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一、研究背景

進入信息時代，人們?nèi)找骊P(guān)注計算思維能力的培養(yǎng)。計算思維的概念，最早是在1996年由麻省理工學(xué)院Seymour Papert教授提出，2006年由美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)Jeannette.M.Wing教授給出具體定義和系統(tǒng)闡述，由此引發(fā)了人們對計算思維的研究熱潮。新一輪基礎(chǔ)教育課程改革更是將計算思維納入了信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。信息技術(shù)課不應(yīng)該是單純的計算機工具教學(xué)，而是讓學(xué)生學(xué)會像計算機科學(xué)家那樣思考并解決實際問題。因此如何培養(yǎng)學(xué)生計算思維成為信息技術(shù)學(xué)科亟待研究的問題之一。

二、計算思維概述

目前來說，國內(nèi)外眾多專家對于計算思維的認識仍然沒有達成共識。Jeannette.M.Wing教授對于計算思維的定義闡述為：計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計和理解人類行為等涵蓋計算機科學(xué)廣度的一系列思維活動。進一步來說，計算思維就是通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，將原本復(fù)雜困難的問題重新分解成人們已知解決方案的問題的思維方法。2016年8月計算機科學(xué)教師協(xié)會發(fā)布了K-12計算機科學(xué)標準，更新了計算思維的定義：計算思維是一種解決問題的方法，從計算機科學(xué)領(lǐng)域擴展到所有學(xué)科，為利用計算機解決問題提供了分析問題和設(shè)計解決方案的獨特方法。計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化。這種思維方式突破了計算過程的能力和限制，它應(yīng)當如同所有人都具備的讀、寫、算能力一樣，成為一種普適技能。

三、思維導(dǎo)圖概述

思維導(dǎo)圖的概念最初是由英國學(xué)者Tony Buzan于20世紀60年代提出，它是一種基于腦科學(xué)和認知心理學(xué)的發(fā)散性思維方式。思維導(dǎo)圖能夠模擬大腦的記憶結(jié)構(gòu)，綜合運用符號、線條、詞匯、圖像等元素，將思維過程以圖文并茂、直觀清晰、生動形象的圖形方式呈現(xiàn)出來。思維導(dǎo)圖的特點是，左腦右腦協(xié)作完成，結(jié)合具象思維和抽象思維，讓復(fù)雜的、零碎的知識遵循簡單、自然、大腦容易接受的規(guī)則組成有高度組織性的圖示。使用思維導(dǎo)圖思考問題，學(xué)習(xí)者能夠直觀地回顧整個思考過程，系統(tǒng)地梳理整合知識，按照一定的邏輯理清思維脈絡(luò)，讓思維可視化。

在教學(xué)過程中使用思維導(dǎo)圖，可以將學(xué)生的思維過程完整清晰地呈現(xiàn)出來，讓學(xué)習(xí)過程從“無形”到“有形”，有效提高學(xué)生的元認知水平。正因為計算思維是學(xué)生分析問題、解決問題的一系列活動過程，利用思維導(dǎo)圖將這個活動過程可視化，可以為學(xué)生提供整個過程清晰化的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生回顧并審視思考過程中的問題，及時調(diào)整解決方案。通過對自身思維過程的認知，了解思維過程中的不足，改善并提升計算思維能力。

四、教學(xué)案例分析

本案例使用的教材為中圖版信息技術(shù)五年級第五單元第二節(jié)“程序結(jié)構(gòu)初嘗試”中的第三課時“三種結(jié)構(gòu)綜合用”。本節(jié)課的教學(xué)目標是在順序和循環(huán)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，學(xué)會選擇結(jié)構(gòu)，并對三種結(jié)構(gòu)進行綜合運用，對學(xué)生來說有一定的難度。

本節(jié)課采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)方法，教學(xué)各個環(huán)節(jié)如圖4-1所示，其中，復(fù)習(xí)舊知、合作探討、拓展任務(wù)、歸納總結(jié)教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)用了思維導(dǎo)圖工具。

在復(fù)習(xí)舊知環(huán)節(jié)中，引導(dǎo)學(xué)生使用思維導(dǎo)圖回顧順序結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)知識。在此環(huán)節(jié)中，教師為學(xué)生提供思維導(dǎo)圖框架，如圖4-2所示，不但能夠為學(xué)生復(fù)習(xí)舊知提供線索，加快復(fù)習(xí)的速度，而且能快速檢測出學(xué)生舊知的學(xué)習(xí)情況。

在講授新知環(huán)節(jié)中，教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)遇到需要判斷條件再執(zhí)行下一步程序的情況時，我們可以使用控制模塊中的“如果……”指令。在合作探討環(huán)節(jié)中學(xué)生使用思維導(dǎo)圖分析“口算練習(xí)”任務(wù)，如圖4-3所示，明白任務(wù)中涉及到的角色、每個角色需要實現(xiàn)的功能后，完成任務(wù)腳本的制作，調(diào)試腳本并展示作品。在這里要指出的是，學(xué)生在調(diào)試作品時，需要像計算機執(zhí)行程序一樣思考、理解腳本中的每個語句應(yīng)該出現(xiàn)的現(xiàn)象，并與實際執(zhí)行結(jié)果相比較，反復(fù)糾錯，提升計算思維能力。

在拓展任務(wù)環(huán)節(jié)中，學(xué)生獨立完成“升級版口算練習(xí)”任務(wù)。在本任務(wù)中，需要綜合使用循環(huán)結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)。學(xué)生使用思維導(dǎo)圖分析任務(wù)，表征思考過程，完成任務(wù)，調(diào)試腳本并展示作品。在本環(huán)節(jié)中，不為學(xué)生提供思維導(dǎo)圖框架，學(xué)生自由發(fā)散思維，可以使用多種方法完成任務(wù)。

在歸納總結(jié)環(huán)節(jié)中，每個學(xué)生應(yīng)用思維導(dǎo)圖自主歸納本節(jié)課所學(xué)知識。教師為學(xué)生提供歸納總結(jié)的思維導(dǎo)圖框架，能夠快速掌握本節(jié)課教學(xué)效果。

在任教的4個班級中，其中2個班級應(yīng)用了思維導(dǎo)圖工具，本節(jié)課教學(xué)效果對比差異比較明顯。從課堂氣氛來看，學(xué)生對于使用思維導(dǎo)圖完成任務(wù)比較感興趣;從任務(wù)完成情況來看，使用思維導(dǎo)圖班級中85%的學(xué)生能夠獨立完成，其他班級獨立完成任務(wù)的學(xué)生則為65%-75%;從學(xué)生作品內(nèi)容來看，應(yīng)用思維導(dǎo)圖班級的學(xué)生作品功能和形式相比其他班級更加多種多樣。

五、小結(jié)

培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，是時代和社會發(fā)展的要求，也是學(xué)生適應(yīng)信息社會的保障，但是學(xué)生計算思維的形成卻不是一朝一夕就可以完成的。本文在信息技術(shù)教學(xué)過程中利用思維導(dǎo)圖工具初步嘗試了思考、探究、實踐這一目標。在后續(xù)的教學(xué)中，將逐步探索思維導(dǎo)圖在教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施和教學(xué)評價方面對培養(yǎng)計算思維的作用。