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【未來學校】落實中小(xiǎo)學生(shēng)計算(suàn)思維的培養,可以從(cóng)這三方面切入

2022/4/8 14:39:28

進入教育信息化2.0時代,信息技(jì)術(shù)與學科融合進一(yī)步深入。近幾年(nián),融合信息技(jì)術(shù)開(kāi)展的創客教育、STEM教育和人工(gōng)智能(néng)教育,圍繞新課改強調注重學生(shēng)創新能(néng)力與實踐動手探究能(néng)力等的培養目标,開(kāi)啓未來人才的培養研究。


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随著(zhe)信息技(jì)術(shù)的不斷發展,計算(suàn)思維成為(wèi)信息技(jì)術(shù)新課标學科核心素養之一(yī),是21世紀學生(shēng)發展的核心能(néng)力。如何利用技(jì)術(shù)進行學習工(gōng)作,解決問題,不僅是教學者的能(néng)力要求,作為(wèi)未來建設社會(huì)人才的中小(xiǎo)學生(shēng),這種計算(suàn)思維能(néng)力的提升更是迫在眉睫。


計算(suàn)思維的内涵

計算(suàn)機(jī)化解決問題


同專家對計算(suàn)思維的定義側重有所不同。目前從(cóng)文獻看(kàn),多(duō)數人認可的計算(suàn)思維是卡内基·梅隆大學的周以真教授提出的概念。2006年(nián)她首次提出計算(suàn)思維的概念,将計算(suàn)思維定義為(wèi)一(yī)種思維模式,認為(wèi)計算(suàn)思維是一(yī)種運用計算(suàn)機(jī)科學基本概念求解問題、設計系統和理解人類行為(wèi)的活動。


國(guó)際教育技(jì)術(shù)學會(huì)(ISTE)曾指出:計算(suàn)思維的核心能(néng)力是CPS能(néng)力,CPS(Computa-tionalProblem-solving)是計算(suàn)機(jī)化解決問題。


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“計算(suàn)思維”是思維方式的一(yī)種,關注問題解決方案的形成過程,培養學生(shēng)像計算(suàn)機(jī)科學家那樣去思考問題,是計算(suàn)思維培養的宗旨。由此可見(jiàn),計算(suàn)思維核心點為(wèi):基于問題需求,進行過程設計、結果評估,提升内化成思維能(néng)力。


計算(suàn)思維落地課程的著(zhe)力點

根本、載體與橋梁


2017年(nián)教育部發布《普通(tōng)高(gāo)中信息技(jì)術(shù)課程标準》,計算(suàn)思維列入信息技(jì)術(shù)學科四大核心素養之中。此後中小(xiǎo)學各學段的信息技(jì)術(shù)課程目标把培養計算(suàn)思維能(néng)力提上(shàng)課堂教學。


近年(nián)來,廣州市(shì)初中信息技(jì)術(shù)把計算(suàn)思維列入教材教學,使學生(shēng)了解計算(suàn)思維的含義與應用,但篇幅不多(duō),内容較為(wèi)抽象,學生(shēng)僅是建立起計算(suàn)思維的概念而已。同時,對于學生(shēng)解決實際問題的計算(suàn)思維能(néng)力的培養仍是較大的空白(bái)。


綜上(shàng),結合新課程所倡導的自(zì)主合作學習、實踐探究、創新等能(néng)力培養,在真實有效教學過程中落實計算(suàn)思維能(néng)力的培養,可從(cóng)以下(xià)幾個(gè)方面切入。


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“建造”是根本

計算(suàn)思維靠習得而非教授獲得


計算(suàn)思維是一(yī)種思維方式,思維習慣是思維方式的一(yī)種表現方式。常說行為(wèi)決定習慣,通(tōng)過行動習得的思維方式才更深刻。


建構主義者皮亞傑與人工(gōng)智能(néng)先驅西(xī)蒙·派珀特(Sey-mourPapert)堅信知識不單是通(tōng)過編碼、存儲、提取的方式獲取或是簡單地“傳遞”,而需要個(gè)人“建造”。派珀特強調,兒童應從(cóng)“制作中學習(LearnbyMaking)”,關注知識學習的“過程”,提倡兒童通(tōng)過具體的技(jì)術(shù)媒介将頭腦(nǎo)中的想法轉化,通(tōng)過設計與制作來獲取知識。


