信息科技教学中的计算思维培养

摘 要：计算思维不仅是一种技术，更是一种思维方式，具有抽象化、模块化、自动化等特点。计算思维的培养是小学信息科技教学的重要目标之一，有助于提高学生的综合素质，可以采用素材拓展、项目活动、学科融合等方式，需注意及时跟进评价。

关键词：小学信息科技；计算思维；综合素养

一、计算思维的内涵界定

计算思维是信息科技课程核心素养的重要组成部分。《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》指出，计算思维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］由此可以看出，计算思维不仅是一种技术，更是一种思维方式，能够帮助人们更好地理解和解决现实生活中的问题。

计算思维具有抽象化、模块化、自动化等特点。抽象化，是通过将现实问题抽象为数学模型，将复杂的问题转化为简单的模型，从而更容易理解和解决；模块化，是将问题分解为若干个独立的模块，每个模块都可以单个处理和解决，从而提高解决问题的效率；自动化，是通过计算机程序实现自动化处理，大大提高解决问题的速度和准确性。

计算思维强调从问题中抽象出数学模型，通过算法设计实现问题求解，并通过计算机程序实现自动化处理。这种思维方式不局限于计算机科学领域，是一种通用的思维方式，可以帮助我们更好地理解和应用各种学科的基本概念和方法。首先，计算思维的核心在于抽象和建模。在现实生活中，我们面对的问题往往复杂多变，而计算思维能够将这些问题转化为数学模型，将复杂的实际问题简化为可计算的数学问题。这种抽象和建模的能力可以帮助我们更好地理解问题，更好地预测和控制问题的变化。其次，计算思维强调算法设计。算法是计算思维的核心，是解决问题的明确步骤和方法。通过设计算法，我们可以将问题分解为一系列可执行的步骤，并通过计算机程序实现自动化处理。这种算法设计的能力可以提高我们解决问题的效率，减少人工操作的烦琐和错误。此外，计算思维还有助于培养创新思维能力。在计算思维中，我们需要不断地探索新的算法和方法，以解决各种复杂的问题。这种探索和创新的过程，可以激发我们的创新思维，帮助我们发现新的解决思路和方法。

二、计算思维与信息科技教学的关联

计算思维作为当前信息科技领域的重要概念，不仅要求学生掌握基本的计算机知识和技能，更要求学生能够运用这种思维方式解决实际问题，提升自身的信息素养和创新能力。在小学信息科技教学中有意识地培养学生的计算思维，有助于提高学生的信息素养和创新能力，为他们的未来发展打下坚实基础。

首先，计算思维的培养是小学信息科技课程教学的重要目标之一［2］。信息科技教学作为小学生接触计算机科学的主要途径，其教学目标是让学生掌握计算机的基础知识和技能，引导学生对问题进行抽象、分解和建模，同时通过设计算法形成解决方案，培养信息素养和创新意识；是帮助学生更好地理解和应用与计算机科学相关的基本概念和方法，提高问题解决能力和创新思维能力，培育信息科技核心素养。

其次，计算思维的培养有助于提高学生的综合素质。计算思维不仅要求学生掌握基本的计算机知识和技能，还要求学生能够运用这种思维方式去解决实际问题［3］。信息科技教学会引导学生尝试模拟、仿真、验证解决问题，在反思优化解决问题方案的过程中，将相关的方法迁移运用于解决其他问题。这种解决实际问题的能力，不仅包括技术层面的操作能力，还包括分析和解决问题的能力、创新能力等。通过培养学生的计算思维，可以有效地提高学生信息科技学习中的综合素质。

三、信息科技教学中计算思维培养的几种方式

（一）素材拓展的方式

计算思维涉及逻辑思维、抽象化、算法设计、自动化处理等多个方面。

在信息科技教学中采用素材拓展的方式，将与学生生活密切相关的实际素材引入教学过程，用于帮助学生分析和解决问题，是有效提升学生计算思维的捷径［4］。引入并拓展有意思、有价值的素材，能够充分激发学生的学习兴趣，促使他们主动思考，进而逐步提炼出解决问题的核心要素，构建数学模型和设计算法［5］。

在苏科版小学信息科技三年级上册《在线社会悄然而至》的教学中，教师先出示如图1所示的“在线生活手册”，启发学生联系社会生活，明白社交媒体正在改变人类的交流方式，需要多角度、多维度思考，抽象问题、构建模型。

