可以培养计算思维吗？笔者认为，理论课也可以渗透计算思维的知识。

以《人工智能在身边》的教学为例，认识人工智能能“听、说、看、想”，这只是会使用，没有涉及信息科技的思考方法，也就谈不上计算思维的培养。有鉴于此，笔者在课上引导学生反思人工智能能“听”背后的工作原理，虽然学生不一定想得出来，但是已经有这个反思的意识，这就渗透了计算思维的发展。学生在学习中还认识到人工智能“深蓝”开始时还多次输给人类，AlphaGo也不是一设计出来就能赢得世界围棋冠军，所以人工智能也要不断地经过优化、改进和迭代，才能不断完善。优化、改进和迭代是计算思维的重要思想。

此外，新知探究过程中可以培养学生的计算思维，课堂反馈、课外作业也能培养学生的计算思维：反馈的时候，教师可以让学生说一说同学的回答有什么地方可以改进、优化；课外作业的过程就是学生独立解决问题的过程，也是将课内所学应用于学习、生活的过程，举一反三的过程。学生能够举一反三，是其具备计算思维的重要标志。

综上所述，在小学信息科技课程中培养学生的计算思维是非常重要和必要的。信息科技教师应该积极承担起培养学生计算思维的重任，不断探索信息科技课堂中发展计算思维的途径和方法，培养学生解决学习、生活和以后工作中遇到的真实问题的能力。

（作者单位：福建省福清市融西小学）

［1］陈艳影.基于计算思维培养的Scratch编程教学——以“小猫走迷宫”的教学为例［J］.新教师，2021（02）：89-90.

［2］熊宇红.计算思维是什么，如何培养［J］.中小学信息技术教育，2023（02/03）：23-26.

［3］熊璋，邵红祥.重塑信息科技教育［J］.中国信息技术教育，2020（02）：4-9.

本文系福清市教育科学研究“十四五”规划2021年度课题“基于‘多元结合’的信息技术课堂深度学习研究”（课题编号：FQ2021GH098）的研究成果。