基于项目式思维导图教学的计算思维能力培养研究

摘要：随着核心素养教育深入中小学基础教育，培养具有“计算思维”能力的复合信息人才成为基础教育的关键。传统的“计算思维”能力教学方法已经无法满足现代科学技术的发展，本文提出一种基于项目式思维导图教学方法，其主要借助于项目式教学+思维导图两种教学模式，并将其两种教学方法有机融合。项目式教学和思维导图在培养学生“计算思维”和问题解决能力上优势显著，在教学过程中，有机的将思维导图与项目情境教学相结合促进学生对计算问题的思考，大大提升学生的计算思维能力，这为基础教育中的信息技术教学提供了基础。

关键词：核心素养；计算思维；项目式思维导图教学；信息技术教学

1 引言

随着国际互联网信息技术的快速发展，许多国家开始重视本国中小学基础教育，相关文件明确指出中小学生在计算思维培养的重要性。在国内，随着核心素养教育深入中小学基础教育，培养具有“计算思维”能力的复合信息人才成为基础教育的关键。中小学基础教育中的信息技术教学从以往的关注学科发展逐渐转变成关注学生能力培养，因此，如何培养中小学生的计算思维能力—即解决问题能力成为中小学基础教育的关键所在。如何通过高效的教学方法培养中小学生的计算思维能力，满足中小学基础教育中信息技术课程目标要求，是中小学基础教育值得思考的问题。

1996年，Seymour Papert提出“计算思维”这一基本概念，奠定了计算思维在教育系统的基础。计算思维在本质上其实是人脑中的意识形态，是一种最基本的思维方式，其适用范围较广。2006年，美国卡内基梅隆大学周以真教授在计算机权威杂志上定义了计算思维。计算思维其实就是就是人类为理解涵盖计算机科学之广度的思维活动。如何提高人类的计算思维能力呢？国内外学者都对其进行了深入研究。

本文主要研究如何利用在项目式驱动教学中融合思维导图方法提高中小学生的计算思维能力。通过对中小学信息科学教学模式进行研究，深刻地指出其发展的内在动力源于课堂中的教学思维方法的改变，进而揭示出项目式驱动教学中融合思维导图方法在信息科学教学改革的发展具有积极作用。一方面，教师采用项目式驱动教学中融合思维导图方法的教学对学生计算思维能力的培养发挥着积极作用，另一方面，学生的计算思维能力的提高对教师的发展具有反馈作用。

2 基于项目式思维导图的教学模式

项目式思维导图的教学模式主要将项目驱动教学和思维导图教学相融合，实现理论教学和实践教学的有机结合，达到锻炼中小学生计算思维的目的，提高学生解决问题的能力。这种基于项目式思维导图的教学模式，首先优化课程知识点的教学顺序，将多本教材的教学内容有机融合在一起，其次，在教学过程中，将课程知识点融入项目化的教学方法，利用思维导图方法将项目与知识点融合。这种基于项目式思维导图的教学模式将整个项目分成子项目，每个子项目对应课程的知识内容，每个子项目同时采用思维导图的方法进行知识点的梳理，将课程信息进行归纳和总结，这大大增强了学生的计算思维能力，有助于提高学生的学习效率和学习兴趣。

基于项目式思维导图教学过程中，思维导图教学方法有利于将项目化的知识点在学生眼前展现，每个子项目的主要知识点和难点在整个思维导图中呈现，围绕子项目的关键词进行进一步的展开，有利于学生进行知识点的梳理和计算思维能力的培养。由于这种基于项目式思维导图的教学方法主要是围绕项目进行展开，各个知识点之间的关系得到进一步的梳理和展开，这对于很多原理性的知识点是一种全新的诠释，同时这种教学模式采用思维导图进行归纳和总结，引导学生将每章节的知识点有机结合起来，形成较为完备的知识导图，这在一定程度上有利于加深学生对于知识点的理解。

基于项目式思维导图教学过程中，采用项目化的教学理念，让学生将基本理论和实践能力有机结合，有利于增强学生的计算思维能力。在项目化教学过程中，首先建立一个具有“计算思维”能力的项目式思维导图，让每位学生将需要完成的任务目标在思维导图中进行有效标记，那些需要进行验证，那些需要进行计算，那些需要进行设计，建立图与图，图与表格，图与文字之间的关系。然后根据这些关系建立项目与子项目，子项目与子项目之间的导图模式，加深学生对于各个知识点之间的设计逻辑、关系模型等理解。最后学生根据这些关系，采用模块化、系统化的计算思维完成各个子项目，进而完成整个项目。基于项目式思维导图教学模式，让学生从被动学习到主动学习，有利于锻炼学生的计算思维能力。

