摘 要：教育部在2017年的信息新課改中，將“計(jì)算思維”作為一個(gè)重要的核心素養(yǎng)提了出來。計(jì)算思維說得通俗明白一點(diǎn)就是如何解決問題，所以如何在小學(xué)信息課堂中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，下面我們就以一節(jié)Scratch課例談?dòng)?jì)算思維的培養(yǎng)

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；兒童心理發(fā)展；Scratch

一、 計(jì)算思維概述

什么叫計(jì)算思維呢？運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法形成解決問題方案的過程中，所包含的一系列思維活動(dòng)即計(jì)算思維。具備計(jì)算思維的學(xué)生在信息活動(dòng)中能夠采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問題，抽象問題特征，建立結(jié)構(gòu)模型，合理組織數(shù)據(jù)；通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用算法設(shè)計(jì)解決問題的方案；總結(jié)利用計(jì)算機(jī)解決問題的過程與方法，并將其遷移到與其相關(guān)的其他問題解決之中。

二、 計(jì)算思維的理論基礎(chǔ)

皮亞杰將兒童思維的發(fā)展分為四個(gè)階段

（一） 感知運(yùn)算階段（0～2歲）

能夠借助感覺和身體動(dòng)作來認(rèn)識(shí)和適應(yīng)外界環(huán)境，沒有“客體永存性”概念。

（二） 第二階段：前運(yùn)算階段（2～7歲）

語言能力迅速發(fā)展，他們開始運(yùn)用符號(hào)代替客觀事物。無法理解守恒原則，思維具有自我中心性。

（三） 第三階段：具體運(yùn)算階段（7～11歲）

思維具有可逆性、守恒性。開始具有邏輯思維和運(yùn)算能力，但離不開具體形象的支持。

（四） 形式運(yùn)算階段（12歲以上）

兒童思維是從具體形象思維發(fā)展到抽象邏輯思維，這體現(xiàn)了兒童發(fā)展的順序性，而小學(xué)階段正是學(xué)生由形象思維發(fā)展到抽象邏輯思維的高峰期，這也為計(jì)算思維的培養(yǎng)打了良好的思維基礎(chǔ)，因?yàn)橛?jì)算思維要求的分析問題，抽象問題特征，建立結(jié)構(gòu)模型，合理組織數(shù)據(jù)，這些都是抽象思維的能力，所以我們在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的同時(shí)，其實(shí)也在發(fā)展學(xué)生的抽象思維，促進(jìn)了抽象思維的發(fā)展，提升了學(xué)生的思維品質(zhì)。

三、 Scratch課堂培養(yǎng)計(jì)算思維的方法

使用計(jì)算思維來解決問題的一般過程如下：首先將復(fù)雜的問題分解成一系列小而易于管理的問題（分解）；對(duì)這些小的問題可以單獨(dú)觀察，考慮到先前已經(jīng)解決了類似的問題（模式識(shí)別）；可以分別仔細(xì)研究這些較小的問題，僅關(guān)注重要的特征，同時(shí)忽略了不相關(guān)的細(xì)節(jié)（抽象）；接下來可以設(shè)計(jì)用于解決每個(gè)較小問題的簡單步驟或規(guī)則（算法），形成解決問題的方案；對(duì)設(shè)計(jì)的解決方案進(jìn)行評(píng)估（評(píng)估）；最后，通過計(jì)算機(jī)輔助解決問題（應(yīng)用）。

（一） 通過思維導(dǎo)圖培養(yǎng)學(xué)生分析和分解問題的能力

思維導(dǎo)圖在分析問題方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，它將最終要解決的問題分解成一個(gè)一個(gè)小問題，最終并形成一定的解決步驟，在培養(yǎng)計(jì)算思維分析問題方面，確實(shí)是一個(gè)優(yōu)秀的訓(xùn)練方法。

比如在教授穿越迷路這一課時(shí)，通過思維導(dǎo)圖的梳理，我們很容易分解問題，形成解決步驟，完成穿越迷路的問題分三步：（1）舞臺(tái)繪制，（2）角色初始化——在腳本剛運(yùn)行時(shí)，主要對(duì)角色相對(duì)于舞臺(tái)的位置，以及隱藏還是顯示進(jìn)行初始化設(shè)置，（3）循環(huán)執(zhí)行三個(gè)功能模塊——角色移動(dòng)，障礙判斷，勝利條件。

（二） 總結(jié)模式，組織數(shù)據(jù)

模式涉及發(fā)現(xiàn)小的分解的問題之間的相似性，模式使我們的任務(wù)更簡單、問題更容易解決，因?yàn)槲覀兛梢栽谀Ｊ酱嬖诘牡胤绞褂孟嗤膯栴}解決方案。為了在問題之間找到模式，我們尋找與每個(gè)問題相同（或非常相似）的東西。