著名的學習專家愛德加·戴爾提出學習金字塔理念,指出采用主動參與、實踐性的學習方式比傳統被動接收學習的學習效率更好。計算(suàn)思維的培養更需要個(gè)體通(tōng)過行為(wèi)内化而得,自(zì)動在創造中建構知識。


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近幾年(nián),中小(xiǎo)學校園興盛的創客教育、STEM教育,以跨學科大熔爐大融合培養綜合能(néng)力為(wèi)主。創客教育尤為(wèi)強調造物(wù),當個(gè)體在借助實物(wù)工(gōng)具設計創造過程中,獲得的知識最深刻和有意義。


中小(xiǎo)學生(shēng)正處于好奇心最為(wèi)強烈的年(nián)齡,創客的造物(wù)極大吸引學生(shēng)樂此不疲去“玩”物(wù)。這種基于濃厚興趣的“造物(wù)”非常有利于學生(shēng)對知識的建構,造物(wù)過程中提升了各種思維能(néng)力素養。




筆者曾在小(xiǎo)學三年(nián)級開(kāi)展過一(yī)項《液壓玩具》創客教學實踐。該項目設計的目标是巧用科學學科水(shuǐ)的力傳遞性知識制作玩具,讓學生(shēng)在遊戲制作的學習中加深對知識原理性的理解。


教學使用材料以針筒、五彩雪糕棒為(wèi)主,學生(shēng)在動手制作過程中興緻高(gāo)漲,有學生(shēng)在制作玩具同時拓展了對水(shuǐ)的力傳遞性知識的學習,發現施力面積與受力面積影響托舉的物(wù)體上(shàng)升高(gāo)度的關系。有學生(shēng)在觀看(kàn)液壓千斤頂視頻後,在對作品改裝試驗中體會(huì)到(dào)受力面變大,托舉的物(wù)體越大,由此深刻理解千斤頂的原理。可見(jiàn)學生(shēng)非常熱衷于動手實踐,在造物(wù)的實踐中領悟的知識不局限于教學預設的目标,還(hái)有更多(duō)拓展知識。在這種摸索實踐學習中,更能(néng)提高(gāo)學生(shēng)思維思辨能(néng)力。




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編程為(wèi)載體

融合多(duō)學科搭建計算(suàn)思維基石


編程是培養計算(suàn)思維的重要途徑。歐美國(guó)家在很早就(jiù)大力提倡少兒編程,培養少兒思維能(néng)力與創新能(néng)力。我國(guó)初高(gāo)中階段開(kāi)設編程教學也較早,流程圖知識、算(suàn)法的學習,用概括符号來表達整件(jiàn)過程流程,這些都是計算(suàn)思維的必備知識。


筆者在十多(duō)年(nián)來的中小(xiǎo)學信息技(jì)術(shù)教學實踐中,發現目前中小(xiǎo)學信息技(jì)術(shù)編程教學大多(duō)數仍是為(wèi)了知識而教學。特别在初中階段,困于學時少考試壓力大等因素,多(duō)數學生(shēng)的編程學習興趣難以提高(gāo),程序的算(suàn)法思維更難以落實。


2016年(nián),筆者參與本校創客校本教材的研發與實踐研究,發現學生(shēng)對用編程控制實物(wù)非常有成就(jiù)感,對學習編程興趣濃厚。在創客作品創造中,學生(shēng)通(tōng)過動手探究對編程算(suàn)法的理解更為(wèi)具體,學習興趣自(zì)然提高(gāo)。在編程學習中特别講究思維嚴謹精益求精,這與創客的“工(gōng)匠(jiàng)精神”高(gāo)度相(xiàng)符。


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創客教育為(wèi)編程學習提供一(yī)種新平台,讓學生(shēng)在真實體驗與實踐應用中發展學生(shēng)利用信息技(jì)術(shù)思考與解決問題的獨特能(néng)力。身為(wèi)“數字土(tǔ)著”的中小(xiǎo)學生(shēng),技(jì)術(shù)是學習生(shēng)活中必不可少一(yī)部分,利用技(jì)術(shù)來解決問題、進行創造和創新将是習慣的思維方式。


3

項目作橋梁

用問題情景學習讓計算(suàn)思維落地


計算(suàn)思維不是一(yī)門(mén)單獨的學科,它源于計算(suàn)機(jī)科學,和數學思維、工(gōng)程思維有非常緊密的關系。計算(suàn)思維不僅是一(yī)種适應于計算(suàn)機(jī)科學的概念和思維,還(hái)能(néng)提供一(yī)種廣泛應用于工(gōng)作、學習、生(shēng)活中分析問題的視角。


