指向計算思維培養(yǎng)的小學(xué)創(chuàng)客活動設(shè)計探究

劉詩夢

【摘 要】Tinker教育被視為STEM教育的一種重要形態(tài)和創(chuàng)新舉措，近年來逐漸受到關(guān)注和認(rèn)可。大多數(shù)學(xué)生創(chuàng)客基礎(chǔ)薄弱，Tinker可看作簡易版、入門級的創(chuàng)客教育，可以對學(xué)生給予學(xué)習(xí)補償；重視對真實世界的探索，有利于學(xué)生跨越知識鴻溝，培養(yǎng)其在現(xiàn)實生活中的洞察力、思辨力。本文從Tinker教育入手，探索針對基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生的創(chuàng)客活動設(shè)計，以培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

【關(guān)鍵詞】Tinker 創(chuàng)客 活動設(shè)計 計算思維

Tinker教育就是鼓勵學(xué)習(xí)者直接使用真實的工具和材料設(shè)計學(xué)習(xí)。換言之，Tinker教育是以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造者為目標(biāo)，并著重關(guān)注學(xué)生對實物的感知與選擇。當(dāng)我們遇到新事物時，我們常自發(fā)組織Tinker 活動，以摸索它是做什么的，以及它是如何工作的。例如，當(dāng)我們有一個新電腦時，我們會嘗試所有的功能，然后有針對性地找出對我們有用的功能。大多數(shù)學(xué)生接觸創(chuàng)客活動較少，基礎(chǔ)薄弱，但實踐動手能力并不差。Tinker教育與創(chuàng)客教育都是STEM教育的重要形式，Tinker教育可看作是簡易版、入門級的創(chuàng)客教育，有利于基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生獲得學(xué)習(xí)補償。那么，如何基于Tinker教育，設(shè)計面向基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生的創(chuàng)客活動呢？我們信息技術(shù)教研組展開了有益的嘗試。

一、Tinker活動設(shè)計的反思

圓珠筆、水性筆、電機、可回收容器等，是日常生活中常見的材料。那么，筆和電機能否用來追蹤筆的痕跡并按照想法畫出想要的圖形呢？案例中的“涂鴉機器人”就是這樣的一種電動裝置（如圖1所示），它以不尋常的方式移動并留下痕跡來追蹤筆的路徑。它由簡單的材料制成，并由振動式偏置馬達(dá)啟動，以有趣的方式彈跳、旋轉(zhuǎn)、撞擊和移動。

用網(wǎng)絡(luò)中的案例作為情境導(dǎo)入，并請學(xué)生準(zhǔn)備材料，教師給予教學(xué)支架：

（1）電機可以在日常生活中的哪些物品中找到？

（2）除了圓珠筆和水性筆，我還可以添加哪些元素，使涂鴉更加豐富多彩？

（3）是否可以使“涂鴉機器人”更加智能化，輕松地打開和關(guān)閉涂鴉機？

（4）添加天然材料，如樹葉、棍棒、石頭等材料到機器中，如何使天然材料也可以進行涂鴉？

這樣的問題，既生活化又具有啟發(fā)性、實踐性和趣味性，促使學(xué)生積極主動思考且學(xué)習(xí)熱情高漲。

學(xué)生回答問題的反響很好，但是在改造案例的過程中卻暴露了很多問題。例如：

（1）大部分學(xué)生對電機連接電池、開關(guān)的串聯(lián)電路不熟悉，分不清電池的正負(fù)極。

（2）少部分學(xué)生有天馬行空的想象，但是動手操作時出現(xiàn)失誤，與心理預(yù)期出現(xiàn)落差，學(xué)習(xí)積極性受挫。

（3）小組合作模式下，部分學(xué)生沒事干，還有的小組將準(zhǔn)備材料的任務(wù)拋之腦后，沒有準(zhǔn)備好材料。

Tinker教育極具生活化和真實性，這樣的情境適用于小學(xué)生的學(xué)情特點。學(xué)生使用生活中熟悉的材料，參與動手制作過程，不僅可以獲得學(xué)習(xí)補償，還可以創(chuàng)造出各種新意，培養(yǎng)創(chuàng)造力與動手能力，提升對身邊事物的敏銳性與觀察力。在動手實踐的過程中，學(xué)生能得到啟發(fā)式的思考。這種鼓勵學(xué)生勇敢嘗試的做法，可以拓寬其思考的廣度。但我們忽略了學(xué)生的持續(xù)性注意力與學(xué)習(xí)興趣的不對等性。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣具有偶發(fā)性，學(xué)習(xí)注意力容易被干擾，探索精神、持之以恒的學(xué)習(xí)習(xí)慣缺失，所以，他們在實踐過程中會出現(xiàn)放棄和失敗的情況。

二、Tinker活動設(shè)計的優(yōu)化

面對問題，必須有所行動，為此，我們及時調(diào)整了活動設(shè)計，加強了學(xué)習(xí)環(huán)境的補償，降低學(xué)生因失敗產(chǎn)生畏難情緒的概率，讓其產(chǎn)生足夠且持續(xù)的學(xué)習(xí)興趣。