比如在教學(xué)Scratch畫組合圖形時(shí)，我以七巧板作為主題，分析圖形，七巧板之所以能拼出千變?nèi)f化的圖形，就是因?yàn)樗写笮〔煌钠邏K基本圖形，所以同樣我們要用Scratch定義好七塊基本的模板，體現(xiàn)“計(jì)算思維”中的合理組織數(shù)據(jù)的方法。

（三） 尋求最優(yōu)解，提升計(jì)算思維中的算法思維

我們可以將問題分解成較小的部分，然后我們可以按照合適的順序計(jì)劃如何組合起來以解決問題，該順序可以表示為算法。編程中特別強(qiáng)調(diào)算法的概念，在計(jì)算思維中，算法不是什么高深莫測的詞，簡單地說就是解決問題的方法。在小學(xué)信息課堂上我們絕對(duì)不能滿足于解決問題就行了，還要注重速度和效率，比如還是以教學(xué)Scratch畫組合圖形為例，我以七巧板作主題，七巧板之所以能拼出千變?nèi)f化的圖形，就是因?yàn)樗写笮〔煌钠邏K基本圖形，如果我們畫七巧板組合圖形時(shí)，還是用我們?nèi)粘＠L畫的思路一根線條一根線條地畫出來，這就不是最佳，最有效率的畫法，我們應(yīng)該定義圖形模板，調(diào)用組合，像七巧板一樣拼出圖形，才是最佳算法。

（四） 在實(shí)踐中持續(xù)評(píng)估，不斷優(yōu)化

比如畫組合圖形中，為了便于教學(xué)，我讓學(xué)生所有的圖形模板按照逆時(shí)針來畫，最后再調(diào)用模板來畫組合圖形。學(xué)生畫完之后有了實(shí)踐體驗(yàn)之后，我讓學(xué)生說一說哪些步驟可以優(yōu)化，變得更容易，更有效率，最后學(xué)生暢所欲言，總結(jié)出兩點(diǎn)可以優(yōu)化的地方：第一有些模板定義時(shí)采用順時(shí)針畫法，更好畫組合圖形，第二畫組合圖形時(shí)，改變調(diào)用模板的順序有時(shí)會(huì)極大簡化畫組合圖形的方法。所以在課堂教學(xué)中，即使學(xué)生在最初解決問題時(shí)沒有找出最優(yōu)算法，我們也要在學(xué)生實(shí)踐完之后，繼續(xù)引導(dǎo)追問學(xué)生，在解決問題中，哪幾步比較麻煩，有沒有優(yōu)化的方法，這樣更能鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維。

四、 Scratch畫組合圖形教學(xué)課例分析

這一課內(nèi)容的教學(xué)恰恰體現(xiàn)了信息技術(shù)核心素養(yǎng)——計(jì)算思維的培養(yǎng)。這一課是讓學(xué)生會(huì)用模板畫出各種復(fù)雜的圖形。我精心改編和設(shè)計(jì)教材內(nèi)容，通過一系列七巧板組合圖形的呈現(xiàn)，使學(xué)生意識(shí)到各種復(fù)雜圖形都是由基本圖形組合而成，當(dāng)我們畫復(fù)雜圖形時(shí)，可以抽象定義出基本圖形，然后再通過基本圖形組合畫出各種圖形，這一步其實(shí)就是界定問題，抽象問題特征，建立結(jié)構(gòu)模型。然后在課堂上引導(dǎo)學(xué)生通過Scratch定義好七巧板的七塊基本模板，這一步就是合理組織數(shù)據(jù)。接著我先讓學(xué)生用定義好的七巧板模板，先畫出數(shù)學(xué)奧林匹克的帆船會(huì)標(biāo)由三角形和平行四邊形組成的船身，總結(jié)出如何用模板畫組合圖形的方法，最終把整個(gè)會(huì)標(biāo)畫出來，這一步就是分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用算法設(shè)計(jì)解決問題。最后我讓學(xué)生用自制的七巧板自由組合圖形，然后再用Scratch的定義好的基本圖形的模板畫出來。這一步就是總結(jié)利用計(jì)算機(jī)解決問題的過程與方法，并將其遷移到與其相關(guān)的其他問題解決之中。所以借助七巧板這一中國傳統(tǒng)益智玩具，幫助我們理解和學(xué)習(xí)利用模塊化設(shè)計(jì)思想畫組合圖形，在潛移默化中培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維。

作者簡介：

竇志，江蘇省南京市，南京市長城小學(xué)。