從無序到有序看計算思維的養(yǎng)成

1、PAGE PAGE - 4 -從無序到有序看計算思維的養(yǎng)成鞠敏計算思維架構(gòu)起了現(xiàn)實世界與計算機(jī)世界的橋梁，信息技術(shù)學(xué)科以培養(yǎng)學(xué)生的計算思維為首要目的。從計算思維的本質(zhì)內(nèi)涵可見，所構(gòu)造的、適宜于計算機(jī)機(jī)械地一步一步自動化執(zhí)行的步驟是有序的;學(xué)生在進(jìn)入課堂之初，其日常生活經(jīng)驗所賦予他們的直接感知往往以緘默知識的形式存在于他們的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，而學(xué)生嘗試從自身經(jīng)驗出發(fā)，所描述出來的流程、步驟等是不完善的，抑或是混亂的，混亂意味著無序，而在這無序與有序之間，恰是學(xué)生思維能力生長的區(qū)間。例如，五年級吃豆精靈一課，很多學(xué)生在課前已經(jīng)玩過類似的游戲，也表現(xiàn)出相當(dāng)濃厚的興趣，但倘若讓學(xué)生嘗試使用自然語言、流程圖等

2、形式有序化地描述出游戲過程，學(xué)生卻表現(xiàn)得不盡如人意，而將游戲過程轉(zhuǎn)化為計算機(jī)可機(jī)械化執(zhí)行的序列步驟卻是落實培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的關(guān)鍵所在。課堂情境接軌生活經(jīng)驗信息技術(shù)學(xué)科課堂情境創(chuàng)設(shè)的目的在于幫助學(xué)生構(gòu)建出合理的計算模型，所創(chuàng)設(shè)的情境需與學(xué)生的日常生活經(jīng)驗接軌。正如建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論所認(rèn)為的，學(xué)習(xí)是引導(dǎo)學(xué)生從原有經(jīng)驗出發(fā)，生長（建構(gòu)）起新的經(jīng)驗。新的經(jīng)驗是從學(xué)生自身原有經(jīng)驗中“生長”出來的，因此在設(shè)計教學(xué)時，教師必須充分考慮學(xué)生的原有生活經(jīng)驗，如果情境與學(xué)生日常生活經(jīng)驗相悖，那情境本身就會引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，在這樣的前提下，要求學(xué)生分析課堂情境，梳理出計算機(jī)自動化執(zhí)行的序列步驟，構(gòu)建出合理的計算

3、模型無異于癡人說夢了。例如，在五年級賽車游戲一課中，筆者設(shè)置了這樣的問題：一輛小汽車行駛在道路上，可能會遇到哪些問題？學(xué)生積極踴躍回答：碰到行人、紅綠燈等。再繼續(xù)追問：應(yīng)該如何在這樣的道路上行駛呢？對課本上汽車在偏離軌道自動糾正方向，碰到綠色后左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)15度所形成的歪歪曲曲的行駛軌跡，學(xué)生普遍不能接受，學(xué)生認(rèn)為這樣的行駛違背了日常生活經(jīng)驗。由此來看，課堂教學(xué)情境要切實考慮到學(xué)生的經(jīng)驗，在與他們的生活經(jīng)驗相悖的情況下，學(xué)生在課堂上就有可能生出一種“逆反”心理。問題驅(qū)動引領(lǐng)課堂生成教學(xué)中，如何幫助學(xué)生梳理混亂的思緒，助力其構(gòu)建出計算模型，總結(jié)出有序化的執(zhí)行步驟？筆者認(rèn)為，通過設(shè)置合理的問題串，以

