面向计算思维培养的真实问题设计与教学实施

王西凯

摘要：倡导真实性学习是《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》五大课程理念之一，真实性学习也是计算思维培养的重要过程，而真实问题的设计是真实性学习的起始和重要载体。本文基于真实性问题设计的意义和现实困境，以《幸运大转盘》一课为例，梳理出真实性问题的设计原则及教学实施策略与技巧，以此促进真实性学习的落地与实施。

关键词：真实问题；
真实性学习；
计算思维；
信息科技

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）14-0039-03

真实问题与计算思维

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中提出，在学习层面，信息科技课程要倡导真实性学习，包括：创新教学方式，以真实问题或项目驱动，引导学生经历原理运用过程、计算思维过程和数字化工具應用过程，建构知识，提升问题解决能力；
注重创设真实情境，引入多元化数字资源，提高学生的学习参与度；
支持学生在数字化学习环境下进行自我规划、自我管理和自我评价，鼓励“做中学”“用中学”“创中学”，凸显学生的主体性。计算思维是中小学信息科技学科核心素养中最关键和核心的部分。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案；
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。因此，问题的设计和解决，是中小学信息科技学科课程落地实施的难点，是落实真实性学习的关键要素，而问题的真实性是问题设计的重要原则之一。所以，真实问题的科学设计与有效的针对性教学实施，直接决定了学生核心素养的养成，决定了计算思维提升的质量。

现实困境及成因

1.重情境设计，轻问题真实性

在信息科技课程的教学中，教师普遍采用情境内容和任务式教学方法。但在进行问题（情境）设计时，教师更注重其中的趣味性、游戏化和故事化，重视对知识点与技能点的覆盖与体现，而忽视问题的真实性和开放性，对利用编程等信息技术解决生活中的真实问题没有引起足够的重视，甚至为了达成知识与技能目标，设计的教学情境偏离了生活实际。

2.真实性问题设计能力较弱

中小学信息科技教师年龄整体年轻，缺少足够的生活阅历和体验。因此，在设计问题或情境时，缺少相关的生活背景知识和工业产品经验，缺少对复杂真实问题的切身体验与研究操控能力，也缺少基于复杂问题的课程内容开发能力，所以，设计的问题或情境与实际的工作过程相差较远，制作出的作品（产品）与生活中的真实应用差距较大。

3.“教-学-评”分离，教学方法传统，真实性学习无法贯彻

部分信息科技教师还停留在“以知识技能为中心，以教师为中心，以教为中心”的阶段，加上课时较少且不连续，大单元教学和项目式学习没有得到有效落实，教学过程主要以完成零散的操作任务为主，忽视学习过程中的生成性问题，也缺少对学生的探究精神和计算思维的培养。在“教-学-评”一体化方面，教学内容的探究性不强，也缺少相应的评价，对计算思维等核心素养的评价处于摸索阶段，还没有有效的量表与工具。

真实问题设计原则与策略

大部分教师能够设计完整的教学问题（情境或者任务），但对于设计真实性问题，还需要掌握一些方法和策略，需要基于以下维度进行考量。

1.真实问题设计原则

（1）问题要真实且典型：来源于生活，但高于生活，还要回归生活。在设计问题或者情境时，要了解生活中的真实需求，在高年段，还要了解项目产品的技术与市场。因此，来源于生活的典型和真实的问题一定是复杂的、开放性的、有代表性的、可以产生多种可能的，而且能够体现或者涵盖该产品或者技术的关键能力和必备品格等目标。

（2）兴趣与就近发展区：与学生的认知水平和习惯相适应。在新课标中，除了强调项目式学习以外，还在每个学段设计了跨学科主题内容。从主题来看，前三个学段虽然也是真实性问题，但从内容上更侧重实验或者游戏，从方法上更侧重理解或描述。第四学段设计了“无人机互联表演”“在线数字气象站”“人工智能预测出行”等主题，已经是基于真实问题的复杂项目，与计算思维的高阶培养目标相匹配。

因此，在设计真实问题时，不能过度强调问题的复杂性，而是要根据新课标的要求，在低年段以简单问题为主，在高年段以复杂问题为主，这就需要设计者在做好学情分析的基础上，发挥学生的主观能动性，师生共同参加教学的设计，让学生从教学内容的被动者变成问题（情境）的参与者。

