小学信息技术教材中的计算思维挖掘与教学案例浅析——以南方版“算法与程序设计初体验”一课为例

本栏目责任编辑：王力
计算机教学与教育信息化
小学信息技术教材中的计算思维挖掘与教学案例浅析——以南方版“算法
与程序设计初体验”一课为例
蔡荣华，万梦思
（湖南师范大学教育科学学院，湖南长沙410006）
摘要：计算思维是当前教育领域和计算机科学领域重点关注的一个话题，在中小学阶段如何将计算思维更好地融入课堂
教学，一直是一线教师比较关注的内容。

通过深度挖掘小学信息技术教材南方版六年级下册第一单元中的计算思维内容和对案例进行分析，以期为一线教师在用教材进行教学设计和课堂教学中融入计算思维提供新的视角。

关键词：中小学信息技术教材；计算思维；教学案例中图分类号：G642
文献标识码：A
文章编号：1009-3044(2021)14-0080-02
开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：
1引言
计算思维这一概念的公开提出是周以真教授在2006年通过美国的权威刊物发表的，同时周教授还强调了计算思维的重要性，它应该跟读、写、算一样成为每个人都应该掌握的一种基本能力。

周教授认为，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[1]。

根据周教授的观点，计算思维是通过仿真、递归、抽象、自动化、冗余、分解等一系列核心的方法将复杂的问题转化成计算机能够识别的基本的解决问题步骤，并且将问题解决。

美国国际教育技术协会（简称ISTE ）对基础教育阶段的计算思维培养给出了操作层面的定义，包括六个
要素[2]。

目前针对计算思维国内外还没有统一的定义，国内外许多学者都对计算思维的定义和操作提出了自己的理解，南安普敦大学的CynthiaSelby 博士和John Woollard 博士提出的计算思维包括算法思维、抽象、分解、概括和评估这五个要素[3]，如图1所示。

图1计算思维五要素
Selby 博士和Woollard 博士关于对计算思维的定义比较适合中小学信息技术教育，本次文章里也是借用这个定义认为计算思维是由抽象思维、算法思维、分解思维、概括思维以及评估思维这五个思维要素组成的。

其中抽象是计算思维最本质
的特征之一，是通过去除繁杂和冗余提炼出相同事物共有的特征和规律；分解指的是将复杂的问题分解成一系列比较容易理解的小问题；算法指的是具体解决问题的一系列步骤；概括指的是在抽象的基础上提取解决问题的通用信息，然后通过提取的通用信息去解决类似的问题；评估指的是在完成任务之后对结果进行评价，并于预期的结果比较。

通过对文献进行综述笔者发现，在中小学阶段计算思维的培养主要是通过信息技术课程实现的，信息技术课程是学科核心素养和计算思维培养的落脚点与着力点。

但是笔者发现当前中小学信息技术课程中的一线教师在讲课时过分注重知识技能的讲解和步骤的操作，缺乏从课程的顶层设计思想去培养学生的思维，教学中并没有充分的融入计算思维。

中小学信息技术课程的目标不仅仅是要教会学生掌握基本的知识技能和原理，让学生能够学会使用信息技术去解决基本的问题，更重要的目标是要培养学科背后隐藏的思维，也就是培养学生的计算思维能力，所以笔者通过深度挖掘中小学信息技术教材中的计算思维内容和探究教学案例，以期为中小学的一线教师在使用信息技术教材设计教学内容和融入计算思维的过程中提供崭新的视角。

2《算法与程序设计初体验》中计算思维挖掘与教学案例探究
在计算思维培养的方法中，通过编程来实现一直是大家公认且有效的一种方法，本次分析的教材是南方版小学信息技术教材六年级下册第一单元的内容即《算法与程序设计初体验》，整个单元包括四次课程和一次活动，主要学习的内容是scratch 程序设计语言，了解编程的基本概念和解决问题的一般步骤，表1是第一单元的基本内容组成和对教材中计算思维内容的挖掘。

收稿日期：2021-01-06基金项目：湖南省教育厅项目（立项号：18C0069）；湖南师范大学博士启动项目（立项号：2017BQ04）的研究成果作者简介：蔡荣华（1968—），副教授，博士，主要研究方向为教育信息化系统工程；万梦思（1992—），硕士，主要研究方向为教育信息
化系统工程。

