面向学生计算思维培养的PBL教学模式
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作者:丁艳
〔摘 要〕 随着信息技术的发展及其在经济社会中的普遍应用，社会对信息技术人才的需求十分迫切，对各领域专业人才都提出了信息技术方面的新要求。小学是人才培养的关键时期，也是信息技术人才培养的初始教学阶段。小学信息技术课程能依托于计算机激发学生的计算思维，提高学生的信息技术操作能力，对学生的成长有着重要作用。教学研究发现，计算思维作为世界公认的三大主要科学思维之一，能在学生生活中给予指导，帮助学生解决生活中的难题，具有较强的生活指导和实践指导价值。鉴于信息技术在小学课程体系中的重要地位，本文基于培养学生的计算思维和核心素养这一教学目的，探究PBL教学模式在小学信息技术课程中的应用路径，以期为小学信息技术教师提供有益的教学参考。
〔关键词〕 计算思维；PBL教学模式；小学信息技术；实践研究
〔中图分类号〕 G424 〔文献标识码〕 A 〔文章编号〕 1674-6317 （2023） 01-0112-03
当下，信息技术日益受到社会的广泛重视，社会对人才的这一新需求，反馈给教育领域，促进了教育改革和教学转型升级。2022年新修订的课程标准，对中小学阶段的信息技术教学提出了明确的要求，强调学科教师要积极践行课程标准，在课程教学中，培育学生的核心素养和计算思维，为学生的长期发展奠定思维基础和能力基础。笔者结合多年来从事小学信息技术的教学经验，基于PBL教学模式，探究在小学信息技术课程教学中培养学生计算思维的有效路径。笔者体会到，应在教学实践中检验教学模式，以PBL教学模式指导教学工作顺利开展，将“科”与“技”结合在小学信息技术课堂中，能有效促进学生思维发展、知识学习和能力提升。
一、计算思维与PBL教学模式概述
PBL教学模式是以问题为导向的教学方法，在信息技术课程教学中的应用，能依托于计算机这一载体，提高学生的思维能力，培育学生的计算思维。学生计算思维的形成主要以信息技术课程为载体，PBL教学模式能在该课程中发挥其问题引导作用，在培育学生计算思维方面起到关键作用。
（一）计算思维
理论思维、实验思维和计算思维是世界公认的三大主要科学思维，对人类社会的进步具有重要的意义。作为三大主要科学思维之一的计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动，这一概念由周以真于2006年3月首次提出。
计算思维能从问题的角度出发，应用计算机科学和抽象化的思维方式，逐步解决思维问题。提高学生的计算思维能力，是现代教育对教师提出的必然要求，能提高学生处理和解决问题的能力，对学生的成长起到关键的作用。信息技术课程作为以计算机为载体的学科，是培育学生计算思维的主要课程。
（二）PBL教W模式
PBL教学模式是经过国内外教育工作者在长期教学实践中探索出的一类教学模式，它以学生为中心，以问题为导向，将层层递进、复杂、有意义的问题植入教学课堂，并根据问题创设出相应的课堂情境，以问题引导学生对知识产生思考，从而主动探索知识背后蕴含的巨大能量和问题背后蕴含的科学知识。教师根据教学内容和学生能力，设置合理的问题，促使学生在解决问题的过程中，获得答案，提升科技意识和计算思维能力，逐步养成主动、自主学习的良好习惯。
从教学模式的运行方式着眼，对PBL教学模式所包括的核心要素进行分析可知，该模式主要包括问题、学生自主学习、小组合作、教师指导、自我评价与小组评价等要素。要在小学信息技术课程中系统地培养学生的计算思维和核心素养，就需要教师抓住该模式运行的核心要素，以学生为中心，以问题为导向，引导学生自主学习、合作探索，培养学生自主学习的意识和习惯。
二、PBL教学模式在小学信息技术课堂的教学价值