項目學習是基于真實問題情境、發現問題、分析問題,進而解決問題系列實踐的研究性學習,其綜合應用知識和能(néng)力要求非常強。計算(suàn)思維正是項目式學習所需一(yī)種能(néng)力,同時項目學習更有利于鍛煉學生(shēng)的創造性思維、工(gōng)程思維和計算(suàn)思維。通(tōng)過真實的問題情境,增強學生(shēng)對應用知識創造的興趣,在行為(wèi)上(shàng)自(zì)我肯定更高(gāo)。


以“校園智能(néng)模型”項目為(wèi)例

在實踐中培養學生(shēng)計算(suàn)思維


項目背景:學校目前沒有校園立體模型,對于初入學的學生(shēng)或家長(cháng),以及外來參觀學習的教師(shī)來說,需要快速查找某些重要的場地有一(yī)些困難。要求學生(shēng)結合創客中開(kāi)源平台技(jì)術(shù),制作具有簡單智能(néng)功能(néng)的校園模型。


本項目設計以工(gōng)程七步設計法為(wèi)參照(zhào),根據項目執行實際過程作了環節調整,具體流程見(jiàn)下(xià)表

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在項目學習中,環節一(yī)注重學生(shēng)實踐的可操作性,把大問題分解為(wèi)小(xiǎo)問題,有利于學生(shēng)調用已有知識一(yī)一(yī)解決;梳理項目的核心問題利于解決方案的設計。七年(nián)級學生(shēng)知識儲備非常有限,對于天馬行空不切實際的想法,教師(shī)通(tōng)過預設的“參考”引導學生(shēng)回歸可執行方案設計上(shàng)。該環節特别考驗學生(shēng)的辯證思維,策劃思維,這些都是計算(suàn)思維重要的組成。


環節二到(dào)環節五“制作原型”是項目解決的核心部分,需要具有較高(gāo)的計算(suàn)思維、算(suàn)術(shù)思維,用工(gōng)程思維抽象主次部分,有針對性地把主問題攻克,保障項目的順利推進解決。可見(jiàn),完整的項目實施過程就(jiù)是一(yī)個(gè)算(suàn)法過程,而每個(gè)實施步驟中又(yòu)可以細分為(wèi)不同的小(xiǎo)問題,小(xiǎo)問題又(yòu)可以說是一(yī)個(gè)微型的小(xiǎo)項目。


最後兩環節優化測試和評價,用評價标準來評估解決效果是否高(gāo)量,使得項目成果或創客産品能(néng)不斷在“設計—完善—評估”中叠代優化,這是對學習的一(yī)種肯定,激勵學生(shēng)追求嚴謹科學,精益求精的精神。


結語


随著(zhe)物(wù)聯網、雲計算(suàn)、區塊鏈、人工(gōng)智能(néng)等信息技(jì)術(shù)不斷發展,生(shēng)活在數字化裡(lǐ)的人們,熟練應用好技(jì)術(shù)是生(shēng)活的一(yī)項基本技(jì)能(néng)。計算(suàn)思維能(néng)力已然成為(wèi)與閱讀(dú)、寫作、算(suàn)術(shù)同等重要的能(néng)力,是成為(wèi)一(yī)名合格公民(mín)必備的素質。


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作為(wèi)一(yī)線教師(shī),要抓住中小(xiǎo)學能(néng)力培養黃金時期,勇于改革教學策略,利用好課堂教學,整合創新教學教材,真正做到(dào)把計算(suàn)思維能(néng)力培養落實到(dào)每個(gè)學生(shēng)身上(shàng)。讓每個(gè)學生(shēng)在未來高(gāo)度信息化的社會(huì)中能(néng)擁有硬核的能(néng)力,成為(wèi)強國(guó)富國(guó)的棟梁人才。


來源丨《教育與裝備研究》,本文為(wèi)全國(guó)教育信息技(jì)術(shù)研究 2017 年(nián)度專項課題“創客背景下(xià)的校本課程開(kāi)發研究與實踐”(課題号:174430028)項目研究成果之一(yī)。

作者丨鍾慧珍,廣東省廣州市(shì)白(bái)雲區廣外附屬中學,一(yī)級教師(shī)。