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计算机教学与教育信息化
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第17卷第14期(2021年5月)
表1教材第一单元内容组成和计算思维内容挖掘
课程第一课第二课第三课第四课
内容“小猫漫步”“小猫变变变”“小猫盖新居”“小猫T 台秀”
任务场景“竞技场”“益智园”“淘宝屋”“竞技场”
体现的计算思维抽象思维、概括思维概括思维、算法思维抽象思维、分解思维算法思维、评估思维
第一课“小猫漫步”任务场景中的“竞技场”环节需要学生
在前面“淘宝屋”环节的基础上回答出在scratch 软件里为什么不同的指令区要用不同颜色表示呢？有哪几种方法让小猫移动呢？这里体现的计算思维是抽象思维和概括思维，教师在前面的“淘宝屋”教学环节中可以有意识的以提问的方式来引导学生思考相关的问题，让学生形成爱思考的学习心理，然后让学生对同类型的问题找出解题的共同点，教师鼓励学生大胆思考，不要局限于一种解题方式，从而让学生的抽象思维能力和概括思维能力得到了很好的锻炼。

第二课“小猫变变变”任务场景中的“益智园”环节是需要学生动手操作独立完成作品的，这个环节设置的任务是针对想要拔高的学生，在编写完“小猫变小猴”的程序后，要让一只小猴变成两只颜色不一样的小猴，这里体现的计算思维是概括思维和算法思维。

学生在“淘宝屋”和“练功坊”环节学到的都是让小猫变小猴或者让小猫变小狮子的技能，没有直接的学习让一只小猴变成两只颜色不一样的小猴的内容，教师在教学中可以引导学生总结前面学习的小猫变小猴或者小猫变小狮子的共同技能，然后引导学生将总结出的共同技能迁移到一只小猴子变成两只颜色不一样的小猴子任务中，然后引导学生说出解决问题的方法和操作的步骤，让学生通过scratch 软件完成，这就很好地培养了学生的概括思维能力和算法思维能力。

第三课“小猫盖新居”任务场景中的“淘宝屋”环节需要学生掌握小猫是如何盖新居的，需要用到哪些工具，这个环节体现的计算思维是抽象思维和分解思维。

教师可以创设情境让学生想象假如自己家要盖新房，新房里都会有些什么东西，然后引导学生将答案迁移到“小猫盖新居”的问题里，接着教师在进一步的引导学生将盖新房需要用到的工具进行分解，以思维导图的形式将“小猫盖新居”的步骤展现出来，学生可以根据思维导图的提示和教师的引导用scratch 软件去一步步地实践，在此过程中教师将计算思维融入具体的课堂教学中，学生不仅掌握了基本的技能操作，思维方面也得到了很好的培养。

第四课“小猫T 台秀”任务场景中的“竞技场”环节是让学
生分享编写程序时的创新之处以及编写程序时遇到的困难，这
个环节体现的计算思维是算法思维和评估思维，这也是一个比较吸引学生热情和兴趣的环节，在完成“淘宝屋”和“益智园”环节的任务之后，学生都信心满满，想通过这个环节来大展身手并且谈谈自己的成果和感悟。

教师可以鼓励学生大胆的晒出自己编写的程序，并让学生对程序进行简单的说明以及编写程序时的心得分享，然后让其他学生进行评价，教师有意识地引导学生对编写的程序过程进行分享以及师生之间相互评价，学生不仅在教师的指导下完成了任务，算法思维能力和评估思维能力也得到了很好的培养。

3总结
信息社会人们对计算思维的关注也越来越多，如何在中小学阶段培养学生的计算思维已经是许多一线教师和学者重点关注的课题，教材并不能够直接的培养学生的计算思维，需要教师将教材中的计算思维内容进行深度挖掘，然后在课堂教学中将计算思维融入相应的教学环节，并且运用一些教学方法引导学生思考，长此以往才能培养学生的计算思维能力。

计算思维的培养也不是一朝一夕就能完成的，它是一个长期且缓慢的过程，思维是隐性的，看不见也摸不着，计算思维需要通过解决实际的问题体现出来，有关在中小学阶段采用何种方法和教学模式来培养学生的计算思维到目前为止还没有一个统一的标准，还需要广大一线教师和学者去深入探索和实践，以期找到一个可借鉴的培养中小学生计算思维的方法。

参考文献：
[1]J eannette putational Thinking[J].Communica⁃tions of the ACM,2006,49(3):33-35.
[2]ISTE &putational thinking teaching in K-12Edu⁃cation:teacher resources,second edition(2011)[DB/OL]./Curriculum/sub/CurrFiles/472.11CTTeacherRe⁃sources_2ed-SP-vF.pdf,2015-11-23.
[3]Selby,C.,Woollard,putational Thinking:The Develop⁃ingDefinition[DB/OL]./356481,2014-06-23.
[4]张立国,王国华.计算思维:信息技术学科核心素养培养的核心议题[J].电化教育研究,2018,39(5):115-121.
[5]杨平展,朱全民.信息技术[M].海口:南方出版社,2020.
【通联编辑：王力】
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