【摘要】隨著我國新版高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，作為信息技術(shù)課程四大核心素養(yǎng)之一的計算思維，不僅對學(xué)生邏輯思維的培養(yǎng)有幫助，而且對學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力也有著重要的推動作用。計算思維的培養(yǎng)在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)智慧化時代至關(guān)重要，如何開展學(xué)生計算思維的培養(yǎng)也成為當(dāng)今教育界最熱門的話題之一。本文依據(jù)SelbyCynthia和WoollardJohn兩位博士提出的計算思維五要素，結(jié)合初中信息技術(shù)學(xué)科特點和初中學(xué)生認(rèn)知特點，以“3D創(chuàng)意花盆制作”教學(xué)為例，闡述了在初中信息技術(shù)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的做法。【關(guān)鍵詞】計算思維;信息技術(shù);3D創(chuàng)意設(shè)計;教學(xué)研究案例背景計算思維近年來日益受到重視并開始進(jìn)入大眾的視野。國內(nèi)外教育部門紛紛將計算思維納入國家課程標(biāo)準(zhǔn)中，通過相關(guān)課程的開展，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，從而提高國家核心產(chǎn)業(yè)競爭力。在我國新發(fā)布的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)以及2017年的基礎(chǔ)教育版《地平線報告》中也明確將計算思維作為學(xué)生最核心的能力素養(yǎng)之一[1]，學(xué)生計算思維的培養(yǎng)成為了國內(nèi)外學(xué)者最關(guān)注的問題。但是，隨著各類新型教育模式的出現(xiàn)，計算思維的培養(yǎng)同樣也面臨著教師認(rèn)識不足，教學(xué)過程中過分關(guān)注編程工具的使用而忽視了問題解決能力的培養(yǎng)，缺乏對跨學(xué)科實踐活動的關(guān)注等方面的挑戰(zhàn)。這也是目前許多一線教師計算思維培養(yǎng)無法取得明顯成效的原因。為此，本案例將依據(jù)SelbyCynthia和WoollardJohn兩位博士提出的計算思維五要素[2]，以川教版初中信息技術(shù)八年級下冊“文創(chuàng)作品”單元中的“3D創(chuàng)意花盆制作”一課為例，通過情境創(chuàng)設(shè)（確定問題）—頭腦風(fēng)暴（分解問題）—抽象建模（原型制作）—優(yōu)化評估（評估作品）—分享匯報（總結(jié)概括）五個教學(xué)環(huán)節(jié)的實施，詳細(xì)闡述在初中信息技術(shù)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的步驟和方法，為當(dāng)前的教學(xué)改革提供些許參考。案例描述1.創(chuàng)設(shè)情境，確定問題在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，首先告訴學(xué)生這是一堂有趣的課，從一個有趣的視頻開始，進(jìn)而去激發(fā)學(xué)生的好奇心，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。然后，引導(dǎo)學(xué)生觀看3D打印創(chuàng)意視頻，讓學(xué)生邊看邊觀察視頻當(dāng)中3D打印運用到了哪些行業(yè)？學(xué)生會認(rèn)真觀看視頻并回答3D打印的運用，如：航空航天、汽車、制造業(yè)、醫(yī)療等行業(yè)。這個環(huán)節(jié)就將3D打印與現(xiàn)實生活聯(lián)系起來了，讓學(xué)生們認(rèn)識到3D打印已經(jīng)走進(jìn)了我們的生活。然后給出一段材料讓學(xué)生們?nèi)シ治觯タ纯垂适吕锏闹魅宋逃龅搅耸裁磫栴}（材料：為了給班級營造一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，老師組織班集體買了一些綠植裝進(jìn)塑料花盆中。但是，由于國慶節(jié)后，綠植在室外經(jīng)歷了一周的風(fēng)吹雨打，塑料花盆已經(jīng)變形。如果我們能設(shè)計打印出3D花盆，就可以達(dá)到既環(huán)保輕便又經(jīng)濟(jì)耐用的效果）？