小学生计算思维能力培养研究

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1计算思维的概念

2006年，美国卡耐基梅隆大学的周以真教授首次定义计算思维，即计算思维是利用计算机科学领域相关的基本概念进行问题解决、系统设计并理解人类行为的思维方式[1]。2008年计算思维的概念被进一步界定[2]：1）计算思维是一种概念化的不是单纯的某种编程语言的开发过程，所以培养计算思维不一定只利用计算机学习，它需要学生形成一种抽象思维；2）计算思维培养的是一种逻辑思考过程，并不是简单机械地重复某种行为或者操作，因此人们在学习过程中可以不断创新；3）计算思维是人类的思维方式，并不是计算机的，毕竟人类比计算机更聪明，所以它是一种人类模仿计算机的计算模式去解决人类的问题；4）计算思维并不是简单的一种思维，而是数学思维与工程思维的巧妙结合；5）计算思维作为思考的最终产物，能帮助人们解决一些实际问题，甚至是管理日常行为，帮助人们学会如何与他人沟通互动等；6）计算思维逐渐成为一种日常生活的必备技能，而不是虚无缥缈的哲学理论，是当今数字化公民都应该具备的。总之，计算思维是人们在表征问题或者提出解决方案时的一种思维过程，帮助学习者主动构建并独立思考，逐渐形成一种无意识的思维习惯[3]，最终学会像计算机科学家一样思考问题。

2小学阶段培养计算思维的重要性

2.1培养小学生计算思维的重要意义

1）培养计算思维能帮助学生提高问题解决能力，而且一般都是在特定的情境中帮助学生寻找问题的解决方法与策略，进而帮助学生在实际生活中发现问题并独立解决。2）计算思维的培养有利于提高学生的批判能力，随着科学技术的不断发展，人们在社会生活中面临着很多的不确定性，因此培养小学生计算思维能够促进学生内部心理与外部社会的交流与互动，理解身边的计算，并学会批判性地看待身边的科学与技术。3）计算思维有助于提高学生的自我调节能力，受信息化社会大环境的影响，社会中的所有要素之间是一起进化的，所以它们相互作用，一同发展，而每当其中的任何一种要素发生变化，都会导致其他要素甚至是整个社会环境的变化，所以发展学生的计算思维就是为了使学生能在这种不断发展变化的信息化社会大环境中不断自我完善和自我调节。

2.2国内关于小学生计算思维培养的重视程度

我国在2018年，明确将计算思维列入信息技术学科的四大核心素养中[4]，2019年教育部逐步推动人工智能课程、编程教育、机器人教学等新技术在中小学阶段的实施应用，这些举措都是为了培养学生的计算思维。总之，培养小学生的计算思维具有重要的教育意义，不仅仅是帮助学生适应当前复杂多变的信息化环境，更是为了引导学生理解信息化社会，并将计算思维中的思考方式等应用于他们将来的成长和发展中。

3利用Scratch培养小学生计算思维的适切性

随着对小学生计算思维培养的逐步重视，我国把编程教育作为培养小学生计算思维的重要途径，编程教育逐渐在中小学各阶段实施开展。市面上也随之出现了各式各样的编程工具，其中Scratch编程软件由于技术门槛低，且将抽象的语法规则、算法结构蕴藏于积木式的图形化语言中，大大降低了学生的认知负荷水平，因此成为中小学教师开展编程教学的主要工具。Scratch编程工具在培养学生计算思维时具有以下优势（如表1所示）。

3.1较低的编程门槛和图形化的界面，提高学生的学习兴趣

作为图形化编程工具的典型——Scratch，操作简单快捷，使用门槛低，易上手，更适合小学生的思维模式。这种图形化编程工具没有传统文本编程语言的晦涩和枯燥的语法，不会使小学生产生畏难情绪，有利于学生树立编程信心[5]。Scratch的图形化界面能有效降低学生的认知负荷，使学生集中注意力在编程所需要的逻辑与结构中，不用过于担心编程的机制。并且Scratch的图形化界面能激发学生的学习欲望，提高学生学习兴趣，并对未来的学习内容充满期待。Scratch编程通过降低学生的编程门槛，促进小学生对编程的兴趣和自信心，并从编程过程中体会与掌握解决问题的方式，最终内化成自己的思维方式。

3.2编程过程视觉化，对小学生非常友好

Scratch编程过程中非常容易修改，学生使用鼠标拖动界面上的“积木”，就能立即看到操作后的结果。这种不断调试与修改的过程，促使学生在不断提出、解决问题的交互实验的过程中获得收获。相比传统的文本式编程语言，Scratch不需要使用严格的语法规则，学生不用过于考虑复杂的操作，直接拖动鼠标移动相应的素材，编程过程更加直接生动，所以Scratch对于初学者或者小学生是非常友好的。

3.3学习内容全面化，有助于学会其他语言

Scratch编程虽然操作简单，但它是一门真正的计算编程语言，不仅仅适用于小学生，很多成年人也用Scratch编程，而且熟练使用后还能用它实现一些复杂功能。计算机语言中所有的基本概念Scratch中都包含，如循环、判断、函数、变量、条件等等。无论是何种编程语言，都会用到这些基本概念。因此，对于已经掌握了Scratch编程的学生来说，再去学其他任何的编程语言，都是有所帮助的。

