数字化时代下小学信息科技教学中计算思维培养策略研究

摘要：数字化时代的到来，计算思维已成为小学信息科技课程的核心培养目标。本文结合新课标要求，从问题分解、算法训练、数据素养、人机协同和创新实践五个维度，探讨小学阶段计算思维培养的具体策略。通过分层递进的任务设计、游戏化教学、跨学科融合、智能工具应用及场景化实践等路径，构建了符合学生认知规律的教学框架，以提升学生的逻辑分析、问题解决及创新能力，为其适应数字化社会奠定基础。

关键词：数学化时代、信息科技、计算思维

数字化时代的到来，尽管使教师有了更加专业化、便捷化的教学工具，使得教学方式更加丰富多彩，课堂教学效率的提高也得以提升，给教师的教学工作带来了挑战。除了要着力培养学生的传统学科基础思维方式，为学生打好扎实的传统学科基础之外，教师必须要培养学生适应数字化时代新环境的能力，这就需要教师不仅要更新自己的教学观念，掌握先进的数字化技术并应用在教学中，设计出更具有交互性、新颖性的教学内容，还要提高学生的数字化信息素养与能力，教会学生在信息繁多的大数据中择其精华、进行分析鉴别和处理，教会学生运用各种数字化工具去进行分析解决问题。这就要对教师自身的教学方式进行完善，对教学内容和形式进行设计，对学生的各种能力进行培养，做到更加具有针对性。

一、分层递进式问题分解能力培养

计算思维作为数字时代最重要的思维之一，其思想的核心就是把一个复杂问题拆分处理为多个可执行、容易把握的子任务，然后依次突破子任务从而达到解决问题的目的，这一处理复杂问题的方法，在生活、科学、商业决策等各个方面，都能发挥巨大的价值，让学生在错综复杂的生活中发现解决问题的入口，做好数字化时代所需准备。

例如，教师在举办“校园气象站”过程中，针对四年级学生设计的学习任务可以分为三部分：一个任务是把学生分成三组去安装传感器；二个任务是对所采集的数据进行记录；三个任务就是对所采集的数据做分析，分层次以此培养学生获取数据、分析数据的能力。

二、游戏化算法思维训练模式

算法思维是计算思维的灵魂，对提升学生的逻辑思维和问题解决能力有不可替代的作用。它可以引导学生按照一种系统的方法和过程来解决问题，按部就班地把一个复杂问题分解后，寻找到一个合理的解决方案。然而，算法思维天然地存在着抽象性强、逻辑过程复杂的特征，这一点常常困扰着学生们，让学生觉得无从下手、望而生畏。由于它抽象，不容易直接看到算法运行流程，因而就会阻碍学生进一步掌握算法思维的应用。采用趣味场景将算法思维抽象降到学生可以接受的程度，是一个关键性问题。

教师可以根据教材进度，设计“智能交通信号灯”的项目，教师要求学生通过改变红绿灯的时长来实现根据不同车流量状况下的交通流量；学生实现以不同时间段的车流量为限值设定红绿灯的时长，从中找到最优值，然后通过设置条件语句和循环语句实现代码的编写，将代码逻辑化，从而实现复杂的实际问题。这样的代码训练使得学生更容易理解算法思想对解决实际问题的重要性，甚至计算思维在真实世界的重要性。

三、数据素养的跨学科融合培养

数据素养是学生计算思维的一部分，它能够给学生带来跨学科综合培养的能力，大大促进学知识能力。在数字化时代下，学生可以从数据中发掘出有价值的信息，从而把数据转换为知识，在计算机科学中起关键作用，更体现在其他学科中起着纽带的作用，使学生形成数据系统思维模式，连接和整合跨学科之间的关系，解决实际问题。

在教学中实施“社区运动设施使用率调查”项目，让学生成为了活跃社区的“运动达人”，研究在不同时间段的设施使用频次，并用图像工具来呈现。结合问题进行思考，发现晚上使用高峰期后，学生思考了延时的灯光和合理的使用场所等完善措施。让学生将数学中的统计以及社区社会实践相结合，加强数据应用的能力，让学生学会从问题出发、应用知识解决问题的能力，实现人文素养和综合实践能力的提升。

四、人机协同的智能工具应用

随着智能化的进一步应用，智能工具为师生的学习与生活提供了不少便利，合理的使用离不开批判性思维。教师应当教会学生认知智能工具背后的原理，即工具在运作过程中如何运用了哪些算法、使用何种机制以及如何处理相关的数据，使学生感知到智能工具的优势。其次也要认识到智能工具的不足，例如数据的偏置性、智能工具带来的算法偏见及弱人工智能问题，等等。通过批判性思维培养，帮助学生对智能工具拥有更加清醒的认识，既能够正确认知智能工具的优点，充分发挥智能工具的辅助作用，又能够摒弃工具带来的负面影响，正确地运用智能工具将自身创造力和学习水平提高到另一个维度上，为今后的学习生活作好充分准备。

对于“图书馆智能借阅系统”的设计，可以让学生学会初步的图书分类模型训练，比如通过标注各类书籍的封皮特点，观察算法的准确度和样本容量之间的联系，培养学生学会使用机器学习，并且进一步思考数据品质影响着技术的效能。

五、创新应用的场景化实践

计算思维的真正目标是解决实际问题，而非停留在纯粹的思维层面上，在计算思维中加入实践，目的是将抽象的理论知识应用到具体的实践方案中。通过情景化实践可以更好的让知识和能力应用于实际情景，学生更直观地体会知识的作用，真正理解知识的价值和意义。情景化的实践可以帮助学生实现综合素质的提升，在遇到复杂多变的现实生活情境的时候能更多的用上计算思维解决问题。这样的过程有助于学生形成系统的思维方式，培养他们的逻辑思维能力、批判性思维能力和跨学科整合能力，为他们未来的学习和生活奠定坚实的基础。

学校可以组织开展校园节能卫士的项目，设置学生可以自行利用光照传感器和微控制器设计自动开关灯系统。项目涵盖硬件组装、阈值设定、程序调试等环节，让学生们在实践中学习，综合运用算法优化与系统设计的思维，最终实现能耗降低的目标。在日常化的场景中，学生们更能产生创新思维。

教师可以通过五个维度系统化的培养策略，构建了螺旋上升的计算思维培养体系。教学实践的结果表明，将学生易理解的抽象计算思维概念与生活化场景、游戏化任务、跨学科项目有机结合起来，学生不仅能掌握信息科技知识，更能形成用计算思维分析和解决问题的核心素养。未来教学中，教师需进一步探索评价体系创新，全面推进学生的计算思维的发展。

参考文献：

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