3 基于项目式思维导图的教学设计

基于项目式思维导图的教学设计流程框架主要从学生的学习特征分析、教学目标、教学内容、教学过程和教学评价等五方面进行设计，为中小学生的计算思维提供基础。在学生的学习特征分析中，首先了解学生的知识基础和知识体系，根据学生的知识架构，设计基于项目式思维导图的教学项目，从简单的项目任务出发，进一步提高学生的项目实践能力。在教学目标这一环节，充分将其贯穿于学生的整个项目式思维导图教学过程中，设计阶段性的教学目标，在每一个阶段性的教学目标实现过程中，明确体现什么样的计算思维能力，同时强化学生的空间想象力、逻辑思维能力、动手能力等能力，同时要求学生具有提出问题和解决问题的能力。计算思维能力主要包括计算概念、计算实践和计算观念等计算思维三维架构。

在教学内容这一环节，应该遵循由简到难，循序渐进，注重学生计算思维的培养。根据学生的特征分析和教学目标，设计具有知识点的项目式思维导图教学内容。在设计教学内容过程中，将教学内容拆分成多个内容的思维导图模式，每个子教学内容的思维导图分别封装成一个子项目，多个子项目的思维导图封装成一个项目，若干个项目的思维导图构建成一个项目作品，若干个项目作品构成一个项目池，若干个项目池构建一个项目群。在教学内容这一环节采用项目式教学步骤逐步推进项目完成。有效促进学生创新能力及计算思维等高阶思维能力的培养。在教学过程和教学评价的设计过程中，主要从项目式教学、思维导图模式两个方面出发，构建以计算思维培养的基于项目式思维导图的教学过程和教学评价，具体实施包括以下内容：制定项目和计划，根据项目和计划分解成各个子项目和子计划，然后根据子项目和子计划分解任务，具有包括分析问题、建立模型、实践并计算及优化算法，最后根据教学过程，设计教学评价，主要通过调查问卷、计算思维水平量表和计算思维测试题等方法对学生的计算思维进行评估。

基于项目式思维导图的教学设计，主要从教学设计的流程框架出发，根据教学设计的流程框架和项目化的思维导图教学模式，同时结合教学设计的五个要素设计出基于项目式思维导图的教学设计，为培养具有计算思维能力的学生提供教学设计基础，其教学设计主要表现在以下几个方面：

首先基于项目式思维导图的教学设计应该让学生在学习过程中体验到趣味互动性，告别传统教学设计中的单一枯燥性，同时让学生体验到知识架构体系，使得学生在完成项目过程中体验到价值存在感，具有提出问题和解决问题的能力，有助于培养学生计算思维能力。其从将项目式教学和思维导图相结合，有助于激发学生的学习兴趣和主动学习，学生通过设计项目目标，将目标进行思维导图化和子项目化，这在一定程度上有助于提高学生的创新和创造力，同时要求学生在项目完成过程中与其他同学进行相互合作，锻炼了学生的合作能力，这有助于提高学生计算思维能力。最后，这种教学设计让学生完成项目的过程中更具有层次感和成就感。

4总结

本文提出一种基于项目式思维导图教学方法，借助于项目式教学+思维导图两种教学模式，并将其两种教学模式有机融合。基于项目式思维导图教学模式在培养学生“计算思维”能力上优势显著，其有机的将思维导图与项目式教学方法相结合促进学生计算思维的提升，这为基础教育中的信息技术教学提供了基础。

参考文献：

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（2021年江西省基础教育研究课题，OBE视域下“计算思维”的导图模式构建信息科学改革探究，SZUJJZH2021-1130；2022年江西省省级教改课题，基于新工科“交叉、融合、创新”理念的自动化应用型人才培养模式改革与实践，JXJG-22-17-10，2021年江西省省级教改课题，应用型电子信息工程专业劳动教育实施路径探索与研究，JXJG-21-17-4，2022年教育部产学研项目，220504838260509，2022年江西省十四五教育规划课题，22YB222）