接下来，教师引入社交媒体、在线教育、网络购物等方面的素材，帮助学生拓展思维。如针对社交媒体素材，教师引导学生思考“社交媒体是如何改变我们的交流方式的？”“社交媒体有哪些优点和缺点？”等问题。学生分析问题时，教师帮助学生构建了聚焦“用户”“信息”“时间”等的数学模型，助力学生理解社交媒体的运作规律。基于此模型，学生进一步设计算法，如通过编程自动筛选和分类社交媒体中的信息，自主解决信息过载的问题。与学生生活密切相关的拓展素材，有助于学生将计算思维应用于更多领域，逐步抽象问题、构建模型、设计算法并实现自动化处理，有效提升了学生的计算思维能力。

（二）项目活动的方式

项目活动是信息科技教学中被教师广泛使用的有效教学方式。以项目活动的方式培养学生的计算思维，强调学生在真实环境中通过操作和探究解决实际问题，需要学生主动分析问题，抽象出关键要素，构建数学模型，并设计相应的算法，实现问题的自动化处理。这与计算思维中的问题解决和创新能力培养不谋而合，也是计算思维的核心所在。

在苏科版小学信息科技三年级上册《处处在线的学习与生活》的教学中，教师将项目活动目标设定为“设计一个在线学习平台或制订一个在线学习计划”。这一目标的设定本身就是一个抽象化的过程，因为它要求学生从具体的学习生活场景中提炼出共性需求，进而形成一个概念化的学习平台或计划。在这个过程中，学生需要思考在线学习平台的功能、用户界面的设计以及资源的有效管理等问题，这些都是对现实生活场景的抽象化表达。依据项目活动目标，教师先出示图2，以多样化的学习平台让学生明白“足不出户，尽享便利”这样处处在线的学习生活新方式，启发学生去思考如何实现这些功能的自动化。接着，教师引导学生进一步将项目活动拆分为“登录注册”“资源搜集”“互动交流”等子任务模块，引导学生建立系统性思维，明确解决复杂问题需要逐个完成与之紧密相连的模块任务。之后，教师引导学生思考如何实现这些功能的自动化，如提示他们通过编程、设置脚本语言等方式，实现在线学习平台、在线学习计划、在线学习资源的自动更新以及用户数据的自动保存等功能。这样的项目活动，有效训练了学生的计算思维，使他们意识到要借力抽象化、模块化和自动化等方法来解决实际的信息科技问题。

（三）学科融合的方式

以学科融合的方式培养学生的计算思维，是新时代教育的重要方向。将信息科技与其他学科深度结合，不仅可以为学生提供更为丰富、多元的学习体验，更有助于培养学生们的跨学科思维，促使他们深度学习，进而提高解决实际问题的能力。

在苏科版小学信息科技三年级上册《身边的数字设备》的教学中，教材意在通过展示数字设备的广泛应用和内在原理，激发学生对信息技术的兴趣和好奇心。为了更好地实现这一目标，教师巧妙地融入了数学、科学和艺术学科的内容与教学方法，发展学生的计算思维。

讲解数字设备中的计数器时，教师没有停留在对其表面功能的介绍上，而是引入数学学科的知识和技能，让学生思考如何运用数学模型来精准描述计数器的计数过程。这里，学生需要运用抽象化的计算思维方法，将具体的计数行为提炼为数学语言，进而构建出简洁明了的数学表达算式和算法。为了降低学习的难度，教师出示图3，让学生联系生活中设计出行路线的方式，形象理解“变量”“运算”等数学语言的确切含义。

之后，教师指引学生将复杂的计数过程分解为若干个独立又相互关联的小模块，每个模块承担特定的功能，让学生对数字设备的原理和应用形成直观理解。最后，学生通过编程等方式，让计数器在特定条件下自动计数操作，无须人工干预。

探讨数字设备中的传感器时，教师结合科学学科的知识，通过设计富有探究性的科学实验，引导学生利用传感器观测和记录各种物理量的变化，如温度、湿度、光照等。在这一过程中，学生主动运用抽象化思维明确传感器的工作原理及其与生活中各种物理现象之间的联系。很快他们就发现，正确连接传感器与计算机等设备后，需要构建完整的数据采集与分析系统模块。在模块支持下，系统能够实时、准确地响应外界环境的变化，自动采集、处理和分析与数字设备相关的数据。

分析数字设备中的图形处理软件时，教师又巧妙地融入了艺术学科的知识，鼓励学生运用这些软件创作自己的艺术作品，如绘画、摄影后期处理等。在这一过程中，学生需要运用抽象化思维来提炼艺术元素，将其转化为计算机能够理解的数字信号。而自动化思维则让这些数字信号能够在软件的帮助下，快速准确地转化为具体的艺术作品。这样，学生不仅提升了自己的艺术素养和审美能力，更在无形中锻炼了自己的计算思维。

