李胜忠
浙江省温州市第三十九中学 325000
摘要：计算思维是信息技术科学的核心素养,arduino uno开发板+米思奇程序是培养学生计算思维的重要载体,本文基于学生计算思维的培养提出以生活情境的模拟再现，发现生活中的技术现象、问题的分析、模拟现实和程序实现，以达到观察生活，从生活中来到生活中去的信息技术计算思维培养。
关键词：核心素养；计算思维；arduino；米思奇
一、问题的提出
2018年1月，教育部印发了《普通高中信息技术课程标准》（简称新课标）。新课标详细阐述了什么是学科核心素养，从四个核心要素进行了具体描述，分别是信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。在新课标中，计算思维首次被列入信息技术学科教学范畴，标志着计算思维的培养在中小学教学中占据重要地位。
在日常生活中，只要稍微关注一下，就能发现很多事物都有着微妙的思维逻辑在里面。比如，楼道上的灯，为什么它能“听”到有声音响，就很“听话”的亮灯，亮起之后，又会很自觉的当你走了之后又关闭了。稍加注意观察，发现这样的灯在白天的时候，无论声音多响，都不会亮。
二、什么是计算思维
计算思维是指学生运用信息技术解决实际问题的思维活动，相关研究者们对计算思维的定义有一个共同点，即计算思维与“问题解决”密切相关，与我们的学习、生活密切相关，是一种描述当人们思考如何利用计算机来解决问题时所采用的过程和方法。当今社会，信息化高速发展，人们需要具备一定的计算思维能力才能更好地认识和适应社会，计算思维应该像写作、算术一样成为日常生活中人们都会做的事情，计算思维也应是人人都具备的，最普遍、最适合、最不可或缺的思维方式。
三、密切联系实际，培养学生善于发现问题的能力
（一）生活情境的导入
良好的开始能激发一节课的学习兴趣，问题是课堂教学的重要载体，创设具体的问题情境有助于课堂教，为学生课堂学习活动构建学习情境，激发学生探究问题的兴趣。问题情境的创设要贴近生活，将问题有机融合在情境中，学生将在情境的作用下，激发寻找解决问题的有效方法与多元化路径，主动完成知识构建和分析问题的能力。信息技术教师可以创设生动的情境导入，将生活中的真实事物通过视频拍摄的形式在课堂中导入。如“楼道声控灯”一课，在导入环节，教师通过播放“楼道声控灯”的视频。在视频中，通过声音控制楼道的灯开与关，引起学生观察生活事物的兴趣，发现生活中的问题：为什么灯能“听”到声音后亮起呢？为什么只有在光线很暗的条件下才会亮？是因为它长“眼睛”了吗？带着一系列疑问，学生的学习兴趣更加浓厚，想解决问题的心迫不及待。
（二）Arduino uno+米思奇程序设计的模拟实践解决问题
在解决“楼道声控灯”的问题中，用arduino uno开发板+米思奇程序设计，真实还原“楼道声控灯”的实现效果。为实现“楼道声控灯”效果，准备的器材主要是声音传感器、光线传感器、按钮、led灯珠、杜邦线若干。
在学生理解什么是模拟信号和模拟输入输出端口以及什么是数字信号和数字输入输出端口之后，实现传感器与arduino uno开发板的正确接线，并且了解了声控灯的原理是用一个声音传感器来控制灯的亮与灭。
（三）通过计算思维中的小问题解决思路
将计算思维细化成四个核心元素，分别是：分解，模式识别，抽象，算法实现。
以程序的表现形式，通过计算，将大问题分解成小问题来解决，解决一个问题后再解决下一个问题。在“楼道声控灯”一例中，首先第一个小问题是用声音“控制”LED灯珠的亮。通过声音传感器和LED灯珠与arduino uno开发板的连接后，进行程序设计。设计声控灯，表2中，通过图1的模拟声控灯硬件连接，初步实现声控灯需要的条件是声音传感器+led灯珠，用arduino uno+米思奇进行程序设计初步实现效果。
（四）成功的喜悦进一步激发解决问题的兴趣
当学生们实现声音传感器控制led灯珠后，立马就意识到作品的不足之处。比如，灯的用途主要是在晚上看不清楼梯的时候，帮助我们看清楼道，而目前的程序实现却导致电资源的大量浪费，因为白天也能亮灯。用计算思维解决第一个问题后，开始着手研究下一个问题：如何解决在光线亮度足够的情况下，楼道的灯不会受响声亮起？因此，教师在这里引入了光线传感器和逻辑运算。在这里既要满足声音信号的输入条件，又要满足周围光线不足的条件，因此学生就更容易程序中的逻辑运算“且”。而好胜心更强的学生更喜欢独立思考，独立解决问题。表3所示，在传感器模块中连接一个光线传感器，并且通过米思奇程序代码中加入了逻辑运算“且”，整个作品的模拟效果更加逼真实用，为进一步解决问题提供了学习动力。
（五）拓展创新，思维发散
学生在完成“楼道声控灯”的过程中，利用计算思维分解问题，实现小问题的解决过程，逐步实现大问题的解决。在完成问题解决后，进行思维发散，深入思考“楼道声控灯”的缺陷。比如，在半夜的时候，楼道住户都已经睡着了，当你发出声响，通过声控开启楼道灯的过程中似乎可能会影响到其他住户的睡眠，那么是否有更好的解决办法？问题的深入，同学们跃跃欲试，试图加入其它的传感器功能实现效果。那么，该传感器与声音传感器和光线传感器的控制条件是否一致？因此，学生们探讨并得出结论，运用逻辑运算“或”，实现按钮开关的独立控制能力。在表4中，增加按钮模块，连接到arduino uno开发板的数字输入端口12，原有的程序中添加逻辑运算“或”，写上数字输入端口12控制led灯珠的程序代码。
四、计算思维促进信息技术学科思维的研究
通过教学实践，以生活情境为实例，培养了学生善于发现生活中常见问题的能力，提高了程序设计思维、计算思维能力。基于生活情境的计算思维的问题求解，结合积木式编程教学特点和新要求，通过学生根据生活情境模拟现实，培养用编程工具开发解决日常问题的意识。
计算思维是每个人在日常生活中都可以运用的一种思考方式。出行路线规划、理财投资选择、科学研究分析、天气预报预测，不论你试图解决什么问题，运用计算思维都能帮你化繁为简，四两拨千斤。当我们跳出算术运算的局限，理解了计算的本质后，就会发现原来好多看似不可计算的东西都能变得可计算，也就很容易理解计算思维的普适性了。因为经过一定的抽象，我们对很多问题的理解都能用特定的数学语言来描述。
五、结束语
计算思维是一种思想，一种理念，是人类求解问题的一条途径，一种方式。计算思维是每个社会人的基本技能，是每个人为了能在现代社会中发挥职能、实现自身价值所必须掌握的，其根本目的是提升人类使用计算机解决各专业领域中问题的能力。计算思维无处不在，关键是要做到将无意识的计算思维转变成有意识的计算思维，主动地用计算思维去发现问题，思考问题，让它有效的融入到我们的生活中，成为一个解决问题的有效工具，去解决生活中的各种问题。
【参考文献】
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[3]中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准(2017年版)[M] .北京.人民教育出版社,2017.