基于思维导图下中小学计算思维方面的可视化分析

齐盛强 芮玉彬 李世杰

(1.3.西北师范大学 教育技术学院 甘肃 兰州 730070；2.西北师范大学 教育学院 甘肃 兰州 730070)

一、问题的提出

2006年,美国周以真教授首次提出“计算思维”,是指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之广度的一系列思维活动[1]。计算思维已经与中小学生的信息技术课程紧密相连,对于计算思维在中小学学校中显得越来越重要,提及信息技术课程,计算思维已经是信息技术学科思维组成部分。具有计算思维,信息意识,能够熟练运用新兴的计算机技术和手段进行学习与生活,解决学习生活中遇到问题是信息化社会人才应该具有的素质和能力。中小学信息技术教育中,教学生掌握计算思维比单纯的学习操作计算机更为重要[2]。

计算思维往往是比较抽象的,是不可预见,很难讲授,更没办法进行有针对性的培养的。而如何可视化就是计算思维培养过程中必须进行的。“可视化”一词源于英文的“visualization＂,原意是“可看得见的、清楚的呈现”,也可译为“图示化”,如计算机编程的可视化界面(VB,VC等)[3]。一般来讲,知识可视化过程,包括传者(教学工作者)和受者(学习者)两个对象。因此,可视化使知识传播,更加容易,科学,有效。使传者观点极易表达给受者。这样一来,可视化指的是所有可以用来建构和传达复杂知识的图解手段,使抽象内容表征化。可视化,在信息技术课程中,不仅能够提高学生学习兴趣,而且可以锻炼学生思维,提高学生运用技术解决生活学习中的问题,具有信息意识。

思维导图(Mind Map)是英国心理学家东尼·博赞在20世纪70年代所创,是一个创意性记忆概念,又称为脑图(Mind Map)或概念图(Concept Map),是用来组织和表征知识的工具[4]。最开始的时候,思维导图仅仅是作为一种新的笔记方法。思维导图在于激发并整理思考,采用的手段是“从中心向周围发散的非线性笔记”[5]。思维导图的核心是把形象思维和抽象思维结合起来,并将思维在白纸上以图画和线条的方式表现出来[6]。刚好可以达到满足可视化的要求。思维导图将信息表征工具,包括图画,视频,文字等多种方式组合运用,以呈现受者,从而实现知识表征的可视化[7]。

互联网＋教育下,中小学的信息技术课程已经成为国内中小学必须开设的一门课程。但是,近年来随着信息技术课程实施及技术的发展,信息技术课程在教学内容和具体目标上都呈现出一定的不稳定性,多元化培养趋势日益明显[8]如何使计算思维的培养,或者说训练能够可视化,思维导图用于计算思维的可以进行探索。

二、计算思维与信息技术课程的联系

(一)计算思维是信息技术课程的内在体现

计算思维的培养体现在信息技术课程的教学,学生的学习过程中的方方面面。发展学生“数据抽象、模型建构、回归验证、数字实现”的计算思维方式、提高学生利用信息技术解决问题的能力是信息技术课程的一种重要的内在价值[9]。

(二)计算思维解决了信息技术课程学科思维问题[8]

从面向学科知识到作为学科工具,以及现在面向学科思维,信息技术课程作为一门学科,有自己的学科思维,而计算思维作为学科思维的一部分,丰富了信息技术学科思维。

对此,祝智庭教授也指出:面对不断变化的信息化世界,计算机课程不是要把学生都培养成为程序设计专家,而是希望学生具备信息技术学科的思维方式,正确理解计算机和人与社会的关系[10]。

三、思维导图下，计算思维的可视化的探究

在互联网＋教育下,不断变化的信息社会,日新月异的学习生活环境,使信息技术课程不仅仅是教授学生成为程序设计者,软件使用员,更加是要学生具有学科思维方式。计算思维依据Selby和Woollard博士关于计算思维的观点比较适合中小学信息技术教育,计算思维具体包括算法思维、评估、分解、抽象、概括。

(1)基于思维导图,对于算法思维的可视化。对于算法与程序设计模块,以问题为导入。比如说比较大小。给定的数字与数字序列比较大小。利用思维导图,将比较过程借助于思维导图提前呈现在软件中,使算法思维的过程可以相互间提出意见。

(2)基于思维导图,对于分解思维的可视化。这里以认识计算机为例。计算机的发展史,计算机有哪些部分组成,可以进行分解。学生可以计算机为主题,进行思维导图的创作,如图:

锻炼学生对于问题的解决可以分步骤,分次级主题进行解决。使复杂的问题变得简单,简单问题更加形象。

(3)基于思维导图,概括思维的可视化。信息技术课程中也存在相似的知识,比如位图和矢量图。在信息技术课程中,新旧知识之间,有哪些联系,又是否存在区别。基于思维导图,对于新旧知识进行加工处理,总结与概括。促进知识之间的联系,使知识与知识间联系可视化。

(4)基于思维导图,操作思维的可视化。信息技术课程中,对于课程的实际操作与实践是必不可少的。而中小学信息技术课程的教学不仅仅是在计算机机房, 是与普通教师相结合的课堂模式。所以教师在讲解操作时,可以借助于思维导图,进行操作的讲解。

(5)基于思维导图,安全思维的可视化。信息安全已经是当今社会不得不注意的问题。信息技术方便了我们的学习、生活、工作,但存在的安全问题也是学生不得不注意,不得不学习的地方。安全问题有哪些?安全如何保障?依据思维导图,学生以自己感兴趣的形式,将计算机安全问题,通过自己的理解呈现在思维导图中。

四、结束语

对于中小学信息技术,目前主要是理论与计算机的基本操作,以及软件的基本使用,而随着信息技术学科素养,大数据,云计算,人工智能进入学校,它的内容更加广阔,学习深度更加出彩,那样教学内容也就更加复杂。而思维导图的引入,特别是对于计算思维的培养的探索与尝试,对于信息技术课程的开展有非常好的借鉴。有利于课程的开展,学生信息意识的培养,进而有利于学生的发展。