“在线学习与生活”模块计算思维培养路径的实践探究

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）对核心素养的四个维度在每个学段都进行了科学而精确的特征描述。计算思维作为其中一个维度，是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在问题解决过程中涉及的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动[1]。作为指向核心素养的培养目标，计算思维是一项至关重要的能力，直接指向学生问题解决的过程。在日常学习与生活中，人们经常需要应对各种各样的问题。将大问题拆解为更易解决的小问题，并逐一攻克这些小问题，是解决复杂问题的有效策略。因此，对于第二学段的学生来说，培养他们的问题分解能力以促进计算思维的形成，显得尤为重要。一、逻辑梳理：把握问题解决能力的价值意蕴在信息科技教育的视角下，计算思维的核心能力首先体现在问题分解上，即学生需要将复杂的计算问题分解为若干个清晰的、可管理的子问题或步骤，并逐一解决。其次是模式识别，学生需要从大量信息中辨识关键模式和规律，以简化问题并找到解决方案。再次是抽象概括，学生需要将具体问题抽象化，提炼出共性与本质，从而超越问题表面的复杂性，直达问题的核心。最后是算法设计，学生需要根据问题的特性与要求，设计并执行有效的解决方案。随着学段的升高，学生的认知水平也在发展，这决定了他们在计算思维方面的关键能力也遵循由低到高的发展顺序[2]。因此，我们需要站在全局深入研读课标中与计算思维发展相关的表述。课标在描述计算思维的学业质量和学段特征时，清晰地展示了各学段之间的连贯性，知识与技能的逐步深化以及能力要求的持续提升。以问题解决能力为例，第一学段的学生只需要说出使用常见数字设备的基本步骤；第二学段的学生需要具备问题分解，并用文字或图示描述问题解决顺序的能力；第三学段的学生则需要对简单问题进行抽象、分解、建模，制订简单的解决方案；第四学段的学生不仅需要对问题进行抽象、分解、建模，制订解决方案，还需要具备反思、优化和迁移的能力[3]。在梳理了问题解决能力在整个义务教育阶段的发展要求后，我们不难发现，计算思维作为一种问题解决的思维方法，需要分阶段并有侧重地培养学生的抽象、分解、建模等分析问题能力。特别是第二学段，教师应将着眼点放在让学生学会分解问题，并用文字或图示描述解决问题的顺序上。这种策略不仅能够有效降低解决问题的难度，还有助于让学生形成有序思维和分步解决问题的能力，为后续培养提炼问题本质、发现规律以及迁移解决问题的能力打好基础。二、生活链接：构建真实学习情境的有效载体“分解问题步骤”来源于浙教版《信息科技（三年级上）》的第四单元“开展在线学习”。为响应课标中“在线学习与生活”模块“结合学习需要，能将问题进行分解，并用文字或图示描述解决问题的顺序”[4]的要求，笔者在参与教材编写的过程中，将教材内容分为“分析与分解问题”“呈现分析结果”两个部分，旨在引导学生从分析生活中的问题入手，以文字或图示分步描述问题的解决过程，并以分解问题解决步骤的思想和方法统领本单元后续内容的教学。（一）找准链接点，关联学生已有的认知基础和生活经验身为“数字原生代”，第二学段的学生从小便生活在高度信息化的环境中，其生活已经打上了科技的烙印。通过家长的引导或者自己的探索，他们已经体验过在网络上购物的一系列流程。此外，他们还通过参与线上课程，感受过与传统课堂截然不同的互动模式。更有部分学生，能够在交通、食宿、行程等方面安排旅行计划。这些经历不仅提升了他们的独立性和问题解决能力，还让他们学会了如何合理规划时间和资金。在计算思维方面，学生已经具备了一定的认知基础和生活经验，形成了初步的逻辑思维，能理解简单的逻辑推理，并尝试解决一些实际问题。课标倡导真实性学习，因此，在培养计算思维的过程中，我们应当找准链接点，关联学生已有的认知和经验，努力将问题与其生活学习联系起来。这样，我们才能在引导学生解决真实问题的过程中，进一步锻炼和提升他们的计算思维。（二）拓展链接道，结合学习需要融入多学科知识和技能课标强调“以真实问题或项目驱动，引导学生经历原理运用过程、计算思维过程和数字化工具应用过程，建构知识，提升问题解决能力”[5]。解决真实问题的过程往往需要融合多学科的知识。跨学科是运用多学科的知识、方法、制度、实践以解决具体问题的方法[6]。