计算思维和计算思维教学法
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| 课程: | 图形化编程（西安市一期） |
| 图书: | 计算思维和计算思维教学法 |
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| 日期: | 2025年05月4日 星期日 01:58 |
1. 什么是计算思维
2. 计算思维学段目标
《义务教育信息科技课程标准》（2022年版）将计算思维描述为“个体运用计算机科学领域的思想方法，在问题解决过程中涉及的抽象、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法；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。”
信息科技课程学段目标是总目标在各学段的具体化，旨在指导教师在遵循学生身心发展阶段特征的基础上进行教学，其中计算思维的学段目标如下所示：
第一学段（1-2年级）：
1.在教师指导下，体验使用数字设备解决问题的过程。知道信息的多种表示方式。
2.对于给定的简单任务，能识别任务实施的主要步骤，用图符的方式进行表达。
3.在实际应用中，能按照操作流程使用数字设备，并能说出操作步骤。
第二学段（3-4年级）：
1.能根据需要选用合适的数字设备解决问题，并简单地说明理由。
2.在简单问题的解决过程中，有意识地把问题划分为多个可解决的小问题，通过解决各个小问题，实现整体问题解决。
3.依据问题解决的需要，组织与分析数据，用可视化方式呈现数据之间的关系，支撑所形成的观点。
第三学段（5-6年级）：
1.通过生活中实例，了解算法的特征和效率。能用自然语言、流程图等方式描述算法。知道解决同一问题可能会有多种方法，认识到采用不同方法解决同一问题时可能存在时间效率上的差别。
2.对于给定的任务，能将其分解为一系列的实施步骤，使用顺序、分支、循环三种基本控制结构简单描述实施过程，通过编程验证该过程。
3.在问题解决过程中，能将问题分解为可处理的子问题，了解反馈对系统优化的作用。
第四学段（7-9年级）：
1.在实践应用中，熟悉网络平台中的技术工具、软件系统的功能与应用。
2.能根据需求，设计和搭建简单的物联系统原型，体验其中数据处理和应用的方法和过程。
3.知道网络中信息编码、传输和呈现的原理。能通过软件和硬件相结合的项目活动采集、分析和呈现数据。
4.通过案例分析，理解人工智能。根据学习与生活需要，合理选用人工智能，比较使用人工智能和不使用人工智能处理同类问题效果的异同。
3. 计算思维教学法
基于项目式学习的计算思维培养模式
（1）任务导入和学生分组
- 任务导入。任务导入主要对应课堂导入部分，学生根据老师创设的任务情境来明确本节课的所要完成的任务。
- 配对编程小组。在配对编程（结对编程）小组组建方面，需要向学生说明小组人员如何组建以及小组如何分工协作的问题。在编程教育中，结对编程(PP)是一种协作式编程学习活动，它可以被描述为两个程序员在一台计算机上并肩工作，在相同的设计、算法、代码或测试上合作。在编程的过程中，一个程序员是代码的驱动者，即驾驶员，主要负责用电脑输入代码。另一个程序员是代码评审的观察者，即领航员，主要负责观察驾驶员的工作，并通过指出错误或提供解决问题的想法来提供支持。驾驶员和观察者的角色会周期性地在两者之间切换。两者都是平等的，在任何时候都是过程的积极参与者，并且完全共享工作产品的所有权。
（2）抽象分解、模式识别
- 此阶段需要帮助学生理清程序中所需要的角色和背景，从而将程序分解和抽象为具有独立功能的程序单元，以便于后续对每个程序单元进行一一的功能实现。接着，需要对每个角色的功能以及角色之间的相互关系进行分析和总结，以发现其中的规律。可通过使用思维导图绘制角色行为设计图来完成项目总体设计。在教学初始阶段，可以让学生熟悉思维导图的规范画法，主要通过让学生填写支架式（填充式）思维导图。当学生已经具备一定的思维导图绘制方法，可以让学生独立绘制思维导图（自构式）。
（3）算法设计
- 在算法设计阶段，通过绘制流程图的方式可以帮助学生理清程序的执行步骤，从而帮助学生进行后续的程序开发。与思维导图类似，在教学初始阶段，可以让学生熟悉流程图的规范画法，主要通过让学生填写支架式（填充式）流程图。当学生已经具备一定的路程图绘制方法，可以让学生独立绘制流程图（自构式）。
（4）自动化
- 设计程序界面。学生主要对程序中的背景和角色进行设计规划，如果教师已提供素材，学生可直接将素材导入编程软件中进行布局即可，如果没有提供素材，需要学生根据自己的设想，去自行搜索素材或运用编程软件绘制所需要的角色。
- 程序积木搭建。结合绘制的思维导图和流程图，对程序中涉及程序功能的角色进行一一编码。
（5）调试
- 实现程序的正常运行。针对编程较少以及小学低年级学生，主要达到让学生将算法设计部分的流程图进行程序实现，并能让程序正常运行即可。
- 实现程序正常运行的同时能够对算法和程序进行优化。对于有一定编程经验以及小学高年级学生，在让学生基于算法设计阶段流程图实现程序开发和保证程序正常运行的同时，可以让学生对算法和程序进行优化，增加一些程序功能，使算法和程序更有难度。