（3）开放且有层次。在整体设计时，需要综合考量问题复杂度的进阶性，但在具体的问题设计时，需要重构典型的真实性问题，为学生学习提供探究空间，培养学生的计算思维。

（4）问题可分解并可行：问题可以解决并有产品或者解决方案。计算思维是在问题解决过程中，通过对问题进行抽象、分解、建模，设计算法形成解决方案，并将其迁移运用于解决其他问题。虽然在不同的学习阶段，有不同的要求，但好的真实性问题，应该是开放和劣构的，也应该是能分解和可解决的。

2.真实问题设计策略与技巧

目前正处于新课标和旧教材的过渡阶段，因此在实际教学中，要以新课标为依据，以核心素养提升为目标，结合学情和学习环境，对原有的教学情境按照以上真实性问题的设计原则，基于现有内容，进行改造、重构、优化与升华。

以《幸运大转盘》一课为例，本课原有的教学情境主要是通过随机的旋转角度与固定的旋转次数的结合，达到“幸运（随机）”的效果，但原有教学设计中只有一种玩法—指针正转，学生并不能真正理解旋转角度与旋转次数及最终结果的关系。受学生的生成性问题启发，结合真实的转盘体验，笔者对原有的问题进行解构再组织，增加了学习任务的真实性和趣味性。将任务分成四个，并将“广播”功能从“控制开始与结束”改为“四种玩法按钮”。情境的重构和优化，既体现了问题的真实性和复杂性，也体现了教与学过程的进阶性，从而极大地提升学生的问题解决能力与迁移能力。具体设计如下：①基本任务。控制指针的正转，实现幸运大转盘效果，完成基本教学任务。

②进阶任务。至少满足大转盘转一圈以上，学生加深理解旋转角度与旋转次数的关系。③挑战任务。减少指针压线的几率，进一步加深理解，并解决生成的真实性问题。首先引导学生观察指针压线的几率，然后引导学生探究可能的原因（30度的倍数），最终提出优化的解决方案。④迁移任务。控制指针的反转或者转盘的正转或反转，实现幸运大转盘的效果。通过这一环节，提升了学生的应用能力，并有效提升了学生的知识与技能的迁移能力。

真实性学习实施技巧

有好的真实问题设计，还需要有对应的教学策略、学习方法与评价机制，才能有效发挥真实问题的作用。

（1）让学习真实发生。要以学生和学习为中心，以单元主题为整体，以项目为抓手，开展主题教学活动。通过引入专家参与教学、组织学生现场教学和建设专业实验室等，为学生提供更真实的具身体验。

（2）落实真实性学习，建立实例资源库。根据学生实际，设计、收集和整理多层次和多样化的真实性案例，并建立实例资源库。以新课标中的模块8为例，除了自动驾驶、智能家居、可穿戴设备等城市生活中常用的物联应用场景以外，还要设计适合乡村学生的“智慧农业”“弱势群体关怀”等场景。

（3）虚实结合，化繁为简，变抽象为形象，创设真实性学习环境。以第四学段为例，无论是互联网、物联网还是人工智能，都是按照一定的原理，通过相关技术将虚拟世界和真实世界进行了有效的连接和映射。因此，在教学中可以通过真实世界和虚拟世界进行相关性类比，帮助学生理解虚拟技术及其背后的原理。虚实结合的另一个含义指的是虚拟实验、科学实验与工程实践相结合。可以通过多媒体资料，帮助学生感受万物互联的场景，了解万物互联背后的基本思想；
通过虚拟实验系统，帮助学生理解和掌握物联网的科学原理和知识；
各地根据自有条件，结合综合实践、劳动教育、科创教育等课程与内容，搭建真实的物联网简易系统；
开展微实验，每课时解决一个小问题，解决课时分散的问题。在项目中，既可以建设真实系统，也可以通过实验套件和实验平台进行模拟实验，还可以通过虚拟平台进行虚拟实验。这种结合，考虑了不同地域的教学条件差异，为学生学习提供了不断提升的进阶实验环境，同时也加深了学生对真实问题的复杂性的理解，进一步提升了学生“分解、抽象”及真实问题的解决能力，提升了计算思维。

（4）素养目标落实到课时且可评测，开展真实性学习评价。根据课程目标和学段目标，把计算思维拆解和落实到单元和具体的课时，落实到具体的学习内容，并能够进行适当的过程性及终结性的评价。在具体评价时，弱化考试和测验，增加学生展示和分享的机会，并进行综合的、真实性的学习系统评估。

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