4Scratch编程学习中培养小学生计算思维的策略

4.1创设有效的学习情境链

在Scratch课堂中，培养学生的计算思维主要目的是让学生学会正确的思维方式，并把这种方式合理运用到日常生活和学习中，进一步提升学生其他各方面的信息素养。因此，这种计算思维的培养是离不开情境创设的。然而，研究发现在当前的计算思维教学中，很多教师在创设情境过程中存在情境创设连贯性弱，且情境创设只存在教学的引入部分或嵌入在某一教学活动片段中，未能将情境学习理念贯穿编程教学过程的始终等问题[6]，因此可以创设多元情境链（如图1所示）。多元情境链是在不同的教学环节中教师创设不同的情境，构建能贯穿整个教学过程且具有较强的关联性的情境链，为学生提供连贯的学习情境，使学生串联所学的零散知识，促进思维发展。在课堂的导入环节可以创设导入情境，激发学生的学习兴趣，使学生能够快速将注意力转移到课堂当中，尽快融入课堂的学习氛围。在讲解本节课的主要内容时，教师尝试创设内容情境，把复杂、晦涩的编程讲解融入有趣的情境中，使学生能更清晰地理解Scratch编程中的各项功能。进入动手操作环节时可以创设协作情境，让学生快速与同伴进入协作模式，高效地完成作品的设计，在此期间，学生最好一直处于互相交流的状态。作品完成后，教师为学生创建展示情境，鼓励每位学生积极主动地展示自己与同伴协作完成的作品，从别人的作品中发现自己的不足，借鉴他人的优点后修改完善自己的作品。最后，作品完成并不一定等同于学生完全掌握了本堂课所学的内容，此时，教师可以创建实践情境，让学生将本堂课所学应用到不同的游戏设计中，以此达到学以致用，举一反三的效果。Scratch教学中存在一些难以用语言直接讲授的抽象知识和概念，学生需要通过不同的情境，运用不同的思维方式解决问题，这样才能深入理解Scratch编程中隐含的计算思维。

4.2创设个性化游戏，引导学生积极参与

设置游戏化的教学策略，是为了激发学生的学习兴趣，让学生能够在轻松愉悦的学习环境中收获知识与技能，培养学生创新精神和实践能力。

4.2.1利用Scratch自身的特点，分段教学

Scratch编程本身就是一种编程游戏，因此如果单纯利用Scratch编程教学，可以适当分成两大阶段。第一阶段的主要目标就是让学生能够学会编程的基本概念，比如顺序、循环、条件等，教师将基本概念融入编程游戏的各个环节中，使抽象的概念在游戏中呈现出来，学生更容易理解。第二阶段可以让学生在教师创设的游戏主题下，利用Scratch的绘图编辑功能以及各种编程语言的指令如动作、事件等，让学生自己动手操作，绘制各种喜欢的游戏角色，完成自己的作品，并在此过程中形成良好的思维习惯。

4.2.2教学环节中嵌入游戏，激发学生积极性

设置个性的游戏化教学方式，可以在课堂中激发小学生的学习兴趣，个性化的游戏教学不仅仅能激发学生的好奇心和挑战欲望，还能让他们的注意力更加集中、持久和稳定，从而培养学生的观察能力和思考能力[7]。因此，教师在Scratch教学中，通过设计游戏引导学生积极参与各个教学环节是非常有效的一种手段。游戏的设计既要生动有趣，又要将知识社会文化并重；既要包含丰富的情境，又要围绕课堂的实际教学内容。总之，要将知识点自然而然地融入各个游戏环节，激励学生探索学习新知识，快速发展学生的计算逻辑思维。所以，教师应在课前充分挖掘和理解教材内外的相关内容和资源，设计有效的游戏环节，激发学生的学习热情和学习兴趣。

4.3理论知识与动手实践双主线培养

在小学Scratch教学中，既要关注学生对基本知识和概念的学习，又要通过学生亲自动手创建个性化作品提高学生的实践能力。教师不能总是枯燥地讲解算法、程序等知识点，而应当把一个个的晦涩难懂的知识点融入教学实例中，引领学生动手实践探究学习编程，从而感受、体验完整的程序开发过程。只有学生亲自感受探究和摸索的过程，才能快速提升学生的计算思维能力。小学生的学习能力正处于黄金时期，他们的创造力与想象力非常丰富，因此要多鼓励学生亲自动手实践，在创造作品过程中鼓励学生加入自己的想法和创意，最好能用自己的原有知识经验创造出更加有个性的作品，这是学生在Scratch学习过程中的最大收获。

5结束语

总之，为了更好地培养小学生的计算思维，一线教师在Scratch课堂中要积极转变教学理念，通过不断地进行教学实践设计出更适合小学生计算思维的培养策略。在实际教学过程中还存在很多问题，这需要研究者和一线教师共同努力构建出完善的计算思维培养体系，促进学生健康发展。

参考文献

[1]王罗那,王建磐.人工智能时代需要关注的新素养：计算思维[J].比较教育研究,2021,43(3):24-30,38.

[2]熊秋娥,葛越.Scratch游戏化编程培养小学生计算思维的实证研究[J].基础教育,2019,16(6):27-35.

[3]张进宝.计算思维教育：概念演变与面临的挑战[J].现代远程教育究,2019,31(6):89-101.

[4]教育部关于印发《普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017年版）》的通知[A/OL].(2017-12-29)[2019-03-18].

[5]傅骞,解博超,郑娅峰.基于图形化工具的编程教学促进初中生计算思维发展的实证研究[J].电化教育研究,2019,40(4):122-128.

[6]杨文正.学习情境链创设视域下的计算思维培养模式[J].现代远程教育研究,2021,33(5):72-81.

[7]周红梅.应用游戏化教学原则培养小学生计算思维[D].武汉:华中师范大学,2021.

作者：张麦玲 唐章蔚