谢忠新　赵旻

当前国内外中小学信息技术教育都越来越关注学生计算思维的培养，美国的计算机科学教师协会（CSTA）将计算思维纳入《CSTA K-12标准》，英国的计算在学校工作组（CAS）将计算思维作为“学校计算机和信息技术课程”的一项关键内容，我国正式发布的高中信息技术课程标准中，已经明确地将计算思维作为信息技术学科的核心素養之一。计算思维也必将是小学信息技术学科的核心素养之一，那么小学生计算思维到底是指什么，包括哪些内容，如何有效培养小学生计算思维呢？

计算思维涉及一个关键内容：“用计算机解决问题”，包括问题分解、抽象、算法思维。其中将问题分为较小可管理部件的过程称为“分解”，分解是指将复杂的问题或系统分解成更小，更易于管理的部件，是一种分层思维，有助于我们解决复杂的问题。“抽象”是指仅关注重要信息，忽略不相关的细节，抽象过程决定我们需要突出的特征以及我们可以忽略的细节，这是计算思维的基础。“算法”是一系列指令或一组规则来完成某些操作，是指开发一个循序渐进的解决方案，或解决问题所遵循的规则，是解决问题的具体流程建设。

一个国外小学生计算思维培养案例的描述

在小学阶段如何培养学生分解、抽象、算法等计算思维呢？我们来看一个国外的案例：《疯狂的角色》。

1.学习目标

（1）学生知道什么是算法，可以说算法是使事情发生或解决问题一组详细步骤。（2）学生可以创建一个精确并且顺序正确的算法，可以调试他们的算法，提高每一步的精度。（3）学生可以精确地执行一个算法。

2.教学过程

第一个环节：学生认识算法

课前教师编写要示范的疯狂角色算法的例子。

绘制一个秘密的疯狂角色的算法，图1是为了帮助教师记住说什么。

告诉学生本节课将要求他们按照一些指令去绘制一个疯狂的角色。

教师说出课前设计的要示范的疯狂角色算法的具体步骤，给学生一定的时间来画这个角色，注意在这个阶段不要给学生更多的细节。

要求学生向教师展示他们画的是什么。

教师要说它是或不是你所期望的，例如 “哦，我没想到，你们画出来的角色都是不同的，我想要所有的腿像……”

询问学生老师该如何改变自己的指令（算法），才能使学生画出来的是想要的，如图2所示。

如何思考每一步以及如何添加细节，学生应该开始意识到算法的精确性。

示范添加额外的词，如“微小的、在顶部”等。

提问：什么是算法？

讲解：算法是完成某件事情的一系列指令或规则。

设计意图：教学开始，学生一边体验游戏的过程，同时也在思考“算法”的特点。学生根据老师的指令，一步一步画完这个疯狂的角色。然后，老师给出了算法的含义，算法就是一连串指令的精确定义，或者是执行某一特定事项的一组规则。

第二个环节：师生共同创建算法

告诉学生为绘制一个班级疯狂角色创建指令。

教师示范如何想象/思考一个角色并创建一个一步一步的指令（算法）。

学生按照算法在底部的某个框中绘制角色。

教师问“这是我期望的吗”，示范如何思考每一步以及如何添加细节（精确性）。 考虑人们如何理解（解释）我们使用的词。

要求学生使用改进的算法再次在第二个框中绘制角色。

第三个环节：学生创建与调试算法

要求学生想象一个疯狂的角色，并解释说该轮到他们来写指令。提醒他们想想他们的合作伙伴会理解的简单指令。当他们已经写下算法时，他们可以要求一个朋友为他们测试算法。 提醒他们想：“这是我期望的吗？”然后他们可以改进他们的步骤，并让另一个朋友来测试。

教师对班级学生说：现在轮到你了。

想象一个角色。

写下你算法的每一步。

当你完成所有步骤时，请你的一个朋友来测试。

它是你期望的结果吗？

通过改变你的算法来改进它。

请你的另外一个朋友来测试。

你能发现什么？

学生使用工作表来创建他们自己的算法。

设计意图：让学生设想一个角色，并把创建的步骤写在表格中。学生的同伴根据这个表格中的步骤，画出角色。学生设计这个角色的过程，就是在用自然语言描述算法。值得注意的是，这个过程，老师需要引导学生思考，你的同伴画出来的角色跟你预期的样子像吗？为什么会有这些差距呢？

通过观看他人的作品，老师引导学生在算法中添加细节描写，帮助他人画出自己预期相同的作品。接下来，学生修改算法，添加细节描述，再换一个人画一遍。如果他人再画一次，也不能让自己满意，那么学生再次总结自己的算法中，哪些细节语言是可以去除，哪些是必须添加的。这是一个不断调试的过程，学生会在一次一次的设计中，领会到精确的算法描述的好处。

第四个环节：师生共同总结算法

要求学生告诉同伴他们的算法是如何改变的，为什么要这样改变。

选几个学生分享他们的讨论。 添加了哪些单词（位置、大小、数字等）？这些单词是帮助改变的？ 发生了哪些他们意想不到的事情？为了改变他们的算法他们做了什么？它有用吗？

问学生算法是什么。算法是完成某件事情的一系列指令或一组规则。

案例的教学实践与反思

1.基于案例的教学再设计与实践

借这个案例，希望尝试一次“不插电”的信息技术课，既能在教学内容中渗透计算思维的思想，又要把握好内容的难度，同时让小学生愉快的学习。在课堂上，教师设计了三个环节来让学生体会与理解算法。