對于所有的活動設(shè)計，我們均關(guān)注到了兩點：一是做好充足的準(zhǔn)備，“活動材料課堂取”；二是提高活動參與度，變小組為個人。

以“小小發(fā)現(xiàn)家——簡易改裝車”活動為例，我們的活動設(shè)計分為兩個課時，如表1所示：

以我們組所任教的某班級為例，在“課時一”中，班級里一位同學(xué)想到了組裝小車，全班同學(xué)都做出了小車造型，如圖2所示。

在此活動中，我們省略了電機的組裝，降低了難度，并且所有的材料和工具都是事先準(zhǔn)備好的，課堂中可以直接獲取。另外，每個人獨立完成作品，課堂參與度高。雖然一個班的學(xué)生都制作出的是同樣的作品，缺少創(chuàng)新度，但這是一節(jié)鋪墊課，讓學(xué)生具備創(chuàng)客的基礎(chǔ)，是給學(xué)生的一次創(chuàng)客教育的補償教學(xué)。Tinker教育強調(diào)，真實與零基礎(chǔ)即可學(xué)習(xí)低難度的創(chuàng)客。學(xué)生在Tinker活動中掌握的創(chuàng)客研究方法和解決實際問題的能力，可以遷移到后續(xù)復(fù)雜的創(chuàng)客活動中，為STEM學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。任何人，在任何地點，都可以參與Tinker實踐，突破時空和人員的限制。這樣的低門檻學(xué)習(xí)條件以及作品的高完成度，催生了學(xué)生濃厚的求知欲與好奇心，為其接下來深入探索創(chuàng)客活動注入了“興奮劑”。

“課時二”中，我們將Tinker活動中的真實材料換成了特定的零件，并設(shè)置電路與電機的探索任務(wù)，讓學(xué)生由探索真實情境中的材料間的關(guān)系轉(zhuǎn)向探索各零件之間的關(guān)系，并且通過探索活動，形成小組互助模式。在遇到電路與電機的問題后，部分學(xué)生迎難而上，與同學(xué)、教師積極探索。這樣的學(xué)習(xí)模式源自學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，有效避免了小組合作模式的弊端，形成了良好的學(xué)習(xí)態(tài)勢。Tinker的教育理念并未發(fā)生變化，只是教學(xué)素材發(fā)生了變化。學(xué)生將在Tinker活動中所學(xué)的研究方法沿用至創(chuàng)客活動中，并在這樣“先Tinker后創(chuàng)客”的教學(xué)模式中，擁有了知識和心理上的補償。

在完成基本活動后，我們也為學(xué)生布置了提高型任務(wù)：

（1）你是否可以改造車的造型，為它添加一些額外的元素，不局限于這些零件，也可以是生活中的各種材料，讓它成為一輛獨一無二的小車？

（2）你的小車想要前進，四個輪胎的轉(zhuǎn)動方向有什么規(guī)律？可觀察生活中汽車的輪胎轉(zhuǎn)動方向。

在第一個任務(wù)中，我們將創(chuàng)客回歸真實世界，在鼓勵學(xué)生創(chuàng)造創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，又彌補了創(chuàng)客重視數(shù)字化、忽視探索真實世界的不足，同時為學(xué)生搭建了真實世界與創(chuàng)客連接的橋梁，幫助其從熟悉的真實世界找到創(chuàng)新的靈感，完成創(chuàng)造活動。

第二個任務(wù)從實踐操作到理性思考，喚醒學(xué)生的數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科知識與思維，符合創(chuàng)客教育的理念，引導(dǎo)學(xué)生思考車輪的運動轉(zhuǎn)向，為接下來的編程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

當(dāng)Tinker為創(chuàng)客提供補償教學(xué)成為新常態(tài)，學(xué)生也就慢慢從心理上對Tinker產(chǎn)生了“依賴”。這種“依賴”進一步涵養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)努力，而興趣與努力正是創(chuàng)客活動中計算思維產(chǎn)生的內(nèi)在動力。

三、Tinker對學(xué)生創(chuàng)客活動設(shè)計的啟示

與其憤慨于學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣、基礎(chǔ)的低水準(zhǔn)和教學(xué)的高失敗，不如設(shè)計有趣又實用的Tinker活動。這留給教師的絕不只是與“熊孩子”斗智斗勇的經(jīng)歷，更重要的是如何利用好創(chuàng)客活動，生發(fā)從“開展學(xué)生的創(chuàng)客活動”到“構(gòu)建學(xué)生的計算思維”的思考。

