利用“螺旋式”体验学习理论，培养学生的计算思维

顾忠良

【摘 要】计算思维是信息科技学科核心素养的重要内涵。教师可“以合作体验为导向，以反思观察为重点，以抽象概念建构为内核，以主动实践促生长”，培养学生的计算思维，使学生达成理念与思维的内在统一、知识与技能的同向融合。

【关键词】信息科技；计算思维；学习闭环；可视化编程

2006年，计算思维首次被提出。它指的是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动。2022年，《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》正式颁布，将计算思维纳入了核心素养内涵及课程总目标中。那么，在信息科技学科的日常教学中，如何发展学生的计算思维？

根据大卫·库伯的“螺旋式”体验学习理论，教师可“以合作体验为导向，以反思观察为重点，以抽象概念建构为内核，以主动实践促生长”，创设信息科技课堂学习的闭环，发展学生的计算思维。在这样的教学中，学生依托原有生活经验，实现课堂内外的连通，逐步在体验中学会反思，在反思中建构抽象概念，在概念建构过程中积极实践，实现信息科技核心素养的发展。

一、合作体验助推学生计算思维初步形成

在信息科技高度发展的今天，几乎每一个学生都有对信息科技的具体体验。如家庭中使用的智能设备、商场中的机器人等，这些事物构成了学生的信息科技认知体验。在此基础上，教师再结合信息科技教材，对学生展开信息科技课程的教学，能达到事半功倍的效果。其中，合作学习是学生较为喜欢的一种学习方式，能为课堂带来意想不到的效果。

以苏教版信息科技教材五年级可视化编程单元中的《火柴人跳舞》一课为例，教学内容以火柴人为主角，这一事物对当下的小学生来说较为陌生。按照传统的教学流程，教师先引导学生画出三至四个火柴人造型，再让学生为火柴人造型设置切换效果，最后让学生设置舞台背景及动态效果。这样的教学过程按部就班，难以激发学生的学习热情，且无法与学生的已有经验建立联系。对此，教师可以在这一节课中建立一个或多个课堂数字聊天室，依托学生已有的生活经验及信息基础，开展以班级或小组为单位的区域合作学习。

教学中，授课教师在聊天室中提供一个火柴人案例，讓学生先玩一玩，再想一想，接着议一议，最后试一试。通过玩、想、议、试四个环节，学生的奇思妙想得到了激发。同时，学生还吸收了其他同学的智慧，在发现问题、思考问题、解决问题的过程中不断建构计算思维和综合能力。经历网络聊天室的体验交流后，有的学生会采用具象的火柴人，有的学生会采用抽象的火柴人，有的学生会通过复制、改编，设计较多数量的火柴人，从而使得火柴人跳舞的动作更为连贯、生动。课堂聊天室可以教师主导、学生主导、生生互导等方式展开，使每一个学生都能在课堂上平等地交流。实践证明，引入生活实例，开展合作学习能够帮助学生了解算法的特征和效率，培养学生的计算思维。

二、反思观察助力学生计算思维有效发展

利用课堂体验，引导学生开展课内反思与观察，是发展学生计算思维的重点。在当前的信息科技课堂学习中，师生反思、生生反思的学习形式并不常见。课堂观察虽然在一定程度上存在，但其深度、广度、力度均不足，难以激活学生的计算思维。因此，教师有必要在日常信息科技课堂教学中，有针对性地引导学生开展一系列反思观察活动，有效发展学生的计算思维。

比如，在教学苏教版信息科技教材五年级可视化编程单元中的《青蛙过河》一课时，授课教师对教材进行了恰当的重构：在课前播放青蛙在自然界中生活的视频。学生通过观察，真切地感受到青蛙的生活空间、捕食动作、日常姿态等情况，了解到青蛙过河的过程不是固定的，而是反复的、有变化的、随机的。其中既有顺序的呈现，即青蛙从池塘的一头向另一头行进，又有分支的呈现，即青蛙在过河的过程中，会朝不同的方向行进，还有循环的呈现，即青蛙过河后，依然可能返回原来的地点。学生基于视频，在编写“青蛙过河”的程序时会考虑采用速度变量、时间变量，在设置特效时会选用不同的算法。由此，计算思维涉及到的过程控制、问题解决环节自然发生。这样的设计有利于促进学生在课前主动反思、积极观察，在课中重点反思、定向观察，在课后深度反思、仔细观察。

三、抽象概念建构深化学生计算思维内核生成

算法是计算思维的核心要素之一。对于当下的学生，特别是乡村小学的学生来说，算法、计算思维等均是相对陌生的概念。那么，在人工智能迅速发展的今天，这些概念是否有必要让学生熟练掌握并根植于心？答案显然是肯定的。特别是在可视化编程教学中，教师应有序培养学生建构抽象概念的能力，引导学生利用算法分析事物，逐步学会利用自然语言解决问题。同时，教师有必要适当举例，让学生了解算法在日常生活中的应用情况，并明确算法在科技发展过程中发挥的重要作用。教师可以通过具体的课堂实践让学生初步感受算法，在课堂演示与实践操作中引导学生逐步建构抽象化概念，让学生深入了解算法的正确性及执行效率。具体而言，教师可以组织学生分组、分批、分主题讨论、实践，让学生的抽象概念通过归纳、分析等方式逐步建构起来。