通過引導(dǎo)學(xué)生分析材料中的問題，讓學(xué)生感知問題情境，快速融入課堂教學(xué)，明白本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)是3D創(chuàng)意花盆制作。通過分組的方式，讓小組討論并選定一種植物，進(jìn)行相應(yīng)的花盆設(shè)計，完成項目選題及小組分工。2.頭腦風(fēng)暴，分解問題當(dāng)學(xué)生明確問題之后，第二個環(huán)節(jié)就是引導(dǎo)學(xué)生思考如何進(jìn)行3D創(chuàng)意花盆的設(shè)計。該環(huán)節(jié)的重點就是學(xué)生對問題的分解以及對方案的設(shè)計與規(guī)劃。為此，要讓學(xué)生思考在設(shè)計花盆時需要考慮哪些因素，引導(dǎo)小組圍繞要設(shè)計的花盆開展頭腦風(fēng)暴。通過引導(dǎo)學(xué)生分析花盆的基本構(gòu)造，如花盆有一個開放面，可以平穩(wěn)放置，底部有排水孔等。組員也暫時不對這些看法做出對錯評價，然后將這些想法用思維導(dǎo)圖進(jìn)行梳理。有的學(xué)生直接利用老師發(fā)的素材包，有的學(xué)生上網(wǎng)收集素材，每個人都發(fā)表了相應(yīng)的意見，并完成思維導(dǎo)圖的繪制，最后形成了各自小組的思維導(dǎo)圖（圖1）。在此環(huán)節(jié)，組織學(xué)生進(jìn)行3D創(chuàng)意花盆草圖的繪制，使學(xué)生實現(xiàn)對3D創(chuàng)意花盆制作過程的了解，這對學(xué)生分解問題的能力可以起到一個很好的培養(yǎng)作用。最后，利用項目設(shè)計手冊記錄過程，這有助于幫助學(xué)生整理思路，分解3D創(chuàng)意花盆制作所需的步驟和方案，清楚小組進(jìn)度，更好地完成任務(wù)。3.抽象建模，作品制作在學(xué)生繪制好草圖之后，學(xué)生頭腦中對3D創(chuàng)意花盆有了初步的框架。此時，向?qū)W生發(fā)問“那我們剛才所畫的草圖怎樣才能變成像老師手里這樣一個實際的花盆呢？”（出示已利用3D打印制作好的花盆）。通過實物的呈現(xiàn)與對比讓學(xué)生明白3D打印花盆與普通花盆的區(qū)別，如果想要將草圖變成實物需要通過計算機完成建模，并通過3D打印來完成。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生回顧之前學(xué)的三維建模知識，包括三維建模的基本原理、三維建模軟件3DOne的基本使用方法，以及如何將平面圖形變成立體圖形，怎么對實物進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠、放樣、抽殼等（圖2），啟發(fā)學(xué)生思考如何在3DOne軟件中實現(xiàn)花盆的制作。學(xué)生則利用剛才所回顧的知識進(jìn)行遷移，完成3D創(chuàng)意花盆的原形制作。在這個環(huán)節(jié)中，最主要的目的在于讓學(xué)生明白可以通過問題分解、抽象建模的方式將實際生活中花盆制作的問題轉(zhuǎn)化成計算機可以解決的步驟來完成。為了幫助學(xué)生更好地完成對3D花盆的抽象與建模，通過讓學(xué)生對比3D花盆與現(xiàn)實花盆的區(qū)別，讓學(xué)生頭腦中形成對3D花盆的創(chuàng)意思考與結(jié)構(gòu)模型，再通過引導(dǎo)學(xué)生回顧三維建模知識，順理成章地將三維建模知識很好地遷移到3D創(chuàng)意花盆制作中來，對學(xué)生起到一個鋪墊作用，幫助學(xué)生更好地完成3D創(chuàng)意花盆的抽象與建模。將草圖在3DOne軟件中轉(zhuǎn)化為實際模型，極大地提高了學(xué)生的興趣。同時，由于小組想法不同，完成方式不同，又實現(xiàn)了學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)。在學(xué)生完成花盆建模的同時，他們的抽象建模能力也得到了很好地培養(yǎng)。4.優(yōu)化評估，完善作品在完成創(chuàng)意花盆的原型制作之后，第四個環(huán)節(jié)就是組織學(xué)生對作品進(jìn)行評估以及修改完善。此時，我們給出了一個簡單的評價量表，讓學(xué)生根據(jù)這個評價量表對所在小組的項目做初步評估，然后對作品進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。對已經(jīng)完成的小組，讓他們形成一個書面的評估報告，詳細(xì)介紹他們的項目是怎么完成的，經(jīng)歷了哪些步驟，后續(xù)還可以怎樣優(yōu)化。