四、信息科技教学中计算思维培养的注意事项

在信息科技教学中培养学生的计算思维，要注意在每个教学环节及时跟进评价，以便根据学生的学习反馈，灵活地引导他们对知识进行抽象化、模块化、自动化处理，从而有效锻炼和发展计算思维。

首先，要注意跟进课堂表现评价，细心观察学生的具体表现，准确评估学生计算思维发展水平，进而灵活调整教学策略，有效培养学生的计算思维。如在苏科版小学信息科技三年级上册《规范使用数字设备》的教学中，教师通过观察学生操作数字设备的熟练度和准确性，发现学生在使用设备时存在不少问题。存在较多的问题是：学生在面对复杂的数字设备时无法迅速找到正确的操作方法。对此，教师灵活调整教学策略，及时评价学生在操作方法上存在的问题，并及时向学生传递“人工智能算法”“大数据分析技术”“快速响应技术”等数字设备背后的技术理念，有效激活了学生的抽象化思维，让他们高效理解了数字设备的核心功能，对数字设备的规范操作产生了较为浓厚的探究兴趣。之后，教师又对学生复杂的操作做了及时评价，指出其中的不足之处，建议学生将其分解为简单的步骤。如在学生使用数字设备进行数据分析时，教师提示学生先了解数据分析的基本概念和方法，然后逐步完成数据的收集、整理、分析和呈现。通过这样的模块化分解教学，学生更容易地掌握了每个模块的操作方法，并逐步形成自动化思维。随着学生对每个模块的操作逐步走向熟练，他们的操作更加稳定和流畅。

其次，要注意跟进课后作业评价，引导学生不断实践，逐渐学会运用所学知识解决实际问题，形成具有创新性和实践性的计算思维。以教学苏科版小学信息科技三年级上册《在线信息的搜索》为例，教师通过审阅作业，发现学生在网络搜索技巧、信息筛选与处理方面还存在一些不足。针对这些不足，教师并没有简单地指出错误，而是灵活地设计了一系列与学生生活息息相关的搜索任务，如聚焦环境保护、科技发展等主题，和学生一起参与解决相关问题，适时融入评价讲解，大大提升了学生实际操作中搜索和处理信息的能力。在学生完成任务的过程中，教师先对他们运用抽象化思维明确搜索目标的尝试给予评价，让学生明确了环境保护、科技发展的具体概念及其涵盖的知识范围。之后，教师又肯定了部分学生在作业中运用模块化思维细化搜索任务的做法，使得学生循序渐进、稳打稳扎地在线搜索，最终运用自动化思维高效完成了搜索和处理信息的任务，进一步拓展了视野和思维。最后，教师适时引入学生运用计算思维挑战设计新搜索引擎算法的创造性尝试，评价分析了其中的优势，鼓励其他学生也参与实践。学生参与时，教师不仅提供了必要指导和支持，还对学生不定时的创新实践给予及时反馈和评价，使得学生的计算思维得到有效夯实，同时培养了团队协作和创新意识。

需要强调的是，不管是课堂表现评价还是课后作业评价，都可以适时融入自评、互评两种方式，以提升学生的计算思维。自评，就是让学生即时反思和评价自己的学习过程。如在《规范使用数字设备》的教学中，教师让学生在课堂规范使用数字设备的实践和课后完成相关作业的过程中，聚焦“数字设备特征”“数字设备对学习和生活的影响”“使用数学设备解决生活中的问题”“和其他同学合作完成任务”等活动，及时反思自己抽象化、模块化和自动化使用设备时的表现，找出优点和不足。互评，就是让学生相互评价作品和学习成果。如在《在线信息的搜索》的教学中，教师提示学生在课堂规范使用数字设备的实践和课后完成相关作业的过程中，及时关注同伴搜索在线信息时的抽象化、模块化、自动化水平及其带来的准确筛选信息、合理搜索信息成果。通过评价同伴作品，学生从中汲取了准确搜索和筛选在线信息的灵感，发现了自己的不足，进一步完善了计算思维。实际教学中，自评与互评两种评价方式可以相互补充，共同作用于学生的计算思维培养。

在小学信息科技教学中培养学生的计算思维，有待教师在教学实践中探寻更多有价值、能落地的方法和策略，在有效提高学生计算思维能力的同时，发展他们的综合素养。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2021：5.

［2］ 吴彩云.计算思维理念下小学信息科技教育方法探析［J］.中小学电教（教学），2023（10）：5860.

［3］ 谢紫红.小学信息科技计算思维的培养策略［J］.新课程导学，2023 （27）：8386.

［4］ 李辉.信息科技教学过程中计算思维的培养策略［J］.新校园，2023（9）：4142.

［5］ 商艳.小学信息科技教学培养学生计算思维的策略［J］.中小学电教（教学），2023（7）：7981.