摘要 : 计算思维作为人们认识问题和解决问题的重要能力 , 已经成为信息科技学科的核 心 素养之 一 。本文以虚拟仿真平台为载体 , 利用虚拟仿真平台的优势 , 探讨培养学生计 算思维的教学策略 , 主要从学习主题的选择 、 学习过程的规划和学习形式多元化三个方 面探讨如何发展学生的计算思维 , 形成了思维 “激发 — 形成 — 深化 ”的培养过程 。

　　关键词 : 新课标,虚拟仿真平台,计算思维

　　《义务教育 信 息 科 技 课 程 标 准(2022年 版) 》的 “课程总目标 ”中 明 确 指 出 了 计 算 思 维 培 养 的 重 要 性 。对学生进行计 算 思 维 培 养 的 目 的 并 不 是 要 将 他们全部培养成 计 算 机 领 域 的 行 业 专 家 , 而 是 要 培养他们思考 问 题 、 分 析 问 题 的 能 力 , 并 能 将 这 种思维方式自然而 然 地 应 用 到 其 他 课 程 的 学 习 与 问题解决当中 。

　　一 、虚拟仿真平台与计算思维培养

　　1. 虚拟仿真平台的特征

　　虚拟仿真平台是通过计算机对实际的场景 、机 器人搭建进行模拟的技术 , 通过模拟仿真 , 可以创 建一个虚拟的机器人模型 , 使用者可以根据需要选 择组件 , 搭建实现特定功能的机器人 , 编 写 程 序 , 并在 3D仿真环境中进行测试 。 虚拟仿真平台能够 自主开发情境 , 学生能在模拟真实的环境中验证自 己的设计 , 便于优化改进设计 。 由于虚拟机器人功 能模块化 , 简单易学 , 具有很强的交互性 , 对于小 学生来说更易于接受 。虚拟仿真平台使用流程图形 式编程 , 很好地呈现学生的思维过程 。

　　2. 培养计算思维的必要性

　　计算思维作为问题求解的思想方法 , 已经成为 信息科技学科的核心素养之一 , 培养小学生的计算思维已经成为信息科技课程的重要目标指向 。在数字时代 , 随着 Chat-GPT 等 人 工 智 能 技 术 的 出 现 , 学生在信息科技课程中学什么 、怎样学 , 值得我们 深入思考 。单纯地学习知识很难满足学生应对未来 的需要 , 只有思维从课堂迁移到生活当中 , 才可以 帮助学生解决生活中复杂的问题 。

　　计算思维的培养是融合在问题解决之中的 。借 助虚拟仿真平台创设复杂情境 , 更便于拓宽学生的 体验场景 , 根据需要记录学生的探索过程 , 提供了 计算思维培养的重要因素和条件 。

　　二 、应用虚拟仿真平台培养学生计算思维的有 效策略

　　从计算思维的概念来看 : 计算思维是一 种思想 方法 , 区别于知识技能 ; 它是在解决问题的过程中 形成的 。 由于教师对计算思维理解的程度不同 , 在 教学中还存在着一 些 误 区 , 如 “编 程 就 是 培 养 计 算 思维 ”窄化了计算思 维 内 涵 ; 泛 化 计 算 思 维 限 制 了 学生思维的深度 ; 缺乏计算思维迁移引导 , 弱化计 算思维的应用等 。

　　基于此 , 计算思维的培养需要为学生创建 一个 安全 、有趣的学习氛围 , 有助于学生学习内驱力的 形成 , 在学习过程中 , 根据学生的需要提供适合的 支架以促进计算思维的形成 , 多元的学习形式满足学生差异 。这要 求 教 师 以 学 习 为 中 心 重 构 学 习 内容 , 根据学生需要适时提供帮助 , 促进学生主动探 究 , 形成思维的建构 。