信息技术作为以计算机为载体，培养学生计算机操作能力的主体课程，在中小学课程体系中的地位日益凸显，在基础教育阶段，能积极地响应社会对信息技术人才培养的新需求。将PBL教学模式应用于小学信息技术课程，能发挥问题对学生的引导作用以及项目式教学模式对学生的任务驱动型作用，促进学生主动学习和探索计算机知识，引导学生从被动学习转变为主动学习，培养学生良好的学习习惯和计算思维。因此，PBL教学模式在小学信息技术课程中的应用具有较高的教学价值。
（一）符合儿童认知发展阶段理论
据皮亚杰的儿童认知发展理论可知，小学生的认知发展水平处于形式化运算阶段（11～15岁）。而形式化运算正是计算思维的重要形式，在小学五六年级信息技术课程教学中，教师合理设置问题，能与学生形式化运算阶段相符合，逐步提高学生的抽象思维能力。顺应学生认知发展的阶段特征和思维特征，激发学生的计算思维。例如，在小学信息技术课程中开设Scratch编程教学内容，与五六年级学生的认知发展规律相符合。此外，这一编程教学内容，依托的是图形化编程软件，较传统的编程语言更为简单，能降低学生学习编程语言的难度，同时，在恰当的时间节点，培养学生的抽象思维能力和逻辑思维能力，为学生计算思维的培育奠定基础。
（二）有利于培养学生计算思维
教师在小学信息技术课堂上设置合理的教学问题，以教师指导为主要形式，将更多的课堂时间交给学生自己探索，能在引导学生自主学习和合作探索的过程中，驱动学生主动学习科技知识、探索知识背后蕴含的能量的现实价值。
例如，在第一课《机器人》的教学中，教师就“机器人的三个基本特征”这一知识点设置问题：“同学们在生活中接触过机器人吗？机器人是怎样设计和创造出来的？机器人有哪些特征？同学们可以利用计算机浏览器，并结合生活经历，找到问题的答案吗？”教师设置课堂问题，能激发学生对“机器人”这一技术概念的探索欲望，学生探索使用计算机的过程，也是逐步建立计算意识和计算思维的过程。
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三、PBL教学模式在小学信息技术课堂的实践
在小学信息技术课程中应用PBL教学模式，需要教师始终坚持“科”与“技”相结合的教学原则，引导学生逐步树立科技意识，提高学生的逻辑思维能力和抽象思维能力。在这一基础上，教师要重点培养学生的计算思维和核心素养，促使学生能在生活中能主动应用计算思维，处理和解决生活中的问题，从而逐步提高生活能力和问题处理能力，为学生实现全面发展打下坚实的认知基础和思维基础。
（一）合理设置问题，驱动教学顺利推进
问题是PBL教学模式的核心要素，它将教师与学生连接在一起，在小学信息技术课堂上，问题是教师与学生沟通的桥梁。教师通过设置问题，激发学生对知识进行思维和探索；学生在思考问题的过程中，主动学习知识，探索计算机的操作方法，并将问题解决的情况和操作结果反馈给教师。教师要在信息技术课程中有效应用PBL教学模式，发挥该模式的教学作用，就要抓住问题这一核心要素，依据教学内容、教学任务、学生需求和学生能力，合理设置课堂问题，既要保证问题能对学生起到激发和引导作用，又要保证设置的问题与学生的能力相契合。
例如，教师应用Scratch编程软件，组织学生通过编程完成“散步的小猫”这一动画视频。首先，教师对图形编程软件的功能和操作进行简要讲述，并设置导入问题“Scratch是什么？”。其次，教师对班级内的学生进行分组，布置任务“如何让处于静态的小猫走起来？请同学们以小组合作的形式，探索如何应用编程软件，让小猫动起来”。教师提出的问题能为学生提供一个明确的学习方向，对学生的思维和行动都起到一定的启发作用。要让小猫动起来，学生就要在编程软件中找到相应指令，并依托于该指令进行操作。在这一过程中，学生能提高自己的计算机操作能力；同时，学生也将逐步树立计算意识，从问题本身出发，寻求与问题要求相契合的解决方法。最后，教师组织学生展示自己的作品。在这一过程中，学生提交的作品存在或多或少的问题，如小猫行走的方向不正确、小猫虽然在移动但是肢体动作保持静止等。针对这些问题，教师可在学生完成任务的基础上，设置引导性问题，一方面，对学生小组合作完成的作品进行总结，另一方面，以问题为引导，让学生思考为什么会出现相关操作问题。
