以问题设计为抓手培养学生计算思维

【摘要】问题是思维的开始，层层递进的问题链能促进学生深入思考和探索问题，提升学生的思维品质。本文从培养学生计算思维的视角，以初中信息科技课程教学问题设计为抓手，通过探究优质的问题设计，提升基于问题解决学习任务的能力，从而促进学生计算思维能力的形成。本文从新的视角探索培养计算思维的途径，是对计算思维培养方式的一种积极探索。同时，立足核心素养，学习探索信息科技课程教学方法，是对课程教学实践创新的一种积极尝试。【关键词】计算思维；问题设计；问题解决计算思维与问题设计《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》指出，计算思维是个体运用计算机科学领域的思想方法，在问题解决的过程中涉及的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动。具备计算思维的学生，能对问题进行抽象、分解、建模，并通过设计算法形成解决方案；能尝试模拟、仿真、验证解决问题的过程，反思、优化解决问题的方案，并将其迁移运用于解决其他问题。[1]问题是思维的开始，层层递进的问题串能促进学生深入思考和探索问题，提升学生的思维品质。信息科技课程教学中的问题解决具有非常重要的地位，一方面在课程倡导的项目式学习方式和任务驱动学习方式的教学中，推进学习进程的重要策略之一就是问题驱动；另一方面基于问题解决的学习本身就是信息科技课程重要的教学方式之一。教学问题质量的高低，直接影响教学效果，因此，教师必须考虑问题的来源，问题的设计及呈现方式和问题的结构性等。学生解决一个优质问题的收获要远远超过解决大量的低价值问题。教学问题的价值是多维的，至少包括问题链之间的逻辑关系，如问题的梯度和迭代性；问题的难度和复杂度；问题解法的多样化和差异性等。在基于问题解决的课堂中，计算思维养成依赖于问题解决过程，取决于优质的问题设计。问题链的设计方法问题链是一组相关联的系列问题集合，是对学习任务或者核心问题分解细化而产生的系列主干问题。课堂中，学生通过分别解决系列主干问题达到解决核心问题、完成学习任务的目的。课堂中核心问题可能是显性的，也可以是隐性的，但是问题链必须明确具体地呈现出来。问题链设计是对学生学习内容及过程进行问题化的具体实现。问题链设计首先要保证系列问题能够较好地反映课堂主问题或者主要任务的基本要求，这是教学目标达成的需要；问题链的设计还要考虑问题的提出应便于促进师生有序有效地开展教学活动，并在活动中完成相应任务，这是教学方案实施的要求；问题链的系列主干问题之间须具有较强的结合性，逻辑关系清晰，能充分体现知识的结构与联系。问题链的设计方法很多，可以从学生的认知冲突出发，设计问题链；也可以从问题分析的角度出发，设计问题链；还可以基于具体的问题情境，设计问题链。指向计算思维培养的问题设计案例问题总是蕴含在一定的情境之中，在情境中解决问题，能够促进学习真正发生，提升学生的思维品质，培养计算思维。如何从情境中挖掘有价值的问题链是我们当下需要解决的问题。情境教学作为发展学生核心素养的重要手段之一，如何从真实的问题情境中，挖掘出系列有梯度、有关联的问题链，让学生在解决问题的过程中形成计算思维能力，是我们迫切需要解决的问题。“VB中的定时器：制作龟兔赛跑动画”选自苏教版初中信息技术教材8年级第4章算法与程序设计，本节课的目标是让学生掌握VB中的定时器这一控件，能够利用定时器控件制作“龟兔赛跑”动画。此前，学生已经掌握了程序设计的三大结构：顺序结构、选择结构和循环结构，能够使用for循环或者while循环语句编写简单的循环结构程序。本节课旨在让学生使用VB中的定时器这一控件来实现循环，通过制作兔子、乌龟两个角色的原地运动及跑步运动的动画效果，从而认识并掌握定时器这一重要的循环控制控件的使用方法，深刻体验定时器控件实现循环和用while语句或for语句在实现循环上的异同，感受定时器控件在循环控制中的适用场合和重要作用。1.问题设计本节课的情境就是龟兔赛跑这一动画，学生对龟兔赛跑这个寓言故事很熟悉，围绕这一动画情境，教师设计了如下几个问题。问题1：如何让兔子出现在草地上？问题2：如何让兔子在草地上做原地热身运动？问题3：如何让兔子以一定速度奔跑起来？问题4：如何添加乌龟角色，并实现龟兔赛跑动画效果？问题5：请自主改编龟兔赛跑故事，并实现其动画效果。2.问题分析这五个问题是制作龟兔赛跑动画的关键问题，解决了这五个问题，自然就完成了动画作品。问题1的设计主要是为了唤起学生已有的知识经验，为学习新知奠定基础。本节课的动画效果基于定时器控件（timer）和图像控件（image），定时器控件属新知，图像控件属于旧知。通过“如何让兔子出现在草地上”这一问题，唤醒学生对图像控件的已有认知，掌握LoadPicture函数的使用方法，能够通过代码来修改图像，为后续学习奠定基础。问题2的设计主要是为了引入定时器控件这一新知。“如何让兔子在草地上做原地热身运动”是一个相对简单问题，目的是为了引入定时器控件，使用定时器控件实现循环，控制三张相关联的兔子照片快速切换，实现兔子原地跑动的动画效果。通过对这一问题的探究，学生體验了定时器控件的功能，明确了定时器何时开始工作及定时器工作的时间间隔问题，即掌握了定时器的Interval和Enabled两个重要属性，达到了学习新知的目的。问题3的设计是为了让学生灵活运用新知。“如何让兔子以一定的速度奔跑起来”，这一问题指向的任务在难度上实现了递进。学生需要进一步分析，才能发现任务中隐含的定时器可以实现的循环功能。奔跑起来，即对象位置发生了变化，一定的速度就是单位时间内位置移动的距离一定。这同样是一个周期性规律变化的动画效果，可以借助定时器实现。实现方法是，在兔子“原地热身跑”的同时，改变其位置（对象实例的left属性），在实际操作过程中，部分学生会使用两个定时器来实现，分别控制对象和速度。问题4的设计是为了让学生自主实践，实现知识的应用与巩固。解决了前面三个问题，问题4的设计意图非常明显，给学生提供一个课堂及时巩固新知的机会，学生自主完成另外一个角色“乌龟”的动画效果。在完成了兔子角色的动画效果后，学生已经具备了独立完成乌龟角色的能力，在实践中，若遇到问题还可以参照兔子的实现过程来解决。问题5的设计是为了体现自主性和创造性。问题5体现个性化学习思想，学生按照自己的设想，改编龟兔赛跑故事，并运用所学知识来模拟实现，体现了学生的自主性和创造性。这节课中设计的五个问题，是制作龟兔赛跑动画的主干问题，它们并不是完全并列的关系，而是不断上升的递进关系，前一个问题的解决是后一个问题的逻辑起点，问题的难度及复杂度层层递增，逐步向目标靠近。这些问题指向的任务层层递进，在学生已有认知的基础上，逐步提高，促进了学生思维品质的提升。就如前面提到的，问题链设计既要保证系列问题能够较好地反映课堂主问题或者主要任务的基本要求，这是教学目标达成的需要；又要考虑问题的提出应便于促进师生有序有效地开展教学活