第一环节：游戏导入，感受算法

老师提出游戏任务：画一个疯狂的角色。画之前，老师就告诉学生，今天有一个魔法单词“Algorithm”（算法）帮助学生完成这个任务。教学开始，学生一边体验游戏的过程，同时也在思考“Algorithm”的特点。学生根据老师的指令，一步一步画完这个疯狂的角色。学生尝试分享自己对“Algorithm”的体会，他们会给出“步骤、指令、过程”等关键词。然后老师告诉学生，“Algorithm”就是算法。算法就是一连串指令的精确定义，或者是执行某一特定事项的一组规则。

第二环节：设计角色，编写算法

教师鼓励学生先设想一个角色，然后根据游戏过程，把自己创建角色的算法步骤写在表格中。同伴根据这个表格中的算法，画出角色。

第三环节：改进角色，调试算法

通过观看、评价他人的作品，老师引导学生理解只有对算法的描述越详细，添加细节描写，才能帮助他人画出与自己预期相同的作品。

2.基于案例再设计与实践后的反思

（1）这个案例之中涉及计算思维的内容

这个案例主要涉及计算思维的“分解”与“算法思维”。小学生为他们疯狂的角色编写算法，学生分解绘制他们疯狂角色的过程。关于“分解”，教学过程中，把算法的概念分为若干小问题，如：感受算法的过程、总结算法的含义；另一方面，教师也在引导学生把问题分解成步骤时，鼓励更多有能力的学生在创建他们的算法时要非常精确，去思考哪些细节是重要的，哪些不是重要的。关于“算法思维”，学生可以说出，算法是一组详细的步骤，让事情发生或工作；学生可以创建一个精确且正确的算法；学生可以调试算法，提高每一步算法的精度。

（2）小学生体会与理解什么是算法

现有的信息技术教材中，只有到高中学生才会接触算法的相关内容。从这个案例告诉我们，小学生依然可以通过恰当的方法体会与理解什么是算法。

在教学第一个环节中，老师不仅要跟学生一起讨论出什么是算法，还要把算法一些特征总结出来，比如：必须一步一步执行，有先后次序；必须一次完成一件事情等。在教学第三个环节中，三年级的学生很容易理解如何让算法更加精准的描述，决定他人画出来的角色符合自己的设定。但是，在教学实际中，笔者也发现，小学生很容易走向定式思维，对自己设定的角色缺乏一定想象力。很容易结合自己喜欢的形象进行描述，因此在对算法优化这一環节，并不太容易获得教师希望的结果。这还需要在今后的学习中，老师进一步引导学生大胆想象。

小学生计算思维培养的若干思考

1.培养学生计算思维不一定需要编程

目前，Scratch为代表的可视化图块式编程工具也逐渐普及，利用这些编程工具来培养学生计算思维也成为当今热门话题。很多教育工作者会认为，学习Scratch，培养学生编程思维，就是在培养他的计算思维。其实，培养计算思维是为了培养学生解决实际问题的能力。同样也可以尝试不利用编程软件与工具来培养学生的计算思维。在本节课中，首先抛开知识技能的难度，只要求小学生能理解算法，知道算法的含义，能写一个算法。在教学环节中，也抛开了编程的教学思路，而是通过师生互动、生生互动的游戏，帮助学生一步一步构建对算法的认知。考虑到调试是一个枯燥的环节，教学中又利用另一个人来完成改进后的算法，让整个教学过程都充满欢乐。小学生在愉快的学习氛围中感受算法、描述算法与调试算法，将来到了高中，顺理成章地理解算法的概念，总结算法的特征，并用编程语言实现算法。

2.要重视思维过程的呈现以及对其进行评估

计算思维培养过程中，重点工作就是对其思维过程的呈现以及进行评估。本节课把握住小学生愿意表达、喜欢画自己感兴趣的角色的心理特征。课堂中，学生画的步骤，就是其算法思维过程的呈现。同伴画得像不像自己预期设想的样子，就是对整个算法的评估。在以往的编程教学中，我们容易看重编程的结果，在后期调试过程中，教师发现学生代码编写逻辑混乱，也很难通过代码看出学生思考的过程。

3.学生计算思维的培养将是长期努力的方向

在这个案例的前半段，老师能很好的引导学生画出“疯狂”的角色，学生也能体会“算法”的核心思想。但是，在后半段的实践中，老师也发现部分学生告诉老师，同伴第一次就能画出跟自己想象一样的作品，不需要优化自己的算法。这是为什么呢？反思整个教学过程，老师发现，很多学生并没有真正理解“疯狂”的意义。“疯狂的角色”并不是让学生一定要去画几百只眼睛、或手脚的怪物；而是当算法不精确的情况下，他人根据这个算法画出来随心所欲的角色，这样不受控制的行为才是疯狂的。只要准确的算法描述，让角色按照自己设定的创设，才不会疯狂。有的学生关注的重点偏向一个怪物，有的学生始终认为画出的头、眼睛、手都应该固定身体的周围。定式的思维，让学生在创设时受到局限，教学实践的不完美，才让我们的老师看到努力的方向。

作者单位：上海市浦东新区教育发展研究院 上海市浦东新区新世界实验小学