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思维训练在新课程改革和教育发展中的地位举足轻重，其中对计算思维、设计思维和空间思维等思维方式的培养在21世纪的教育教学活动中愈发重要。对这些思维方式的培养模式在众多中小学校积极推行STEM教育和创新教育模式的过程中，被视为关键和核心，并得到了广泛的实践和探索。针对中小学生须适应时代发展的培养需求，有利于培养学生创新思维的软件工具和配套教材的提供显得尤为重要。教育部等十八部门联合印发的《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》明确强调，应“在科学教育教材中加强国产软件应用引导”，从而为学生创新能力和实践能力的培养创造新的育人环境。
本书以三维图形化编程软件——沐木编程为支撑，聚焦于“编程”“3D”“空间”等主题，为学生提供了创新实践性和具身体验性的学习环境。首先，通过三维视角的编程学习方式，学生可以更好地理解前后、左右、上下、远近等概念，提高观察力、想象力和三维空间理解能力。学生可以在编程中全方位地融入“空间感”，将抽象知识转化成立体可见的三维物体，激发学习兴趣，达到体验探究性学习效果。而且三维视角的引入可以让学生更好地投入到自己创造的世界中，减少了软硬件设施的制约，学生可以在三维图形化编程软件中有更大的创作自由度，更好地发挥自身想象力。其次，基于沐木编程的多种可选择的编程积木和实现步骤，学生可以快速掌握编程软件的基本使用方法，提高逻辑思维能力并养成严谨的思维习惯；同时，在每一个项目任务中，都为学生提供明确、真实的调试目标，并确保程序正常有效运行，从而培养学生仔细检查的习惯，提高他们提出问题和解决问题的能力。最后，使用不同种类的编程积木设计不同的算法，基于算法应用重点培养学生的逻辑思维和计算思维。在自由编程创作过程中，学生亦综合运用了所学的物理、数学、空间等知识，能获得更接近专业创作者的思考模式和工作方式训练。
当前，随着数字化社会的发展，教育越来越注重培养学生的思维能力和数字素养，其中，中小学信息科技课程对中小学生的成长和发展有着重要的影响，教师不再过于注重理论知识的灌输，他们逐渐意识到信息科技课程对于学生发展的时代性作用，若在小学阶段就基于三维图形化编程课程开展信息科技教育，则更有利于激发学生兴趣，提升学生的核心素养。在教育领域，教育数字化战略行动带来数字化转型、智能化升级发展的新境界，教育现代化发展已经进入新阶段，创新的教育技术形态不断涌现，人工智能已成为世界科技竞争的方向，拥有编程思维和编程能力的大批创新型人才培养将极大地影响全社会的未来发展，教育工作者需要在计算思维的培养上有所突破，以帮助学生应对人工智能时代的学习和生活，并成为能为科技强国发展而奋斗的合格建设者。
北京师范大学教育学部 教授、博士生导师 李玉顺