基于问题解决理念培养计算思维的课程实践
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作者:许明伟
自周以真教授正式提出并明确定义“计算思维”后，“计算思维”受到学者的广泛关注并发展成为信息技术学科的核心素养。为了让图形化编程教学贴近实际生活，更聚焦学生计算思维核心素养，笔者根据学生日常生活中喜欢玩的幸运抽奖游戏，设计了《幸运大转盘》一课，让学生在真实的情境中发现问题、探究问题、解决问题，让学生在体验计算机解决问题的过程中，发展计算思维核心素养，培养学生科学探究、跨学科解决问题的关键能力。其中，计算机解决问题的过程是指通过分析问题、分解抽象、建模设计算法、编程调试等步骤以寻求问题解决最优化的过程。为有效发展学生的计算思维，基于问题解决的理念、计算机解决问题的过程和一般课堂教学模式，本文架构了基于问题解决理念培养计算思维的课程实施模式。下面，以《幸运大转盘——有趣的Scratch编程应用》一课为例，探讨课程设计、实施的过程。
● 课程的设计思路
1.教材与学情分析
本节课内容选自广东省中山版信息技术小学六年级上册第二单元。本单元主要学习使用Scratch创编故事、开发作品，而本节课是该单元的最后一课，是一节综合活动课，也是笔者所在学校基于STEAM理念项目式学习的其中一课。本课面向六年级的学生，他们对Scratch非常感兴趣，也掌握了各个模块指令的使用，具备了一定的概率与统计的数学知识。
2.教学理念
基于教材与学情分析，在“STEAM理念”“以学生为中心”“问题解决”的教育理念支持下，致力于发展学生的计算思维。
3.教学目标
知识与技能目标：灵活使用各种模块指令，创作作品;编程实现转盘概率设计（计算思维）。
过程与方法目标：学会分析作品，探究编程的方法与过程;利用数学、编程相关知识，理解转盘概率设计的算法设计（计算思维）。
情感态度与价值观目标：感受编程的魅力，爱上编程（信息意识）;学会科学看待“运气”（信息社会责任）;培养自主探究的能力、合作学习的团队精神。
4.教学策略
本节课采用了“学生主体，教师主导”的教学策略，主要使用情景教学、项目学习、范例演示的教法与自主探究、小组合作、学练结合等学法展开教学活动。
● 课程的实施过程
1.创设情境，激趣导入
学生们很喜欢在电脑上抽奖，但中奖真的是运气吗？基于这一生活情境，笔者设计了本节课，课前让5位学生上台玩一玩幸运大转盘，共抽奖10次，边玩边让学生统计他们中各个奖项的次数，发现四等奖中奖次数为5次，为什么四等奖的中奖次数最多？引出本节课的主题：幸运大转盘的秘密——有趣的Scratch编程应用。通过在抽奖游戏中创设问题情境，激发学生兴趣与思考。
2.任务驱动，自主实践
让学生分析作品中的角色、动作，完成图1。接着邀请学生上台尝试编写脚本，探究验证分析结果，接着全班实践任务一：编程实现转盘转并停下来。引导学生分析思考，尝试将复杂问题分解为一个个简单的问题。
3.动手探究，点拨提升
可现在的中奖是随机的，不可控的，那怎么用程序控制呢？引出任务二：编程实现只中一个奖项。全班先探索尝试，找出第1个关键点——方向问题，转盘停下时的方向就决定最后中几等奖，再请有发现的学生上台示范任务二（如图2）。可是在生活中只中一个奖项是不现实的，怎么中多个奖项？这样由浅入深，逐步培养学生解决问题的能力。
从提出问题到解决问题，又发现新问题，引出任务三：编程实现中四个奖项。这个任务是本节课的重难点，教师为学生提供了支撑，先呈现中奖可能性设计图（如图3），师生讨论合作完成。抽奖10次，设计一、二、三、四4个等级，中奖次数分别是1，1，2，6，然后中奖可能性是多大？（通过在广州、中山等地多次教学，笔者发现大部分学生都不理解中奖概率，小学数学只学习了分数入门跟“一定、可能、不可能”等可能性的知识）这里教师需要帮助学生理解中奖可能性大小可以用分数表示，从而理解中奖概率的设计。
那如何编程实现呢？学生先通过阅读材料，初步理解，再师生互动，找出第2个关键点：把随机数的区间分为4份，与前面的概率设计一一对应。接着学生可以参考学习文档，实践任务三：編程实现中四个奖项。这样通过多种方法，帮助学生理解中奖可能性与随机数实现的算法设计（如下页图4），指导学生使用编程实现中奖概率的设计，突破重点和难点。
最后，呈现拓展任务：编程实现个性化的中奖可能性。学生根据自身水平尝试完成拓展任务，可以将随机数的范围设置为1～20，1～100，还可以更换6个奖项的盘面，完成更加个性化的转盘作品。从而实现学生的分层教学，注重学生个性化表达与创新精神。
4.分享展示，总结延伸
学生上台分享展示作品并进行自评与他评，教师引导学生反思程序，当程序中出现多个类似语句时，可以用一个代替，引出程序优化的思想。同时引导学生科学看待中奖问题，不要将编程应用于赌博、网络游戏等违法案例。最后呈现智能电梯、刷脸识别、机器人、无人机等图片，引导学生应用编程让世界更智能更美好。在总结中升华，帮助学生树立信息社会责任意识，培养正确的价值观。
● 课程的思考
纵观本节课的主要脉络，三个学习任务、四个教学环节，层层深入，环环相扣。从问题出发，又回归问题解决，引导学生逐步解决问题，同时引导学生体验计算机解决问题的过程，从而培养学生计算思维核心素养。
本节课还有一些亮点：①编程生活化——随处可见的幸运大抽奖;②基于STEAM教学理念——适当融合数学知识;③数学思维与计算思维融合——综合数学编程的相关知识与方法，设计算法，体验计算机解决问题的过程。
● 结语
用好玩的程序让孩子们爱上编程，用孩子的想象让世界更加智能。笔者希望编程教学来源于生活，又回归生活，让学生在真实的情境中发现问题、探究问题、解决问题，在体验计算机解决问题的过程中，发展学生计算思维核心素养，培养学生科学探究、跨学科解决问题的关键能力。希望基于问题解决理念培养计算思维的课程实施模式能给大家带来一些新的思考。
（本文系2018年度广东省中山市教育科研课题“基于STEAM理念的小学信息技术项目学习研究”的研究成果。）
苍山点题
信息技术课程教什么的问题决定了怎么教的问题，针对中小学内容如何区分并进行一体化设计这一问题，在高中以2017版课标的崭新面貌开启了新一轮课程改革之后，部分省市的初中、小学也开始了相应的变革。
第一篇文章，展示出高中课程的较强理论性，这样的内容如果只是一味讲解，知识单一、枯燥，不能很好地激发学生的兴趣。本课是第2课时，在文本编码的基础上，再来探究声音的编码，学生相对容易理解，尤其是设计了从理论到操作实验的综合项目，设计了四个活动来激发学生的求知欲，达成了理论与技术的完美结合。
第二篇文章，介绍了在当前的小学信息技术学科中，深受学生和教师喜爱的图形化编程。但是，在图形化编程的教学中普遍存在编程游戏化、故事化，而忽视了利用编程解决实际生活问题的具体情境，编程教学并不就是计算思维的培养。因此，作者架构了基于问题解决理念培养计算思维的课程实施模式，让学生在真实的情境中发现问题、探究问题、解决问题，让学生在体验计算机解决问题过程中，发展计算思维核心素养，培养学生科学探究、跨学科解决问题的关键能力。
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