如，教师针对动画中小猫倒立行走的现象，提出问题“为什么小猫会倒立行走？”出现这一问题的学生，在教师的指导下，分析编程软件中的各个指令。当学生无法直接解决这一问题时，教师可设置更为简单的问题“如果想让小猫正常行走，那么需要对小猫做出如何调整？”五六年级的学生在数学学科学习了“图形的旋转”相关知识，能在教师的引导下，将任务精准定位到“旋转”这一编程概念。该小组内的学生，尝试在编程软件中，设置旋转模式，发现小猫可以回归正常的行走状态。
在教师的问题引导下，学生能依托于计算机技术和编程软件，找到解决问题的具体指令和方法。学生在解决问题的过程中，能将形式化运算思维与具体行为操作结合在一起，主动探索解决问题的有效措施，逐步建立计算意识，形成计算思维。
（二）划分合作小组，构建协助学习模式
PBL教学模式在小学信息技术课程中的应用，除了问题这一核心要素，还包括教、学生这一关键要素。信息技术教师在设置问题和布置任务之后，要组织学生探索完成任务。小组合作学习模式则能与教师的教学需求相适应，能有效激发学生的探索欲望和学习兴趣。学生在小组中以自主探索和合作研讨的方式解决问题，能逐步提高与他人交流沟通的能力，在合作中获得能力、思维和知识等全面发展；教师则能在这一过程中，有效培育学生的核心素养，引导学生在小组合作中健康成长。
例如，在苏科版小学六年级“机器人”单元教学中，教师在布置任务“使用机器人平台软件，尝试设计机器人，让机器人知道你的要求”之后，依据“组内异质、组间同质”的原则，对班级内的学生进行分组，要求学生在小组内共同探究使用“机器人平台”软件。使用软件的第一步是下载软件，教师将安装包提供给学生，引导学生合作完成软件下载工作，将软件安装在电脑中。在“机器人平台”软件中，主要通过流程图的方式，进行操作。学生可在小组合作中认识到计算机程序在处理问题中的重要性，并逐步树立逻辑意识。学生在组内构建协助学习模式，探讨流程图制作方法，学生均能提高计算机操作能力和逻辑思维意识，并在这一基础上，产生计算思维。同时，小组是学生学习、合作的主要环境，能给予学生以情感和知识上的引导，是教师培育学生核心素养的有效手段。
（三）展示小组作品，科学设计反思环节
仍旧以“小猫散步”这一课堂任务为例。学生在展示小组作品时，存在的问题不仅包括“小猫倒立行走”，还表现在“小猫移动时姿势固定”“小猫走到边缘未返回”等。针对学生作品中存在的各类问题，教师以“倒立行走”为主要问题，进行重点分析，为存在其他问题的小组提供参考，引导学生从编程指令的角度，将问题与解决问题的指令联合在一起，培养学生形式化解决问题的计算思维，并逐步提高学生的思维能力。
PBL教学模式在小学信息技术课程中的应用，能将问题、教师和学生三个关键要素联合在一起，以问题为桥梁，引导学生从解决问题的思维角度思考问题，探求解决计算机操作和编程问题的措施。教师合理设置问题、划分学习小组、设计反思环节，并将问题贯穿于教学课堂的全程，发挥问题引导和任务驱动作用，培育学生团结协作的意识和从根源处解决问题的意识，提高学生逻辑思维能力和抽象思维能力，为学生计算思维的培育和发展奠定思维基础。同时，教师以计算机为载体，借助信息技术课程，能将科学技术和科技意识植入学生的思维认知，从科学知识、科技能力、思维意识和情感价值几个角度，培养学生的学科素养和核心素养。
参考文献
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[2]徐伟峰.面向计算思维培养的PBL教学模式在小学信息技术课程中的实践研究[D].乌鲁木齐：新疆师范大学，2021.
[3]许文峰.面向创新思维培养的小学信息技术项目式学习研究[D].临汾：山西师范大学，2021.
[4]谢如.基于PBL的小学信息技术Scratch编程教学设计研究[J].中小学电教（教学），2021（5）：54-55
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