以教学苏教版信息科技教材五年级可视化编程单元中的《花朵缤纷》一课为例，一般的教学流程是从画一片花瓣开始到画一朵花，再到画多朵花，最终呈现花朵竞相绽放、色彩缤纷的效果。此课的教学重点与难点是程序编写过程中图章功能及随机函数的应用，对应问题解决过程中的抽象、分解，及算法设计过程中的渗透与生成等计算思维。假如按照传统流程开展教学，那么，学生在学习过程中的体验感与美术学科相似，无法体现信息科技学科有机渗透计算思维培育的特征。对此，教师有必要对教学流程进行优化，即引导学生进行抽象概念建构。

授课教师在本课的导入环节以数字手段表现出花朵竞相绽放、色彩缤纷的效果，并从现实中的花朵自然迁移到计算机算法呈现出的花朵上来。在学生欣赏导入效果时，授课教师利用课堂语言适时点拨，激发学生对花朵呈现效果的抽象概念建构：花瓣是如何通过角度的正向或逆向旋转成为花朵的？花朵的颜色是如何呈现随机变化的？花朵的大小及在屏幕上的位置是如何随机呈现的？这三个问题可以有效激发学生的学习热情，避免空洞讲解抽象概念造成学生学习兴趣消退的情况，使学生初步完成本课抽象概念的建构，自然形成认知关联，认识到这些花朵形象的呈现是基于随机算法的作用，是自然语言过渡到程序语言的表现。

与此同时，授课教师在编程环节通过分别搭建奇数花瓣、偶数花瓣的脚本，以及位置、大小、颜色的变化，实现“花开满园”的程序应用效果，进一步让学生通过自我操作体验到随机函数及图章功能的无限魅力。由此，花朵的位置、大小、颜色等抽象概念在学生的脑海中落地。同时，授课教师通过程序脚本的正向编写，使程序效果以“花园”的形式呈现在屏幕上，让学生进一步强化抽象、分解、建模等计算思维。

四、主动实践促进学生计算思维整体生长

如何让学生从被动学习向主动学习有序过渡？自主实践必不可少。在课前的教学设计中，教师要有意识地设计实践环节，引导学生从多种角度出发，了解学习内容、学习活动、学习资源，与教材、同学产生“伙伴式”关联。让学生从学习的交互性、融合性方面进行实践，实现从一课到另一课的递进式提升，是课堂教学的必要目标与重要路径。在计算思维的培养过程中，教师应赋予学生更多的学习自主权，提供足够的学习机会与广阔的平台，让学生产生学习的向心力与效能感。

以苏教版信息科技教材五年级可视化编程单元中的《画正多边形》一课为例，这一课内容涉及简单化算法以及自动化求解，且融文字编程与图形编程为一体，是一节“跨界式”的编程课，对学生来说难度较大。本课主要涉及“画笔”这一工具及正多边形这一概念，教师可以从美术学科及数学学科出发，将相关知识技能迁移至本课。授课教师通过语言、动作、神态等课堂教学手段的引领，让学生在课前自然形成尝试自主实践的探索欲望。课堂上，授课教师带领学生先通过提笔、落笔及画正多边形进行现实模拟，再分层次、分批次地转移到程序的编写中来。在学生尝试画正三角形、正方形及其他正多边形时，授课教师合理加大教学难度，幫助学生利用算法对正多边形进行程序化表达，将复杂问题通过自主实践进行必要的分解，让学生形成攀爬式、探索式的学习格局，学会使用图形化编程语言，运用循环程序结构，自主编写各种正多边形程序。在此基础上，授课教师进一步引导学有余力的学生自主尝试渐变色图及复杂多边形的脚本设计，充分体现了程序教学的分层性及计算思维培养的整体性。从正三角形到复杂正多边形，从单色到混色，授课教师通过语言激励、课堂演示等教学手段，充分激发学生的自主实践热情，让计算思维在学生的自主实践中逐渐得到整体性的生长。

当前的信息科技学科呈现出全新的发展态势，深度学习、人工智能、计算思维等都成为社会发展与学科学习的热门词。如何在信息科技学科日常教学过程中，依托各类途径与平台，通过合作体验、反思观察、抽象概念建构和主动实践的加持，使知识与技能呈现螺旋式上升的态势，是每一个信息科技教师需要思考的问题。教师应重新审视信息科技学科的教学理念，不能只注重技能的传授，还要关注信息意识的培养与计算思维的建构，直面学生之间的内在与外显差异，突出合作意识的培养与数字素养的培育。与此同时，对信息科技课堂的评价也不能只停留在单节课、单项操作技能或单个知识点的评价上，而要充分考虑学生的初始水平、课堂表现、课后学习等综合因素，真正建构起以计算思维培养为主要目标的螺旋式、立体化教学新范式。

（江苏省苏州市藏书实验小学）