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    【未來學?!柯鋵嵵行W生計算思維的培養,可以從這三方面切入

    2022/4/8 14:39:28

    進入教育信息化2.0時代,信息技術與學科融合進一步深入。近幾年,融合信息技術開展的創客教育、STEM教育和人工智能教育,圍繞新課改強調注重學生創新能力與實踐動手探究能力等的培養目標,開啟未來人才的培養研究。


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    隨著信息技術的不斷發展,計算思維成為信息技術新課標學科核心素養之一,是21世紀學生發展的核心能力。如何利用技術進行學習工作,解決問題,不僅是教學者的能力要求,作為未來建設社會人才的中小學生,這種計算思維能力的提升更是迫在眉睫。


    計算思維的內涵

    計算機化解決問題


    同專家對計算思維的定義側重有所不同。目前從文獻看,多數人認可的計算思維是卡內基·梅隆大學的周以真教授提出的概念。2006年她首次提出計算思維的概念,將計算思維定義為一種思維模式,認為計算思維是一種運用計算機科學基本概念求解問題、設計系統和理解人類行為的活動。


    國際教育技術學會(ISTE)曾指出:計算思維的核心能力是CPS能力,CPS(Computa-tionalProblem-solving)是計算機化解決問題。


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    “計算思維”是思維方式的一種,關注問題解決方案的形成過程,培養學生像計算機科學家那樣去思考問題,是計算思維培養的宗旨。由此可見,計算思維核心點為:基于問題需求,進行過程設計、結果評估,提升內化成思維能力。


    計算思維落地課程的著力點

    根本、載體與橋梁


    2017年教育部發布《普通高中信息技術課程標準》,計算思維列入信息技術學科四大核心素養之中。此后中小學各學段的信息技術課程目標把培養計算思維能力提上課堂教學。


    近年來,廣州市初中信息技術把計算思維列入教材教學,使學生了解計算思維的含義與應用,但篇幅不多,內容較為抽象,學生僅是建立起計算思維的概念而已。同時,對于學生解決實際問題的計算思維能力的培養仍是較大的空白。


    綜上,結合新課程所倡導的自主合作學習、實踐探究、創新等能力培養,在真實有效教學過程中落實計算思維能力的培養,可從以下幾個方面切入。


    1?

    “建造”是根本

    計算思維靠習得而非教授獲得


    計算思維是一種思維方式,思維習慣是思維方式的一種表現方式。常說行為決定習慣,通過行動習得的思維方式才更深刻。


    建構主義者皮亞杰與人工智能先驅西蒙·派珀特(Sey-mourPapert)堅信知識不單是通過編碼、存儲、提取的方式獲取或是簡單地“傳遞”,而需要個人“建造”。派珀特強調,兒童應從“制作中學習(LearnbyMaking)”,關注知識學習的“過程”,提倡兒童通過具體的技術媒介將頭腦中的想法轉化,通過設計與制作來獲取知識。


    著名的學習專家愛德加·戴爾提出學習金字塔理念,指出采用主動參與、實踐性的學習方式比傳統被動接收學習的學習效率更好。計算思維的培養更需要個體通過行為內化而得,自動在創造中建構知識。


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    近幾年,中小學校園興盛的創客教育、STEM教育,以跨學科大熔爐大融合培養綜合能力為主。創客教育尤為強調造物,當個體在借助實物工具設計創造過程中,獲得的知識最深刻和有意義。


    中小學生正處于好奇心最為強烈的年齡,創客的造物極大吸引學生樂此不疲去“玩”物。這種基于濃厚興趣的“造物”非常有利于學生對知識的建構,造物過程中提升了各種思維能力素養。




    筆者曾在小學三年級開展過一項《液壓玩具》創客教學實踐。該項目設計的目標是巧用科學學科水的力傳遞性知識制作玩具,讓學生在游戲制作的學習中加深對知識原理性的理解。


    教學使用材料以針筒、五彩雪糕棒為主,學生在動手制作過程中興致高漲,有學生在制作玩具同時拓展了對水的力傳遞性知識的學習,發現施力面積與受力面積影響托舉的物體上升高度的關系。有學生在觀看液壓千斤頂視頻后,在對作品改裝試驗中體會到受力面變大,托舉的物體越大,由此深刻理解千斤頂的原理??梢妼W生非常熱衷于動手實踐,在造物的實踐中領悟的知識不局限于教學預設的目標,還有更多拓展知識。在這種摸索實踐學習中,更能提高學生思維思辨能力。




    2?

