基于問題解決理念培養計算思維的課程實踐

許明偉

自周以真教授正式提出并明確定義“計算思維”后，“計算思維”受到學者的廣泛關注并發展成為信息技術學科的核心素養。為了讓圖形化編程教學貼近實際生活，更聚焦學生計算思維核心素養，筆者根據學生日常生活中喜歡玩的幸運抽獎游戲，設計了《幸運大轉盤》一課，讓學生在真實的情境中發現問題、探究問題、解決問題，讓學生在體驗計算機解決問題的過程中，發展計算思維核心素養，培養學生科學探究、跨學科解決問題的關鍵能力。其中，計算機解決問題的過程是指通過分析問題、分解抽象、建模設計算法、編程調試等步驟以尋求問題解決最優化的過程。為有效發展學生的計算思維，基于問題解決的理念、計算機解決問題的過程和一般課堂教學模式，本文架構了基于問題解決理念培養計算思維的課程實施模式。下面，以《幸運大轉盤——有趣的Scratch編程應用》一課為例，探討課程設計、實施的過程。

● 課程的設計思路

1.教材與學情分析

本節課內容選自廣東省中山版信息技術小學六年級上冊第二單元。本單元主要學習使用Scratch創編故事、開發作品，而本節課是該單元的最后一課，是一節綜合活動課，也是筆者所在學?；赟TEAM理念項目式學習的其中一課。本課面向六年級的學生，他們對Scratch非常感興趣，也掌握了各個模塊指令的使用，具備了一定的概率與統計的數學知識。

2.教學理念

基于教材與學情分析，在“STEAM理念”“以學生為中心”“問題解決”的教育理念支持下，致力于發展學生的計算思維。

3.教學目標

知識與技能目標：靈活使用各種模塊指令，創作作品;編程實現轉盤概率設計（計算思維）。

過程與方法目標：學會分析作品，探究編程的方法與過程;利用數學、編程相關知識，理解轉盤概率設計的算法設計（計算思維）。

情感態度與價值觀目標：感受編程的魅力，愛上編程（信息意識）;學會科學看待“運氣”（信息社會責任）;培養自主探究的能力、合作學習的團隊精神。

4.教學策略

本節課采用了“學生主體，教師主導”的教學策略，主要使用情景教學、項目學習、范例演示的教法與自主探究、小組合作、學練結合等學法展開教學活動。

● 課程的實施過程

1.創設情境，激趣導入

學生們很喜歡在電腦上抽獎，但中獎真的是運氣嗎？基于這一生活情境，筆者設計了本節課，課前讓5位學生上臺玩一玩幸運大轉盤，共抽獎10次，邊玩邊讓學生統計他們中各個獎項的次數，發現四等獎中獎次數為5次，為什么四等獎的中獎次數最多？引出本節課的主題：幸運大轉盤的秘密——有趣的Scratch編程應用。通過在抽獎游戲中創設問題情境，激發學生興趣與思考。

2.任務驅動，自主實踐

讓學生分析作品中的角色、動作，完成圖1。接著邀請學生上臺嘗試編寫腳本，探究驗證分析結果，接著全班實踐任務一：編程實現轉盤轉并停下來。引導學生分析思考，嘗試將復雜問題分解為一個個簡單的問題。

3.動手探究，點撥提升

可現在的中獎是隨機的，不可控的，那怎么用程序控制呢？引出任務二：編程實現只中一個獎項。全班先探索嘗試，找出第1個關鍵點——方向問題，轉盤停下時的方向就決定最后中幾等獎，再請有發現的學生上臺示范任務二（如圖2）?？墒窃谏钪兄恢幸粋€獎項是不現實的，怎么中多個獎項？這樣由淺入深，逐步培養學生解決問題的能力。