　　1. 源自生活真实问题 , 发掘思维培养契机

　　思维具有情境性 , 对思维能力的培养需要借助 特定的情境才可以实现 。创建要素情境多元且相互 关联的学习 情 境 能 有 效 激 发 学 生 对 学 习 活 动 的 认 可 , 调动学生学习内驱力 , 并且能够避免学生思维 发展中的 “不连贯 ”现象 , 有利于计算思维持续的发 展 。虚拟仿真机 器 人 平 台 提 供 并 能 创 建 丰 富 的 沙 盘 , 能够把教学内容与真实的情境相融合 , 在激发 学生学习热情的同时 , 能够使学生主动提出问 题 、 解决问题 。教师要将学习内容进行梳理调整 , 设计 贴近学生生活的大单元主题 。

　　如在 “校园导航机器人 ”单元中 , 为解决学校在 大型活动中小导游需求的问题 , 将学校的三维地图 制作成仿真沙盘(见图 1) , 学生在真实的场景中进 行设计 、仿真(如图 1) 。激发学生主动思考 : 虚拟 机器人如何行驶? 可能会遇到哪些情况? 学生结合 真实生活中的问题提出疑问 、生成问题 , 在课堂互 动 、不断讨论中形成有逻辑关系的问题链(见图 2) 。

　　2. 关注思维发展过程 , 发掘思维培养契机

　　计算思维是基于问题解决 , 进行问题分解 、算 法设计和评估 、建构模型的过程 。在程序设计过程中 , 计算思维在潜移默化地形成 , 但教师在解决问题当中也需要精心设计教学环节 , 遵循思维培养的一般规律 , 从而使学生有意识地培养解决问题的能力 , 发展计算思维 。

　　任务是实现教学目标的载体 , 完成任务的过程也是思维形成的过程 , 教师要帮助学生搭建解决问题的支架 , 并借助伪代码 、 自然语言等认知工具来帮助学生设计算法 、优化算法 , 最终实现思维能力的提升 。 因 此 , 在 教 学 过 程 中 总 结 出 解 决 问 题 的一般流程(如图 3) 。

　　教学实践发现 , 分解问题 、归纳迁移是学生学习中的难点 , 教师需要在学生学习中提供支架 , 帮助学生构建解决问题的思路和方法 。

　　一是复杂问题的分解转化 。在问题解决的过程中 , 经常发现面对 一 个比较难的问题时束手 无 策 。将大问题拆解成若干小问题 , 把复杂问题拆解成简单问题 , 把新问题拆分成几个学过的问题 , 是解决问题的有效思路 。学生对熟悉的事物比较容易理解和掌握 , 在面对大单元设计或者学习难点时 , 教师可以引导学 生 使 用 思 维 导 图 将 问 题 分 解 成 联 系 紧密 、层次清楚的 一 系列子问题 。如在 “校园智 能 小导游 ”单元教学中 , 解 决 导 航 机 器 人 转 弯 这 个 问 题时 , 引导学生联系生活中的转弯进行思考 , 用过流程图分解转弯的过程 , 清晰地知道左 、右两侧马达的功率和转弯 的 关 系 ; 转 弯 时 间 和 转 弯 角 度 的 关系 ; 旋转方向和转弯的关系 。学生根据自己理解的一种情况进行仿真实验 , 通过实验的结果进 一 步得出结论 。 学 生 通 过 将 转 弯 问 题 进 行 分 解 , 逐 个 击破 , 有利于学生形成解决问题的思维方式 , 促进学生计算思维的形成 。

　　二是形象问题的抽象表达 。在真实情境中信息

　　呈现与数字世 界 之 间 是 相 互 依 存 的 。 在 解 决 问 题时 , 要引导学生 将 问 题 从 真 实 生 活 场 景 中 抽 离 出来 , 通过 学 生 间 的 相 互 启 发 , 将 形 象 的 问 题 抽 象 化 , 这样的问题重构可以帮助学生从学科的视角重 新认识问题 , 在了解问题本质特征的过程中提升抽 象能力 。如在 “校园智能小导游 ”中 , 经过长廊光线 变暗需开灯 , 光线变亮要关灯 , 将生活中的情境抽 象成变量数值的判断 , 使得条件语句更加明确 。学 生通过抽象问题将真实问题和所学知识建立联系 , 有助于学生解决生活中的问题 。