因此，我们应该引导学生关注生活中的问题，通过构建知识和发展思维促使他们综合运用多学科知识解决实际问题。例如，教师可以结合学生使用搜索引擎和在线地图的经验，引入地理位置、方向、距离等核心概念，指导学生规划从家到学校的不同路线，并考虑多种交通方式。另外，教师也可以结合学生和父母一起在超市购物的经历，设计“超市购物最优化”的主题，将数学知识融入趣味活动中，巧妙地将学科知识与生活联系起来。生活和学习中遇到的问题多种多样。解决这些问题首先需要根据问题的特点以及复杂度预判，确定是否需要将问题拆解。例如，任务“帮助妈妈烧开水”可以分为接水、接通电源、开启水壶的开关等步骤。而对于难以一下全部解决的问题，就要用到分析与分解的思维方式。分析与分解问题是一种化繁为简、化大为小的思想，可以将问题的大目标分解为多个可以实现的小目标，直到每个目标都简单到可以直接解决。例如，任务“帮助妈妈做汤面”需要学生统筹安排切菜、烧水、放入菜、煮面等环节，并在完成的过程中科学安排时间。因此，教学的核心任务是培养学生形成根据实际情况分解问题的思维意识，使他们在面对诸如安排大扫除、做早餐、规划旅行等实际问题时，能够自觉地分析问题，并依据问题的性质，将大问题自上而下分解为相对独立的、能够被直接解决的子问题。三、实践探究：培养问题解决能力的思维进阶第二学段学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的关键阶段。但由于逻辑思维能力尚未成熟，他们的思维仍以形象思维为主，在分解问题的过程中难以准确把握问题的关键信息或形成有效的解决思路。因此，实施多维度的问题链设计、多途径综合性探究以及多向度的支架搭建等策略，对培养学生的计算思维至关重要。这些策略能够激励学生深入思考，帮助他们逐步理清解题思路，使其思维过程更加清晰。同时，教师应根据学生的不同需求和特点定制个性化的学习路径，帮助他们逐步掌握分解问题的方法和技巧。（一）多维度问题链设计，实施递进式学习策略第二学段学生的知识储备相对有限，这在一定程度上制约了他们分解问题的深度和广度。因此，教师需要设计递进式的问题链，帮助学生厘清思路，明晰问题分解的步骤。教师设计问题链的过程也是运用计算思维解决问题的过程[7]。在教学中，多维度问题链的设计应聚焦在培养核心素养，以一个能够激发学生兴趣且贴近其生活经验的初始问题作为探究的起点，进而设计一系列问题。每个问题都是对前一个问题的深化或拓展，形成逻辑清晰、层层递进的链条。因此，计算思维培养过程中的关键在于从较为复杂的问题情境中分解出若干相关的子问题，即把大问题分解为小问题，把复杂问题分解为简单问题，把新问题分解为若干熟悉的老问题，注重引导学生从不同角度、不同层面深入思考。以“分解问题步骤”为例，教师可以采用“班级大扫除”这一实例引导学生思考问题解决步骤。教师抛出初始问题：为了高效、有序地完成即将到来的班级大扫除，我们需要做哪些准备和安排？学生通过讨论得出大扫除活动需要完成的事项后，教师提出进阶问题1：如何将这些看似杂乱无章的任务组织起来，确保每一个环节都能得到妥善的执行？学生讨论后提出了分组策略。他们根据任务的性质，将大扫除活动划分为清洁、清扫和整理三大板块，并相应成立了清洁组、清扫组和整理组。教师继续提出进阶问题2：为了确保大扫除活动能够按照预定的顺序高效、有序地进行，各小组之间应该如何紧密配合？学生讨论后提出了大扫除的工作顺序“先清扫，再擦拭，最后拖地”。这样的工序安排不仅确保了整个教室的整洁与卫生，更体现了学生们对问题分解和团队协作的深刻理解。通过这个大扫除活动的实例，学生的问题识别能力得到了显著的提升。他们学会了从全局审视问题，初步理解了问题分解在解决问题过程中的重要性。这样的课堂不仅有效地培养了学生的逻辑思维和问题解决能力，也让他们在面对复杂问题时能够从容不迫、游刃有余。（二）多途径综合性探究，实践开放式解决方略算法思维是计算思维的核心组成部分。它强调将复杂问题分解为简单问题并逐步解决。一题多解本质上是寻找最优的算法或解题路径，体现了解决问题的灵活性和创新性。对于第二学段的学生而言，能提出简单的问题解决思路非常重要。教师需鼓励学生不要局限于单一方法，而是从不同的角度思考问题，尝试不同的解法。这样可以让学生更全面地理解问题，并找到最适合当前情境的解决方案。因此，在计算思维的培养过程中，教师应当着重引导学生思考问题解决策略的多样性，培养他们的多元化思维。以“分解问题步骤”为例，教师可以设计一个实际问题：学校计划举办一场名为“探索未来，点亮智慧”的科技节活动，请探讨采用何种形式可以更有效地开展主题宣传。