周丽

摘要：计算思维是21世纪学生的核心能力，与阅读、写作和算术等基本技能同等重要。为此，以诺宝RC“自动避障和寻光机器人”编程教学为例，探讨培养学生计算思维的策略。

关键词：计算思维;编程;策略

信息技术学科核心素养主要有信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任。计算思维作为信息技术四大核心素养之一，是现代人的基本能力，现代人赖以生存的世界就建立在形形色色、或显或隐的计算之上。计算机科学和电信委员会认为，计算思维是21世纪学生的核心能力，与阅读、写作和算术等基本技能同等重要，是学生发展核心素养的重要组成部分，其教育重视程度决定了各国未来创新竞争力的水平。具备计算思维能力，是学生应对各项挑战的基础，是学生发展组织能力、逻辑思维能力、问题分析与解决能力的重要前提。

一、计算思维

计算思维（computational thinking）概念是周以真教授于2006年首先提出的。她认为，计算思维本质上是一种运用计算机科学的基本概念进行问题求解、系统设计并对人类行为进行理解的思维方式。2017年《普通高中信息技术课程标准》对计算思维的概念界定是：计算思维是个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。也就是说，具备计算思维能够解决生活、学习中的问题，当遇到问题后，能够对问题进行界定、分析，并尝试解决问题，学以致用，以用促创。

二、编程学习与计算思维的联系

编程作品的制作不是一蹴而就的，而是在探索与实践中不断地完善与修改，作品最终的完成与学生的计算思维能力具有密不可分的关系。第一，编程学习能够体现学生对于脚本设计的逻辑思维能力。在作品创作过程中，学生根据不同的任务添加相应的脚本和运用合适的流程控制。第二，编程学习能够体现学生对于问题的分析能力。不同的学生在创作和任务完成过程中会遇到不同的问题，此时分析、解决问题的能力显得尤为关键。第三，编程学习能够体现学生对于程序的优化处理能力。当作品完成后，会出现执行的效果与预想的效果不同的情况，需要学生修改脚本参数或者命令，以达到理想效果。

三、培养计算思维的教学实践（以诺宝RC“自动避障和寻光机器人”编程教学为例）

相关研究表明，培养计算思维最有效的途径是学习编程语言，不同年龄阶段学习不同的程序语言，编程的难易程度各有不同。现在小学阶段主要通过学习诺宝RC及GoC语言来培养学生的计算思维，大多采用可视化程序模块，大大降低了程序的复杂程度。本文就以诺宝RC编程的教学实践为例，探讨编程教学中计算思维能力的培养。

美国著名“统计质量控制之父”休哈特首先提出了PDCA循环理论：P（Plan）指的是计划，是实施一系列行动的基础;D（Do）指的是实施，是任务完成的核心;C（Check）指的是检查，通过多元检查不断地完善作品;A（Action）指的是总结处理，是思维能力的进一步升华。在编程教学中，将一个个小小的案例以项目的形式呈现，结合PDCA理论，更能有效地激发学生自主探究的欲望，培养其计算思维能力。

（一）Plan：计划阶段

明确目标，借助故事情节或者创设情境，在脑海中形成任务逻辑体系。比如，设计一款机器人模拟洞穴逃生的程序，学生能够在脑海中形成故事情节，并且分小组开展头脑风暴，组织小组讨论、归纳，设计问题，激发思维，结合已有生活经验进行信息加工，得出结论：机器人要想实现洞穴逃生功能，须具备可行走、能避障、会寻光等功能。

这里，我们通过“自然语言+思维导图”的教学策略，不仅方便了学生形象地分解大问题、逐一破解小问题，降低了学习难度，而且让学生懂得做事的先后顺序和先决条件，训练了学生的抽象和分解思维能力，使思维过程有据可循。

（二）Do：实施阶段

此阶段主要是编写程序，提升分析与操作能力。结合计划阶段的思维导图，理清思路以后，通过运用算法流程图和编写程序，让学生感受程序思维的表达方式。比如，为了解决高速电机行走问题，通过“红外避障传感器”充当机器人的眼睛，通过“永久循环”实现不断探测障碍物的功能，通过“条件判断”来实现判断、解决避障问题，通过“光敏传感器”解决寻光问题等。学生需要不断地思考，最后得出预设的效果。

实施阶段是将计划付诸实践，也是主要的学习新知的过程。学生在操作过程中会遇到多种问题，而问题如何解决是关键。实施阶段的设计意图是让学生根据创设情境中的目标，结合学习的新知探索完成任务，当遇到瓶颈时，通过对问题的探索、分析，在解决的过程中提升计算思维。

（三）Check：检查阶段

当学生初步完成并运行程序时，会发现一些程序的运行结果与预期目标不同，需要通过程序调试进行找错、纠错、修正。这是程序设计必不可少的基本步骤。为了更直观地帮助学生理出头绪，可以采用“调试单”的方法，让学生把错误现象对应的错误脚本，包括修改后的脚本以及解决了什么问题记录下来。调试单是一个学习支架，可以帮助学生罗列程序运行的不足，并以此追根溯源地发现错误。比如，在理解“永久循环”模块时，通过第一次运行程序，学生发现仅仅运用条件判断并不能解决避障问题。经过老师的引导，学生通过分析思考，结合现实生活中的场景，对知识进行迁移，进一步对信息进行加工整合，能更深刻地理解添加“永久循环”这个模块的意义。再比如，学生通过尝试用“直行”模块替代“高速电机”模块，运行程序时发现不能实现避障功能，通过检查模块参数进行思考和再尝试，学生能自己总结出“直行”和“高速电机”这两个模块的区别。

自我检查是检验成果的重要环节。学生运行程序并审视作品，在自我检查的过程中，能够拓展思维的广度和深度。广度是指可以采取多种思路获取解决问题的答案;深度是指对问题的解决要透彻，将抽象问题具体化，从而培养计算思维能力。检查阶段和实施阶段通常是交错进行。学生自我思考的过程，正是培养计算思维的过程。

检查阶段还包括同伴检查，主要目的是将自己操作过程中遇到的问题和同伴分享，双方交流、探討遇到的问题以及解决措施，通过分享的过程加深对问题的理解。本环节不仅能够促进学生的思维发展、 加深学生对于问题的理解，还能够让学生学会交流与分享成果，提高学生的语言表达能力，并反思自己作品中的优点与不足，使思维得到进一步的延伸。

（四）Action：总结纠正阶段

总结收获、反思作品才能启发创新，让思维不断升华。本环节主要是学生对自己作品进行纠正，对任务完成情况做出反思。学生完成程序设计后，通过仿真操作展示自己的作品，并对程序设计进行说明，包括制作过程中遇到的问题、修改的思路、解决问题的方法等。此过程是对思维进行梳理、总结、提炼的过程，这正是计算思维中“概况”思维的一种表现。同时，学生还可以互评他人的作品，发现他人作品中的优点和不足，通过交流进一步提升计算思维能力。

编程能力是最重要的信息技术能力之一，在一线教学中，我们要从“学习编程”转向“通过编程学习”。编程教育的目标并不是培养程序员，而是要让学生在编程的过程中了解如何使用计算机进行创作，进而培养严密的逻辑思维和良好的计算思维。发展计算思维，正是编程教育的价值所向。

计算思维培养是一个系统工程，不光是信息技术学科肩负的使命，更需要数学、实验科学、人文艺术等学科的融入与结合，以及不同学段教育的共同努力，才能结出丰富的硕果。

参考文献：

[1]郑爽，魏加猛.在编程教学中融合计算思维能力的培养[J].中小学信息技术教育，2020（10）.

（责任编辑：奚春皓）