　　三是构建模型归纳迁移 。 在 真 实 问 题 过 程 中 , 学生对信息进行分析到构建模型 , 是对信息的深度 思考和加工 , 也是计算思维形成的关键 。在明确问 题后 , 教师不是简单要求学生开始编写程序 , 而是 引导学生将抽象的符号化要素代入解决问题的 一 般 规律中 , 借助思维导图 、 自然语言等工具建立解决 实际问题的模型 。学生通过自己查找资料 、教师提 供的资源 、小组内的协作等多种支架 , 尝试设计解 决问题的方案 , 并通过展示交流 , 不断对方案进行 优化 。如在 “校园导航机器人 ”中 , 学生将机器人转 弯进行模 型 建 构(如 表 1) , 在 “助 力 太 空 ”的 项 目 中 , 学生能够将这种解决问题思路和模型应用到类似的问题解决中 。

　　三 、关注学习形式多元化 , 助力计算思维内化

　　在教学中 , 教师应当给学生更多的空间和时间 进行自主体验搭建机器人 , 检测调整传感器 , 编制 调试程序等 , 对 学 生 提 高 学 生 计 算 思 维 有 积 极 的 作用 。

　　1. 任务驱动与差异教学相结合

　　每个学生都有自己的兴趣 , 考虑到学生个体的 差异 , 在开展教学时 , 可以根据不同的目标进行分 组 , 经过一段时间学习后再进行调整 。小组可以根 据本组的具体情况选择不同的任务和学习方式 , 这 样的结合更有 利 于 尊 重 学 生 的 差 异 , 给 学 生 营 造 一个宽松 、轻松的学习环境 。如在学习 “助力 航 天 梦 ”单元时(如图 4) , 学生需要将物资运送到终点 , 助力火箭升空 。在沙盘中设置不同难度的路线 , 学 生根据自己选择的路线(如图 5) , 结成小组进行探 索 , 以不同的方式解决运送物资的问题 。在小组交 流中 , 同学们互相学习 , 在自己的最近发展区得以 提升 , 多种方法的对比有助于学生建立优化意识 。

　　同一任务 , 学生根据自己 实 际 情 况 进 行 选 择 , 能体会完成任务的成就感 , 对于程序的探索深度有 所不同 , 满足了不同需求的同学 , 任务驱动与分层 教学的有机结合为不同学生思维的提升提供了有力 的支撑 。

　　2. 自主探究与协作学习互相补充

　　学生思维 能 力 的 提 升 需 要 经 历 真 实 的 学 习 过 程 , 在自主探究中学生发现真问题 , 并在学习资源 支持下和小组协作的互动中解决问题 。根据不同的 单元主题和本组学生的差异化 , 利用微课实现翻转 课堂 , 在理解难点问题和多个思路解决问题方面开 展小组合作 , 大大提高了小组合作的效率 , 也避免 了学生假讨论 、假合作的问题 。如在 “校园导航 ”单 元中 , 学生形成学习小组后 , 首先借助虚拟仿真平台中提供的微 课 进 行 自 主 学 习 和 任 务 的 规 划 、 尝试 , 带着自己探 究 过 程 中 遇 到 的 问 题 开 展 小 组 交流 , 借助小组的力量解决问题 、拓展思路 。

　　三 、结语

　　思维的培养需要情境的熏陶 、方法的引领和氛围的营造 , 贴近学生的情境主题 、关注思维的任务流程 、多元融合的学习形式有助于促进思维内在品质的升华 。虚拟仿真机器人平台为计算思维的培养提供了学习资源的支持 、情境创设的便捷和学习过程的记录 , 通过主题 、任务 、学习形式三者相互关联 、相互促进 , 形成了思维 “激发 — 形成 — 深化 ”的培养过程 。

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