4、追問、反問的形式，幫助學(xué)生突破認(rèn)知障礙，是一條適宜可操作的路徑。例如，在賽車游戲一課中，學(xué)生對賽車在賽道上行駛的情境并不陌生，即使并未真正見過賽車比賽，他們也會將日常生活中汽車行駛在道路上的經(jīng)驗套用遷移到賽車游戲中去。例如，在黑板上繪制出一條賽道，學(xué)生可以繪制出賽車在賽道上行駛的多種軌跡。學(xué)生自身經(jīng)驗中已具備一定的認(rèn)知準(zhǔn)備，只是如何從現(xiàn)實世界中的賽車游戲抽象到計算機(jī)世界中的賽車游戲，尚處于一種混沌狀態(tài)。下面，筆者以教學(xué)片段為例，探討如何在課堂教學(xué)中外顯學(xué)生思維過程，助力學(xué)生思維條理化。教學(xué)片段1：在賽車游戲一課中，在邀請多位學(xué)生繪制合理的賽車行駛軌跡之后，引導(dǎo)學(xué)生思考：何為不偏離軌道？怎樣才能

5、不偏離軌道？在這樣的問題引領(lǐng)下，學(xué)生很容易得出結(jié)論：在將偏離賽道的時候需要及時改變方向。此時就將賽車游戲的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為“前進(jìn)糾正方向前進(jìn)糾正方向”如此往復(fù)的過程。教學(xué)片段2：在學(xué)生初步意識到需要及時糾正方向后，適時追問：如圖1所示，當(dāng)賽車前進(jìn)到處時，應(yīng)該如何改變方向？當(dāng)賽車前進(jìn)到處時，應(yīng)該如何改變方向？通過層層追問，逐步引導(dǎo)學(xué)生梳理思緒，將思緒條理化。從學(xué)生的回答之中引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)：如果碰到賽道的上邊緣，那么需要向右旋轉(zhuǎn);如果碰到賽道的下邊緣，那么需要向左旋轉(zhuǎn)。至此，通過對問題情境的觀察，學(xué)生已然能夠明確總結(jié)出賽車游戲的一般規(guī)則。筆者認(rèn)為，課堂上的追問、反問等都是為了學(xué)生能夠總結(jié)出計算機(jī)自動化

6、執(zhí)行的步驟，都是為了學(xué)生構(gòu)建出合理的計算模型，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。實踐探究促進(jìn)思維發(fā)展在賽車游戲一課中，在總結(jié)出賽車游戲的一般流程后，學(xué)生所面臨的主要問題轉(zhuǎn)化為如何判斷賽車是碰到了賽道的上邊緣還是下邊緣。在課堂教學(xué)中，筆者放手讓學(xué)生對此問題進(jìn)行探索，下面是課堂中出現(xiàn)的幾種問題解決方案。方案一：學(xué)生嘗試使用碰到顏色控件搭建腳本，腳本如圖2所示。在此段腳本執(zhí)行過程中，學(xué)生很容易就發(fā)現(xiàn)了問題，僅僅通過碰到顏色，無法判斷賽車是碰到了賽道的上邊緣還是下邊緣?；诖?，學(xué)生進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計。方案二：學(xué)生將賽道兩側(cè)分別填充不同的顏色，通過偵測模塊下的碰到顏色控件來區(qū)分是碰到上邊緣還是下邊緣。腳本如圖3所示。方案三：部分學(xué)生發(fā)現(xiàn)賽車本身有明顯的顏色區(qū)分，如賽車的輪子是黑色的，賽車的車身頂部是灰色的。這部分學(xué)生的腳本如圖4所示。在三個方案的基礎(chǔ)上，筆者對學(xué)生的作品進(jìn)行了追問，如果僅僅使用車身的兩種顏色來進(jìn)行判斷是否可行？學(xué)生再次嘗試后，對腳本進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計。改進(jìn)后的腳本如圖5所示。在上述判斷賽車狀態(tài)的過程中，對學(xué)生思維能力的要求在逐步遞升，從僅僅使用碰到顏色控件到最后給賽車添加“虛擬傳感器”，這一過程是學(xué)生在逐步探究中撥開層層迷霧，找到