    編程為載體

    融合多學科搭建計算思維基石


    編程是培養計算思維的重要途徑。歐美國家在很早就大力提倡少兒編程,培養少兒思維能力與創新能力。我國初高中階段開設編程教學也較早,流程圖知識、算法的學習,用概括符號來表達整件過程流程,這些都是計算思維的必備知識。


    筆者在十多年來的中小學信息技術教學實踐中,發現目前中小學信息技術編程教學大多數仍是為了知識而教學。特別在初中階段,困于學時少考試壓力大等因素,多數學生的編程學習興趣難以提高,程序的算法思維更難以落實。


    2016年,筆者參與本校創客校本教材的研發與實踐研究,發現學生對用編程控制實物非常有成就感,對學習編程興趣濃厚。在創客作品創造中,學生通過動手探究對編程算法的理解更為具體,學習興趣自然提高。在編程學習中特別講究思維嚴謹精益求精,這與創客的“工匠精神”高度相符。


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    創客教育為編程學習提供一種新平臺,讓學生在真實體驗與實踐應用中發展學生利用信息技術思考與解決問題的獨特能力。身為“數字土著”的中小學生,技術是學習生活中必不可少一部分,利用技術來解決問題、進行創造和創新將是習慣的思維方式。


    3?

    項目作橋梁

    用問題情景學習讓計算思維落地


    計算思維不是一門單獨的學科,它源于計算機科學,和數學思維、工程思維有非常緊密的關系。計算思維不僅是一種適應于計算機科學的概念和思維,還能提供一種廣泛應用于工作、學習、生活中分析問題的視角。


    項目學習是基于真實問題情境、發現問題、分析問題,進而解決問題系列實踐的研究性學習,其綜合應用知識和能力要求非常強。計算思維正是項目式學習所需一種能力,同時項目學習更有利于鍛煉學生的創造性思維、工程思維和計算思維。通過真實的問題情境,增強學生對應用知識創造的興趣,在行為上自我肯定更高。


    以“校園智能模型”項目為例

    在實踐中培養學生計算思維


    項目背景:學校目前沒有校園立體模型,對于初入學的學生或家長,以及外來參觀學習的教師來說,需要快速查找某些重要的場地有一些困難。要求學生結合創客中開源平臺技術,制作具有簡單智能功能的校園模型。


    本項目設計以工程七步設計法為參照,根據項目執行實際過程作了環節調整,具體流程見下表。

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    在項目學習中,環節一注重學生實踐的可操作性,把大問題分解為小問題,有利于學生調用已有知識一一解決;梳理項目的核心問題利于解決方案的設計。七年級學生知識儲備非常有限,對于天馬行空不切實際的想法,教師通過預設的“參考”引導學生回歸可執行方案設計上。該環節特別考驗學生的辯證思維,策劃思維,這些都是計算思維重要的組成。


    環節二到環節五“制作原型”是項目解決的核心部分,需要具有較高的計算思維、算術思維,用工程思維抽象主次部分,有針對性地把主問題攻克,保障項目的順利推進解決??梢?,完整的項目實施過程就是一個算法過程,而每個實施步驟中又可以細分為不同的小問題,小問題又可以說是一個微型的小項目。


    最后兩環節優化測試和評價,用評價標準來評估解決效果是否高量,使得項目成果或創客產品能不斷在“設計—完善—評估”中迭代優化,這是對學習的一種肯定,激勵學生追求嚴謹科學,精益求精的精神。


    結語


    隨著物聯網、云計算、區塊鏈、人工智能等信息技術不斷發展,生活在數字化里的人們,熟練應用好技術是生活的一項基本技能。計算思維能力已然成為與閱讀、寫作、算術同等重要的能力,是成為一名合格公民必備的素質。


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    作為一線教師,要抓住中小學能力培養黃金時期,勇于改革教學策略,利用好課堂教學,整合創新教學教材,真正做到把計算思維能力培養落實到每個學生身上。讓每個學生在未來高度信息化的社會中能擁有硬核的能力,成為強國富國的棟梁人才。


    來源丨《教育與裝備研究》,本文為全國教育信息技術研究 2017 年度專項課題“創客背景下的校本課程開發研究與實踐”(課題號:174430028)項目研究成果之一。

    作者丨鐘慧珍,廣東省廣州市白云區廣外附屬中學,一級教師。