通过课堂讨论，学生提出了多种宣传方案，包括制作海报、撰写宣传文章以及制作短视频等。每种方案都有其独特的优势和局限性。在综合考量各种因素后，学生得出结论：宣传海报因其直观、富有创意且易于传播的特点，适合用于校园活动的宣传。同时，为了增强宣传效果，学生还可以辅以撰写宣传文章和制作短视频等形式，进行多渠道、全方位的宣传。（三）多向度的支架搭建，定制个性化学习路径学习支架是学生学习过程中的重要工具，能够帮助他们逐步发展思维、深化理解、形成技能，有助于让他们逐步从“现有水平”提升至“潜在水平”，为学生达成学习目标提供支持[8]。“多向度学习支架”是一种以学生为中心、注重个性化教学的教学策略。通过提供多样化、多角度的支持和帮助，它可以促进学生的全面发展和学习能力的提升。教师应当依据学生的个体差异、学习需求以及既定的学习目标，精心设计和实施多种学习支架，为不同水平的学生提供支持。1.范例型学习支架的搭建生活经验是影响学生问题分解能力的重要因素之一。由于第二学段学生的生活经验相对匮乏，他们可能难以将问题与生活联系起来，从而分解问题的视角和思路受到限制。在教学中，教师可以搭建范例型学习支架，通过精心挑选并展示具体的问题分解案例，为学生树立了一个直观、可模仿的典范，让他们了解如何一步步地将大问题拆解为小问题。这种学习支架不仅有助于激发学生的学习兴趣，引发他们深入思考，更能帮助他们内化和迁移同类知识，提高探究效率和学习效果。例如，教师可以先展示一个详细的“组织班级野餐活动”的问题分解范例（见表1）。接着，教师引导学生按照这一范例尝试分解问题，鼓励他们分享自己的分解思路。通过借助这种范例型学习支架的学习，学生不仅能够理解问题分解的概念，学会如何分解具体问题，知识应用于生活的意识和能力也会得到培养。这种能力会逐步迁移到其他问题的解决过程中，从而使学生在实践中不断巩固所学知识，提升自我解决问题的能力。2.资源型学习支架搭建资源型学习支架指的是教师为学生提供的各种学习资源以及获取与使用这些学习资源的方法和技巧。这类学习支架能为学生提供个性化的学习资源和支持，一方面有助于基础相对薄弱的学生树立学习自信；另一方面，也有助于提高学生使用数字化工具的主动性，促使他们积极利用数字工具制作图示，描述解决问题的步骤。以数字工具的使用技巧这类资源为例，思维导图等数字工具依赖于特定软件或在线平台，需要学生具备一定的数字素养与技能才能掌握。因此，在课堂上，教师可以向学生展示如何使用思维导图、知识结构图等数字工具。教师也可以将这些操作步骤和技巧制作成微课，以拓展性知识的形式放在在线学习平台上，确保学生能够掌握数字工具的操作技巧。3.工具型学习支架的搭建用文字描述解决问题的顺序虽然便捷，但这种方式难以直观展现问题的全貌和各个部分之间的关系。同时，受限于书写速度、修改的便捷性等因素，这种方式存在局限性。因此，运用思维导图等数字工具帮助学生将复杂问题可视化，有助于他们更直观地理解问题结构。通过层级结构和分支关系，学生可以更加系统地呈现问题解决的整个过程。例如，我们可以利用思维导图对科技节宣传任务进行分解。用文字或图示描述解决问题的顺序与用思维导图等工具描述相比，各有不足之处。在应用时，教师应引导学生根据问题的复杂程度、个人偏好和技能水平等因素来选择合适的描述方式。四、评价支撑：聚焦学生素养发展的关键要点科学的评价方式、合适的评价工具是教学评一体化理念的核心表现，对促进学生的素养发展具有重要的作用。在“在线学习与生活”模块中，我们应注重构建多元化、多维度的评价体系。（一）注重评价多元化，引领学生在评价中提升素养在实践中，教师应采用多元化的评价方式，以全面评价学生的学习过程和成果。评价涵盖教师评价、学生自评、学生互评等多种形式。通过素养导向和可测评的评价指标，教师可以引导学生在评价中不断反思和提升自己的素养。根据总体学习内容，本单元教学可以围绕算法这条逻辑主线，将单元目标设定为“知道问题可以分解，会用文字或图示描述解决问题的顺序”。以“问题的分析与分解”为例，其素养目标指向为“能用文字或图示表达问题的分解”，并通过3个不同水平的层级详细描述（见表2）。（二）强化多维度评价，促进学生在实践中生成能力强化多维度评价，不仅需要关注学生知识掌握情况，更要重视学生在学习过程中的创新能力、问题解决能力等综合素养的提升情况。一要实施表现性评价。教师需要关注学生在问题解决过程中的表现，通过观察和记录学生分解问题、制订解决方案过程中的具体表现，评价其能力的发展情况。评价侧重于评估学生