在這個環(huán)節(jié)，其實就是讓學(xué)生通過對作品的初步評估，來判斷哪些地方還可以進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，通過再優(yōu)化的過程培養(yǎng)他們對于計算思維的理解能力。5.分享匯報，總結(jié)交流最后一個環(huán)節(jié)是分享匯報、總結(jié)交流。我們組織學(xué)生以小組為單位利用希沃展臺展示小組的項目設(shè)計手冊，并進(jìn)行作品的展示與交流。此外，我們還要求學(xué)生在匯報時分角色介紹小組的設(shè)計方案與實施流程，包括最初的設(shè)想與規(guī)劃，具體的實施流程，實施過程中遇到的問題，如何來解決等。在這個環(huán)節(jié)中，通過小組匯報交流的方式，學(xué)生可以歸納和總結(jié)出項目完成的具體過程，找到問題解決的一般規(guī)律，以便后續(xù)在開展類似項目活動過程中進(jìn)行能力的遷移。同時，也對學(xué)生的概括、總結(jié)、歸納能力起到了一個很好地培養(yǎng)和鍛煉作用。教學(xué)反思本節(jié)課教學(xué)是一個在初中信息技術(shù)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的案例。我們嘗試將計算思維培養(yǎng)的五要素與3D創(chuàng)意作品項目相整合，讓學(xué)生在完成3D創(chuàng)意花盆作品制作的過程中，歷經(jīng)分解、抽象、建模、評估、概括幾個環(huán)節(jié)。讓學(xué)生明白計算思維在問題解決的過程中起到的作用，運用計算思維可以使問題解決更有效。結(jié)合本案例的設(shè)計與實踐，有以下體會。1.以學(xué)生認(rèn)知發(fā)展特點為基礎(chǔ)選取合適的計算思維能力要素進(jìn)行培養(yǎng)首先，計算思維的培養(yǎng)需要我們以學(xué)生的認(rèn)知特點和學(xué)段特點為基礎(chǔ)。因此，我們需要篩選出他們這個階段能掌握的一些計算思維能力要素，如抽象、分解、算法、評估、遷移等。然后將這些篩選出來的計算思維能力要素與項目問題進(jìn)行整合，通過項目活動的開展，讓學(xué)生在解決問題項目的過程中歷經(jīng)計算思維能力要素的滲透，體驗用計算思維能力要素解決問題的便利性與高效性，養(yǎng)成用計算思維能力要素解決問題的習(xí)慣。2.以學(xué)生計算思維培養(yǎng)為導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)設(shè)定與教學(xué)內(nèi)容選擇在教學(xué)過程中，需要以計算思維培養(yǎng)為導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)設(shè)計。通過將計算思維的要素融入到教學(xué)目標(biāo)中，讓計算思維的過程要素、技能方法與教學(xué)目標(biāo)相融合，再結(jié)合初中生認(rèn)知特點、思維發(fā)展特點，確定合適的教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，要與計算思維的內(nèi)涵有一定的映射關(guān)系，需要有明確的培養(yǎng)主題、明確的培養(yǎng)目標(biāo)。讓學(xué)生在案例學(xué)習(xí)過程中隨著教學(xué)內(nèi)容的不斷深入逐步完善知識與能力，讓計算思維隨著問題的深入推進(jìn)與解決而得到一個很好地提升。3.以學(xué)生計算思維培養(yǎng)為核心開展教學(xué)活動的設(shè)計學(xué)生計算思維能力的提升離不開教學(xué)活動的精細(xì)化設(shè)計。項目活動的設(shè)計是至關(guān)重要的，因為這關(guān)系到我們怎樣將計算思維能力要素整合進(jìn)項目活動中，怎樣通過一些活動的開展讓學(xué)生計算思維能力得到培養(yǎng)和鍛煉。教師提前將計算思維能力要素分解到教學(xué)任務(wù)中，可以很清楚地知道學(xué)生需要掌握的知識、技能，以及最后學(xué)生獲得哪些方面能力的提升。而學(xué)生則可以根據(jù)教師設(shè)計的任務(wù)活動展開任務(wù)分解、抽象建模、算法設(shè)計、評估迭代、小組合作、問題解決等，循序漸進(jìn)地提高計算思維能力。4.以學(xué)生計算思維培養(yǎng)為抓手及時調(diào)整教學(xué)方法與教學(xué)策略教師制定好教學(xué)目標(biāo)后，需要以學(xué)生計算思維培養(yǎng)為抓手選擇教學(xué)方法，并根據(jù)教學(xué)的具體內(nèi)容動態(tài)地調(diào)整教