從提出問題到解決問題，又發現新問題，引出任務三：編程實現中四個獎項。這個任務是本節課的重難點，教師為學生提供了支撐，先呈現中獎可能性設計圖（如圖3），師生討論合作完成。抽獎10次，設計一、二、三、四4個等級，中獎次數分別是1，1，2，6，然后中獎可能性是多大？（通過在廣州、中山等地多次教學，筆者發現大部分學生都不理解中獎概率，小學數學只學習了分數入門跟“一定、可能、不可能”等可能性的知識）這里教師需要幫助學生理解中獎可能性大小可以用分數表示，從而理解中獎概率的設計。

那如何編程實現呢？學生先通過閱讀材料，初步理解，再師生互動，找出第2個關鍵點：把隨機數的區間分為4份，與前面的概率設計一一對應。接著學生可以參考學習文檔，實踐任務三：編程實現中四個獎項。這樣通過多種方法，幫助學生理解中獎可能性與隨機數實現的算法設計（如下頁圖4），指導學生使用編程實現中獎概率的設計，突破重點和難點。

最后，呈現拓展任務：編程實現個性化的中獎可能性。學生根據自身水平嘗試完成拓展任務，可以將隨機數的范圍設置為1～20，1～100，還可以更換6個獎項的盤面，完成更加個性化的轉盤作品。從而實現學生的分層教學，注重學生個性化表達與創新精神。

4.分享展示，總結延伸

學生上臺分享展示作品并進行自評與他評，教師引導學生反思程序，當程序中出現多個類似語句時，可以用一個代替，引出程序優化的思想。同時引導學生科學看待中獎問題，不要將編程應用于賭博、網絡游戲等違法案例。最后呈現智能電梯、刷臉識別、機器人、無人機等圖片，引導學生應用編程讓世界更智能更美好。在總結中升華，幫助學生樹立信息社會責任意識，培養正確的價值觀。

● 課程的思考

縱觀本節課的主要脈絡，三個學習任務、四個教學環節，層層深入，環環相扣。從問題出發，又回歸問題解決，引導學生逐步解決問題，同時引導學生體驗計算機解決問題的過程，從而培養學生計算思維核心素養。

本節課還有一些亮點：①編程生活化——隨處可見的幸運大抽獎;②基于STEAM教學理念——適當融合數學知識;③數學思維與計算思維融合——綜合數學編程的相關知識與方法，設計算法，體驗計算機解決問題的過程。

● 結語

用好玩的程序讓孩子們愛上編程，用孩子的想象讓世界更加智能。筆者希望編程教學來源于生活，又回歸生活，讓學生在真實的情境中發現問題、探究問題、解決問題，在體驗計算機解決問題的過程中，發展學生計算思維核心素養，培養學生科學探究、跨學科解決問題的關鍵能力。希望基于問題解決理念培養計算思維的課程實施模式能給大家帶來一些新的思考。

（本文系2018年度廣東省中山市教育科研課題“基于STEAM理念的小學信息技術項目學習研究”的研究成果。）

蒼山點題

信息技術課程教什么的問題決定了怎么教的問題，針對中小學內容如何區分并進行一體化設計這一問題，在高中以2017版課標的嶄新面貌開啟了新一輪課程改革之后，部分省市的初中、小學也開始了相應的變革。

第一篇文章，展示出高中課程的較強理論性，這樣的內容如果只是一味講解，知識單一、枯燥，不能很好地激發學生的興趣。本課是第2課時，在文本編碼的基礎上，再來探究聲音的編碼，學生相對容易理解，尤其是設計了從理論到操作實驗的綜合項目，設計了四個活動來激發學生的求知欲，達成了理論與技術的完美結合。

第二篇文章，介紹了在當前的小學信息技術學科中，深受學生和教師喜愛的圖形化編程。但是，在圖形化編程的教學中普遍存在編程游戲化、故事化，而忽視了利用編程解決實際生活問題的具體情境，編程教學并不就是計算思維的培養。因此，作者架構了基于問題解決理念培養計算思維的課程實施模式，讓學生在真實的情境中發現問題、探究問題、解決問題，讓學生在體驗計算機解決問題過程中，發展計算思維核心素養，培養學生科學探究、跨學科解決問題的關鍵能力。

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