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计算思维走向2.0|体育游戏培育计算思维的活动设计与实践研究——以W小学二年级体育课为例

计算思维是智能社会必备的思维方式，其并非计算科学领域独有，而是存在于各个学科。计算思维教育应从低龄儿童抓起，并以编程教育为锚点展开，然而很多国家及地区由于经济条件限制，无法在学校开展编程教育。基于上述问题，本研究采用案例分析法，以选择排序和二分查找算法为教学内容设计学习主题“寻觅幸运儿”，继而实施、评价与优化教学，以期寻得低成本的计算思维教学模式。通过前、后测数据对比，本研究发现，以算法原理为根基的小学体育游戏教学可以有效促进学生理解并掌握算法概念，进而提升学生的计算思维水平。因此，在小学体育游戏中融合算法原理是发展低龄儿童计算思维的行之有效的教学模式。

●引言

计算思维伴随着计算机的发展已然成为人类不可或缺的思维方式。它指向计算机解决问题的指令与流程，同时也指向人类利用计算机解决问题的意识与过程。然而，它并不独属于计算科学领域，而是随着计算机的普及，逐渐渗透到其他学科领域。因此，计算思维具有显而易见的跨学科属性。

教育部2024年颁布的义务教育阶段各学科课程标准打破了学科间的壁垒，如《义务教育体育与健康课程标准（2024年版）》《义务教育信息科技课程标准（2024年版）》（以下简称“新课标”）均有一定比例的跨学科主题学习要求，但鲜有研究表明如何跨学科培养学生的计算思维。

编程学习是培养学生计算思维的载体，并且逐渐走向低龄化。皮亚杰的认知发展理论认为小学低年级学生思维凸显表象性，需借助具象事物学习抽象概念。因而，学生借助体育游戏，以肢体为媒介学习计算思维具有一定的可行性。

此外，由于教学条件的限制，国内很多小学并未开展编程教育，而体育游戏无疑是简单易懂、经济实用的编程学习方式。针对以上现状，并结合学生生理特点及学习起点，本研究以选择排序算法及二分查找算法为学习内容，采用案例分析法，设计学习主题“寻觅幸运儿”，以验证在小学体育游戏教学中渗透算法原理教学能否有效促进学生计算思维的发展。

●文献综述

1.计算思维

计算思维是指采用计算机的概念及原理处理问题、设计系统、理解人类行为的方法，其与数学思维、工程思维、科学思维息息相关。在分析、解决问题的过程方面，它与数学思维有共通之处，在设计、验证系统等方面，它囊括了工程思维，在可计算性、人类智慧与行为方面，它体现了科学思维。此外，计算思维也被视为一种利用计算机处理思维活动的能力，包含编程涉及的计算概念、解决问题的计算步骤、了解世界的计算视角。

在本研究中，计算思维指人类运用及模拟计算机处理问题的算法机制，即分析及分解问题，抽象及符号化问题，转化为可供计算机处理的计算模型，最终自动化处理问题。

2.编程教育

（1）编程是计算思维的载体

编程教育逐渐面向低龄儿童，我国面向小学生的编程教育最早出现在2000年，随着2017年《新一代人工智能发展规划》的发布，编程教育被正式纳入中小学教育大纲。编程是培育学生计算思维的重要载体，学生通过编程学习理解计算机工作的底层原理，最终在计算机的助力下解决问题。

传统编程教育依托显示器与计算机CPU互动完成编程学习，然而计算机屏幕严重伤害儿童视力。因此，越来越多的学者投入到无屏幕编程教育的研究中，从研究结果看，无屏幕编程可以有效促进儿童计算思维的发展。

无屏幕编程教育指不依托电子显示屏的编程教育教学活动，也可称之为不插电或玩具化编程教育，提议学生通过物理活动或设备开展编程学习。物理活动以积木、卡片等任意有形物体表现编程逻辑。物理设备共有两类，一类是编程机器人，如Bee-BotRobot，另一类则是物理机械设备，如CodeMonkeyIsland。物理设备往往造价高昂，物理活动则成本极低。

体育游戏是一种以身体为载体的特殊编程学习物理活动，技术学习应当遵循具身性，还原学习本质，充分发挥肢体的介质性，关注学生自身体验，加强技术与身体的链接与耦合。

所以，本研究以体育游戏为编程学习的载体，让学生用肢体动作模拟算法原理，达到体验及学习编程的目的。

（2）算法是编程学习的核心

计算思维涉及概念和策略两个维度的内容，工具、数据、算法、系统是计算概念中的关键学习对象。算法是人为设定的计算机重复加工及计算的逻辑与规则，是计算机处理问题的核心机制。计算机程序的底层原理是算法，编程教育在返璞归真后，应当以“算法”为核心学习内容。世界万物本无序，当万物抽象为符号与数字后，诞生了林林总总的数据与信息，这便为算法提供了可执行对象。计算机利用排序算法变无序为有序，再使用查找算法在有序的信息中锁定目标对象。

本研究的学习主题“寻觅幸运儿”将选择排序和二分查找算法作为教学内容，以算法的体验与学习代替编程技能教育。

3.跨学科学习

计算机的信息加工以及计算能力使其具备学科普适性，这使得许多学科越