跳出程序设计培养计算思维

倪凌云

随着时代的发展，作为信息技术学科核心素养之一的计算思维成了信息技术学科中的热词，但计算思维的培养不可以狭隘地等同于编程教学，那么，如何在非编程课上渗透计算思维教学？下面，笔者以苏科版信息技术7年级教材“第3章 统计与分析数据”单元中的“分类汇总”为例进行具体说明。

● 连接生活，发现真实世界的真实问题

《江蘇省义务教育信息技术课程纲要》指出，“义务教育信息技术课程具有较强的实践性，需面向学生的生活世界，帮助学生建构对世界的完整认识”，而计算思维帮助学生利用计算机在抽象世界和现实世界之间搭建了一座桥梁。因此，教师在教学中渗透计算思维时，首先要找到现实生活中恰当的问题情境。

例如，在学习“分类汇总”时，教师可以抛出如下问题：人们普遍认为“男生理科好，女生文科好”，为研究男女性别差异对学科成绩的影响，请分别统计男生、女生的语文、数学、英语成绩的平均值。

● 以旧引新，尝试用旧知识解决新问题

在出示上述问题后，教师不要立即讲解，而是将学生分成4人一组，让其讨论尝试利用已有的知识找出问题的解决方案，同时出示如图1、图2所示的两种方案。

方案一：按性别排序后，对男女分别求值。

方案二：按性别筛选后，对男女分别求值。

学生会发现两种方法求得的平均值不同，第二种方法中的筛选只是数据的隐藏，而不是删除。同时，第一种方法虽然结果正确，但比较烦琐。

● 分析提炼，抽象出问题的解决模型

抽象出问题的解决模型是计算思维的本质之一。本环节首先对现实问题进行简化，对事物的本质进行理性的、无歧义的描述。初一学生的思维正处于感性向理性过渡的时期，在面对真实世界纷繁复杂的问题时，容易受到非本质因素的干扰。那么，如何提炼关键要素对问题进行抽象化？笔者采用了以下步骤。

1.概念分析，为建立模型做铺垫

首先，出示概念——分类汇总就是按照某个字段进行分类，再根据某些字段的取值进行相同的统计，如分类求和、分类求平均等。接着进行概念分析——可以按照某个类别（字段）分别统计;可以同时统计多项内容;多项内容统计的方法有平均值、求和等（但一次只能用一种）。

2.要素提炼，抽象化实际问题

结合刚才统计男女平均分问题，师生共同总结分解提炼出分类汇总的三要素（如图3），进而将问题抽象化。

3.归纳总结，提出问题解决模型

教师上机演示用WPS表格中的分类汇总解决此题的方法，并归纳总结出如图4所示的问题解决模型。

发现问题解决模型是有难度的，此时应发挥教师的主导性作用，帮助学生建立并理解模型。

● 触类旁通，自动化解决生活中的类似问题

在编程教学中，分析问题找到算法是关键。同样，在解决分类汇总问题时，在上机操作前，分析问题准确提炼三要素也是关键。为此，在出示完每个练习题后，笔者首先设置问题分析环节，并利用WPS表格中的函数实现即时批改功能。学生递交答案即可以看到表示正确的“★”或“再想想！”的提示语句。有了准确的分析，再套用问题解决模型进行上机操作，便可自动化解决此类问题。

学生上机实践题目如下。

任务描述1：各地教育管理部门将根据天气情况下发是否“停止课间活动”的通知，请你协助统计各省主要城市AQI、PM2.5及PM10的平均值。

问题分析1：分类汇总三要素如图5所示。

上机操作：第一步，按照分类字段“省份”排序;第二步，执行“分类汇总”命令（如图6）。

计算思维关注的是问题解决，在信息技术学科的非编程课上体现计算思维的例子还有很多，如图片、声音、视频能够被计算机存储，也是一个抽象化与建模的过程，这一类问题的模型就是它们各自的存储原理。

总之，计算思维的本质是对求解问题的抽象和实现问题处理的自动化，在这些方面，编程教学有其独特的优势。所以，编程教学是计算思维培养不可或缺的重要途径，但绝不是唯一途径。

本文为江苏省教育科学规划课题“指向计算思维的‘程序设计初步’区域教学实践研究”的研究成果。