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计算思维教育中的情境创设与模型建立

情境创设引发的问题思考

教学情境是以直观方式再现教学内容所表征的实际事物或者实际事物的相关背景。教师在教学实践中，会根据教学目标要求和具体教学内容，创设一种适合学生产生一定情感反应的，能够使其主动学习的，具有学习背景、景象和学习活动条件的学习环境。通过教学情境，教师可以使学生在学习中产生情感共鸣，增强他们的情感体验，激发他们的学习兴趣，导引他们循着知识产生的脉络去准确把握学习内容，还可以帮助学生实现知识的迁移和应用。

那么，使用了教学情境，就一定能达到理想的效果吗？郑毓信教授在《小学数学教育的理论与实践》一书中曾列举过一个在美国课堂上发生的真实例子。为了帮助学生较好地掌握分数的意義，任课教师专门设计了这样一个情境：“玛丽举行了一个生日派对，现需要将一个烤好的南瓜饼分给三个小孩，问：每个小孩能得到多少？”出乎意料的是，当时班上有一个小孩大声提出一个问题：“什么是南瓜饼？”对此教师作了简单的回答，小孩也没有追问，教学正常进行。在课堂结束以后，一个听课者发现该小孩还在思考着什么，于是就问他：“你在想什么？”孩子答道：“我在想，南瓜饼到底好吃不好吃。”显然，如果这个小孩一直沉浸于这样一个问题，这堂课对他而言可能收获不大。

在计算思维相关的学科教学中，也有类似的现象。教师运用生活实例创设情境，希望降低学生理解计算学科概念的难度，表面上很合理，实际效果却不一定好。例如，有一堂学习算法概念的课，学习目标是认识算法描述及其特点。教师设计了这样一个教学情境并组织学生活动：一位农夫带着一匹狼、一只羊、一筐白菜过河，由于船太小，农夫一次只能带一样东西过河，狼和羊、羊和白菜不能单独留在同岸，否则羊或白菜会被吃掉，这是一个经典的农夫过河问题（如图1）;教师要求学生思考并设计过河方案，并用自然语言描述之;最后，教师运行一个“农夫过河”的Flash游戏程序，来验证学生的各种方案。实际教学中，学生思维很活跃，讨论也很积极。活动之后，教师开始分析“农夫过河”的操作步骤来说明算法具有确定性、可执行性等特征并归纳得出算法的概念。教师自信地认为，这样的情境和活动设计可以使学生在很有趣的氛围中轻松地学习抽象的算法概念，但实际的课堂效果是：虽然“农夫过河”的情境导入与学生讨论活动已花费了很多时间，但学生意犹未尽，当教师开始讲解算法概念与特征时，学生的兴奋点仍然集中在“农夫过河”的方案上，并为不同方案的优劣不断地争辩。显然，尽管通过创设情境调动了学生的学习兴趣，但由于过河方案的多样性与复杂性，反而干扰了学生理解算法概念这一学习目标。

教师需要思考的是，情境创设对学生的下一步学习带来什么影响？在情境导入以后学生是怎样思维的？理解这些问题，对正确使用情境创设有所帮助。针对计算思维教育而言，其最终目标是通过学科知识的学习发展学生的学科思维，能够分析清楚学生对于教学情境的思维路径，有实际意义。

从情境信息到数据表征的学生认知过程

教师创设的教学情境本质上是给学生传递了有效的情境信息。信息是反映事物的运动状态以及变化方式，信息科学是以信息为主要研究对象、以信息运动规律为主要研究内容的一门科学。人们研究信息以及信息科学，总是希望信息以及信息运动规律能为人类服务。认识信息及信息科学的一般原理，有利于帮助我们清晰教学情境在计算思维教育中的作用。

图2所示是信息科学中一种最抽象也最一般的、由认知主体和对象客体以及把它们联系在一起的信息所构成的信息模型。作为认知主体的人，在与对象事物打交道时，从对象事物获取本体论信息并转变为第一类认识论信息;通过处理信息来深入认识对象事物的运动状态和方式，形成知识，达到认知;然后在此基础上“再生”第二类认识论意义上的信息，即策略信息，作用于对象事物，产生控制行为。

这一模型正好也是人类通过自己的信息器官认识世界和改造世界活动的信息模型。在此过程中，本体论信息往往是由光信号、声音信号等形式让主体获取，认识论信息往往是用数据表征的。对于人类而言，在获取信息以后，总是需要用字符、数值或图像等形式来表征信息，也就是用数据来表征信息，这样可以方便存储、思考、交流以及控制对象事物。因此，这一模型有着特别重要的意义，它把信息科学的研究和人类自身的信息处理过程天然地联系起来。从信息科学的基础理论出发，可以清楚地反映信息与数据的关系，人们在对对象事物的信息获取、用数据表征事物信息过程中自身实现了知识的获取和认知能力的提高。认知信息加工理论也有相似的观点：学习实质上是由习得和使用信息构成的。

在教学环节中，学生对情境信息进行分析、梳理，提炼出与教学目标问题相关联的信息，并通过语言、符号等数据形式表征这些信息，这一过程就是学生认识事物的过程。在人类对事物认识的过程中，需要用数据来表征信息。依据不同的目标要求，数据表征信息的维度会不同，数据量的大