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在学科融合中培养小学生的计算思维

——以一节科学与信息技术融合课为例计算思维作为信息技术的核心素养之一，已经成为中小学信息技术课程培养的重要板块。编程做为计

算思维培育的重要载体引起广大信息技术教师的重视，以 scratch 为代表的编程教育已经在各中小学如火

如荼的开展。但计算思维的培养只能在信息技术课上培养，只能用编程来作为载体吗？显然是狭隘的。本文想

以一节信息技术与科学的融合课例来探讨一下如何在学科融合培养学生的计算思维。

计算思维概念简述

计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想和方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思

维活动。具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题，抽象特征，建立

结构模型，合理组织数据。李锋在《中小学计算思维教育：STEM 课程的视角》提到“计算思维反映的是个体

利用信息技术学科领域思想方法解决问题的一系列思维活动。计算思维教育并不是要把学生培养成“信息技术

专家”，而是希望他们像专家那样去思考利用信息技术解决问题的方法与过程。

2011 年，美国国际教育技术协会（InternationalSociety for Technology in Education, ISTE）

和计算机教师协会（Computer Science Teacher Association, CSTA）在联合研究的基础上，从操作层

面对计算思维进行界定，指出计算思维的特征主要表现在（但不限于）：①能针对具体问题构想出利用计算

机或相关工具解决问题的方案；②有逻辑地组织和分析数据；③通过抽象的方式（例如模型或模拟）表

示数据；④通过算法形成自动化解决方案；⑤针对达到目标结果的效率和效能，判断、分析和实施可行性

方案；⑥将解决问题的过程一般化（generalization），并应用于更宽泛的问题解决中（ISTE &

CSTA,2011）。

南华大学黄玲玲《计算思维特征分析》又把计算思维分为智能化思维，算法思维，数字化思维，互联

网思维，系统思维等。

基于以上几种表述，有学者们可以看出，计算思维在整体上更注重培养学生数字化解决问题的能力，

有计算思维的学生遇到问题是首要想到的是如何用计算机来解决，不仅知道用什么技术解决，还能够把自

然问题抽象成计算机模型，最后合理的使用技术让问题得到解决。

学科融合之有学者见

在以往有学者们所提的学科融合中大多是教师巧妙利用信息技术改变课堂教与学的模式。而在本文中提

到的学科融合与以往有大不相同，它是指学生在教师的指导下利用在信息技术来解决在其

他学科中遇到的问题。

这样的课程融合优势在于能为学生创造真实的情境，让学生亲历问题提出，建立模型，

提取数据，解决问题过程。相比在信息技术课堂上教师创设的情境，它更真实，问题更复

杂，它不是为了学习知识去解决问题，而是为了解决真正存在的问题。它对学生和教师的

要求都更高，因为问题的解决首要面临的就是需要用什么样的技术去解决问题，接下来才

是技术该怎么使用的问题。这正是培养学生“能针对具体问题构想出利用计算机或相关工

具解决问题的方案”的能力，有利于学生计算思维的培育。简单来说，就是让学生遇到学

科问题时能够选用自己的熟悉的信息技术来解决问题。

现在大力倡导 STEAM 课程是以项目活动的方式，引导学生运用跨学科知识，合作、设计、

建构、发现、解决问题的体验式课程。笔者认为，本文提到的学科融合与 steam 的理念方向是

相同。

基于学科融合在计算思维培养方面优势出发，有学者在苏教版小学科学六下第一单

元《有学者们长大了》中进行了初步探索，以期在培养小学生的计算思维方面做出新的思

考。

小学科学与信息技术融合，培养学生的计算思维

1.课堂中引导和培养使用计算机解决问题的习惯，培养计算思维

本单元是《有学者们长大了》，重在指导学生认识和了解人体一生的变化，学习怎样正确对待

自己的生长发育，并针对六年级学生正面临的青春期发育，形成正确的人生观，。

第三单元的第 3 课是《人生之旅》，其中有个小环节是预测自己的身高。预测身高有两种方法：学生们对这个身高计算非常兴趣，预测的计算方法也非常简单，对学生来说没有什么挑战性，但部分

孩子也会出现计算错误。正好他们在最近的信息的编程猫课中学会了变量的使用，于是有学

者提醒他们，有学者们是否可以用最近的最近学过的变量来设计一个自动化程序，只要输入

父母的身高就可以得出自己的身高，免除计算之苦。有学者的提议得到了学生的积极响应。

计算思维：由于知识和思维的局限性，学生不能把学过的知识马上应用于实际中，在教

师的提示和引导下，学生认识到有学者们可以利用计算机解决问题可以实现问题的简单化和自动

化。通过多次的引导和渗透，

学生就能针对具体问题构想出利用计算机或相关工具解决问题的方案，逐步提升计算思维。

2.由自然问题抽象出计算机能解决的问题，学会建立计算模型。

确定使用编程手段来实现计算的自动化后，开始详细分析书中计算公式，在身高计算问题中，男生和女生的计算公式是不同的，一个人的身高的计算需要父亲身高和母亲身高两个数据，由此确定程序中需要三个角色（男生，女生，计算者），三个变量（父亲的身高，母亲的身高，孩子的身高）。

计算思维:在教师的逐步引导中，学生学会分析自然语言公式，提取出计算所需要的关键数据，把身高的预测问题抽象成若干个数据的公式计算，由复杂的自然语言问题情境抽象出计算机能够解决的问题模型。这正是“通过抽象的方式（例如模型或模拟）表示数据，并有逻辑的组织和分析数据”的具体表现。逐步的分析的过程能很好的提升学生的分析抽象能力。

3.写出程序流程图，设计并实现算法。

在确定角色和变量后，教师提出问题：有学者们程序的流程是怎样的？应该采用什么样的编程结构来实现算法？学生小组合作在纸上写出整个程序的计算流程。最后根据流程写出程序，反复试错检验，实现计算的自动化。

计算思维：把人脑思考计算的过程抽象为计算机语言模型，以期实现自动化计算。算法思维是计算思维一个很重要的思维，它是合理的使用程序的三种结构（顺序，分支，循环）解决问题的流程。在这个程序设计中，采用分支结构，在进入程序开始，先选择性别，而后采用不同的计算方法，然后等待用户输入两个数据，并且分别赋值给两个变量，最后利用计算方法得出最后的值，并最后输出给用户。这一些列的过程正好是设计程序的完整流程，让学生把现实问题分解成成计算机能后识别的问题，然后用一种计算语言