注重情境创设 培养计算思维
——以《探秘智能小车中的分支结构》教学为例

邓彩虹 福建师范大学平潭附属中学

计算思维本质上是一种思维活动，这种思维活动需要内化为个人解决问题的能力，并“条件性”地体现在各种问题的解决中。笔者认为，创设不同的情境，启发学生分析解决问题，并能够将一般方案、步骤清晰准确地表述出来，有利于提高学生的计算思维。下面，笔者以福建教育出版社出版的信息技术七年级下册第二单元“走进程序设计”第6课《探秘智能小车中的分支结构》为例，探究在教学过程中如何创设学习情境链培养学生的计算思维。

● 核心素养培育下的初中编程教学问题

1.教学内容较为单一

初中信息技术教材采用C语言作为编程语言，在教学实践过程中，笔者发现部分学生虽然在小学阶段已经学过图形化编程，具备一定的抽象思维能力，拥有初步的编程思维，但在初学C语言时仍然很吃力，同时，传统的教学拘泥于编程知识、技巧的简单传授，容易让学生觉得编程学习很枯燥。例如，在教学《探秘智能小车中的分支结构》一课时，传统教学大多数是以学习语法规则、代码编写为主线，枯燥的编程学习容易让学生失去兴趣，理解和应用也就大打折扣。

2.学习情境创设比较简单

在教学实际中，大多数教师仅在教学的导入部分或某一教学活动中创设情境，未能将情境学习理念贯彻整个编程教学过程。同时，开放式交互情境的学习情境较少，对促进学生协作开展知识构建的作用不大，也不利于学生思维活动的深化。

3.计算思维培养重视不足

目前，很多初中编程教学沿用传统的讲练结合教学模式，忽视计算思维培养，导致学生被动学习，使学生缺乏主动思维的意识。计算机解决问题的思路是由人来决定的，所以教师不能拘泥于具体的编程语句或代码的简单传授，要注重培养学生在抽象的编程学习过程中运用计算机领域的思想来解决问题的计算思维能力。

● 创设情境助力培养计算思维

在中小学信息技术课程教学过程中，编程是体现计算思维的最佳方式之一。教师在教学设计、课堂活动、效果评价等环节上要恰当地运用各种教学方法，使学生能够在掌握所学知识的基础上，充分发挥自己的想象和创造力解决实际问题。

例如，在《探秘智能小车中的分支结构》一课中，笔者以智能小车在道路行驶中会遇到的分支为主线，创设社会情境、问题情境、应用情境、评价情境等相互联系的学习情境，采用任务驱动的方法，通过“原理初探”“自动过红绿灯”“自动转弯”“无人配送车验证码取快递”等环节，由浅入深，由易到难，让任务层层递进。紧密联系的学习情境链弥补了多元情境教学中情境创设不连续、片段化的不足，避免孤立、零散的情境元素给学生带来认知和思维发展存在“跳跃”和“断层”的情形，有利于学生形成计算思维渐进发展的实践场域，也避免其在自主学习过程中产生厌倦感和枯燥感。进而通过学习情境链“节点”之间的情境要素“流动”，增强项目式编程教学活动中学习的交互性，学生亲身体验、参与编程过程，不断优化算法并且编程实现，将计算思维逐步“渗透”到自身的知识结构中，在情境中不断促进计算思维的发展。

● 教学案例

1.导入社会情境，激发学生兴趣

分支结构是程序设计常用的基本结构之一，笔者以华为ADS无人驾驶汽车为切入点，让学生感受科技的力量，引导学生思考无人驾驶汽车如何做到眼观六路、耳听八方。学生在思考这个问题时，一般都能够说出无人驾驶小车智能系统需要进行判断，但是对采用什么样的传感器以及如何判断却不了解。启发学生思考、讨论、表达无人驾驶汽车的工作原理，向学生归纳总结无人驾驶汽车拥有一套模仿人驾驶过程的系统，其中包含感知、定位、规划、决策、控制等核心模块。全车配备了非常多的传感器，这些传感器共同感知、共同决策，对外界进行持续检测判断，分析路况环境，并且作出驾驶动作选择。从而引入分支结构的定义，让学生初步感受分支结构，为后面的学习做好铺垫。

2.设置问题情境，培养计算思维

笔者设置了两个由易到难的问题情境，即智能小车如何自动过红绿灯和自动转弯，引导学生从无人驾驶汽车行驶情境中了解分支结构。

首先引导学生分析智能小车如何自动过红绿灯，讨论当传感器识别出不同颜色的红绿灯时智能小车会选择做出怎样的驾驶动作，在情境中了解分支结构，笔者带领学生不断完善智能小车自动过红绿灯的流程图，引导学生根据流程图，完善程序，调试运行。

在理解并学会用分支结构解决智能小车自动过红路灯问题后，继续设置智能小车如何自动转弯这一问题情境，引导学生分析基本检测原理，笔者用1代表传感器探测到道路边缘，0表示没有探测到，这样便于学生理解和描述问题。在这个情境中向学生介绍分支结构中使用if语句嵌套的情况，引导学生自行完善智能小车自动转弯的流程图（如下图），启发学生思考不同的转弯，判断条件是什么，并根据程序流程写出程序代码。在这个过程中指导学生在使用if嵌套时要注意分清层次，明白else所对应的应当是离得最近的if语句，防止发生逻辑错误。

在解决上述两个问题情境的过程中，笔者通过引导学生运用思维技能进行问题求解，使学生明白分支条件和分析程序流程是分支结构程序设计的关键，在设计程序过程中视情况选择适当的分支语句，学生在解决问题的过程中，理解了分支结构的原理，在情境中培养了计算思维。

3.拓展应用情境，促进知识迁移

随着课堂任务的推进，笔者与学生逐一研究在解决问题过程中存在的困难，并通过分解步骤进行讲解，引导学习由浅入深地掌握重难点。经过前面两个课堂任务，学生对分支结构有了一定的理解。这时，笔者合理提高课堂任务难度，提出无人配送车验证码取快递在程序设计中如何使用分支结构这一应用情境，进一步思考如何防止被人以不断地输入验证码的方式进行暴力破解，引导学生自主学习、合作探究，通过探讨如何增加系统的安全性，做到拓展延伸，进阶启发思维，加深对分支结构的理解，增强信息安全意识，更好地突破本节课的教学重难点。

4.构建评价情境，树立社会责任

笔者向学生提出了扩展思考：你想拥有无人驾驶汽车吗？为什么？鼓励学生围绕无人驾驶汽车的优势与存在的问题展开交流探讨和评价，引导学生客观、理性地对待无人驾驶汽车。初中学生已经具备了一定的信息安全保护知识，因此，在学生讨论过程中教师要适当引导学生加强信息安全责任意识，如通过学生分组讨论，用表格、思维导图等方式列出无人驾驶汽车行驶过程中应该注意的安全问题以及保护措施。同时，教师还可对学生的小组讨论结果进行适当评价，进一步增强学生的信息社会道德与伦理准则意识，树立正确的信息社会安全责任意识。

● 结语

本节课以智能小车在行驶过程中可能会遇到的分支结构为主线，通过任务驱动法，设置两个由易到难的课堂任务，让学生针对教师提出的问题进行积极探讨，再通过如何解决问题、如何编写程序等问题，层层递进，让学生在“做中学”，有效激发了学生的学习兴趣。在拓展任务中，进一步引导学生思考如何优化程序，提升学生的高阶思维，如学生可能会想到限制验证码输入的次数、随机验证码等，这些将成为他们学习后面知识的动力，增加学习兴趣，培养学生解决生活中实际问题的能力。