（一）Tinker活動：興趣與努力

杜威提出的興趣學(xué)說認(rèn)為，興趣作為自我的表達(dá)可以分為兩個階段，即：直接的興趣和愉悅的情緒階段，以及間接的興趣和意志的知性階段。小學(xué)生入情緒階段易，攀登知性階段難，他們面對困難容易退卻，難以萌生主動努力的意志，而“先Tinker后創(chuàng)客”的教學(xué)模式，為他們提供了努力“補給站”。學(xué)生從與他們?nèi)粘Ｉ钪锌芍苯佑|碰的各種材料和工具開始，實物利用，在不斷探索中生發(fā)直接的興趣與愉悅的情緒，并建構(gòu)一定的知識和學(xué)習(xí)方法，進而來到數(shù)字化的正式創(chuàng)客活動中，其學(xué)習(xí)心理和基礎(chǔ)都已得到“加油”。同時，教師的“學(xué)習(xí)知識導(dǎo)航”和“學(xué)習(xí)心理續(xù)航”，更容易使他們產(chǎn)生努力克服困難的學(xué)習(xí)意志和間接的興趣。這種主動與持續(xù)的努力有助于啟動學(xué)生創(chuàng)客活動中的反思性思維。

反思性思維（Reflective Thinking）指對某個問題進行反復(fù)的、嚴(yán)肅的、持續(xù)不斷的深思。學(xué)生在創(chuàng)客活動中遭遇困境或失敗，有可能啟動反思性思維，在反思和活動的往復(fù)循環(huán)中，學(xué)生會邊做邊想，一邊試驗，一邊思考“這個問題是怎么導(dǎo)致的”“下一步，我該怎么做”。往復(fù)循環(huán)的過程可以讓計算思維這項綜合能力在人機協(xié)同問題解決情境中得到提升。當(dāng)學(xué)生不愿或啟動反思性思維失敗時，他們就可能產(chǎn)生畏難情緒或者分散注意力，甚至放棄活動?？梢姡琓inker活動帶來的知性階段的興趣與努力，對基于創(chuàng)客活動下的計算思維的產(chǎn)生具有重要意義。但是，興趣與努力只是思維發(fā)生的內(nèi)在動力，教師的“知識導(dǎo)航”與“心理續(xù)航”也必不可少。

（二）情境與對話：“知識導(dǎo)航”與“心理續(xù)航”

1.安全的課堂情境

“先Tinker后創(chuàng)客”的教學(xué)模式必有安全的情境與開放的對話。創(chuàng)客活動是一個問題探究的過程，既然是問題探究，就有成功和失敗。教師應(yīng)允許失敗，甚至制造和鼓勵失敗，可以說，這是一種有效失敗。具有“暗示”失敗的學(xué)習(xí)情境會讓學(xué)生感到心理安全，克服心理恐懼，啟動反思性思維，激發(fā)不懈努力、克服困難的斗志。比如，教師在給學(xué)生的半成品代碼中，找出一兩個對解決問題起關(guān)鍵作用的代碼，將其設(shè)置成錯誤代碼，讓學(xué)生去調(diào)試程序，發(fā)現(xiàn)錯誤，鼓勵其不斷調(diào)整參數(shù)，直至程序調(diào)試成功。

2.顯性的反思性對話

雖然反思是內(nèi)省的過程，是自我的對話，但是，教師也可以利用課堂中的對話，幫助學(xué)生形成反思性思維。在編程學(xué)習(xí)情境中，教師逐步放開對課堂的控制，鼓勵開展積極開放的生生對話和師生對話，搭建反思腳手架引領(lǐng)對話，幫助學(xué)生總結(jié)、討論和評價自己的思維過程與方法。例如，在編程過程中鼓勵學(xué)生進行語言轉(zhuǎn)換，利用類比思維，將表達(dá)任務(wù)的自然語言與計算語言相互轉(zhuǎn)換，教師通常只注意到訓(xùn)練學(xué)生將自然語言轉(zhuǎn)換成計算機語言，但計算機語言到自然語言的轉(zhuǎn)換也不可忽視。對基礎(chǔ)薄弱的小學(xué)生來說，這一步反而更容易被記憶。這不但可以發(fā)展計算思維，還可以發(fā)展創(chuàng)客活動中的表達(dá)技能與人文教育。對于高年級的Python這類抽象編程語言，教師可鼓勵學(xué)生利用可視化技術(shù)將算法轉(zhuǎn)換為圖表，如流程圖、表單等，是從Scratch等圖形化編程向文本編程的銜接。我們還倡導(dǎo)鼓勵學(xué)生為代碼添加注釋，讓學(xué)生邊寫邊思考代碼與問題解決目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)，養(yǎng)成良好的計算思維習(xí)慣。

面對學(xué)生在創(chuàng)客活動中遇到的問題，作為一線信息技術(shù)教師，我們需要關(guān)注的不是學(xué)生“一次搭建行動”“一個程序編程”的成功與失敗，而是要為他們設(shè)計切實可行、適合他們的教學(xué)模式與創(chuàng)客活動，用Tinker活動引領(lǐng)他們跨越知識鴻溝，體驗創(chuàng)造的刺激、美妙與歡樂，綻放思維的火花。

【參考文獻(xiàn)】

李業(yè)富.經(jīng)驗的重構(gòu)：杜威教育學(xué)與心理學(xué)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2017.