思维可视化工具促进初中生算法思维发展的教学实践研究

作     者：戴蕴秋 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：顾小清

授予年度：2023年

学科分类：04[教育学] 

主      题：思维教学 思维可视化工具 算法思维 教学实践研究 

摘      要：算法思维是打开数字时代大门的关键钥匙,它能将复杂的计算抽象成可重复的模块,并进行数据处理和逻辑推理,从而获得解决问题的方法。《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》将“算法作为贯穿整个课程阶段的重要线索,并强调对学生算法思维层面的学业要求。然而,目前中小学生算法思维的培养存在学科渗透不足、教学方法不当、教学评价缺失等诸多问题,如何有效发展学生的算法思维能力成为了迫在眉睫的任务。本研究基于信息科技新课标理念,以发展初中生的算法思维为目标,主要探讨了以下两个问题:一是如何运用思维可视化工具开展信息科技学科的算法教学;二是思维可视化工具能否促进初中生算法思维的发展。针对问题一,笔者通过梳理相关文献,界定了算法思维、思维可视化的内涵,分析了思维导图、流程图、概念图三种思维可视化工具的结构和特点,并结合算法思维的理解、分析与设计三个外在表征,建立了思维可视化工具与算法思维相对应的理论模型。针对问题二,笔者选取南京市某中学初一年级两个班的学生作为研究对象,进行了思维可视化工具用于算法教学的实验。通过分析双组前后测问卷数据、测试题数据的差异,比较学生创作的思维可视化作品和编程作品,以验证思维教学的可视化对学生算法思维能力的积极影响,提炼思维可视化工具用于算法教学的策略与方法。通过研究得出以下结论:1.运用思维可视化工具开展算法教学的一般模式为创设情境——分解问题——表征问题——设计算法——评估算法;2.思维可视化工具对初中生算法思维的发展有促进作用,其中算法分析、设计能力显著提升,而对算法理解能力的提升不显著;3.运用思维可视化工具对初中生算法思维的培养策略,包括以问题解决为导向,立足学生生活实际;以思维图示为支架,促进学生主动建构;以程序设计为载体,培养学生算法思维。