在創(chuàng)意設計課中培養(yǎng)學生的計算思維能力

王利平

摘要：《浙江省義務教育信息技術課程標準》（征求意見稿）指出：小學階段的學生會對生活中的實例問題化，形成質疑的問題意識和計算思維意識，同時指出計算思維是信息技術學科核心素養(yǎng)的一個重要方面。因此，本文提出在小學階段開設創(chuàng)意設計課，從選擇平臺入手開展創(chuàng)意設計，運用“情境創(chuàng)設—任務分析—畫流程圖—搭建程序—反復調試—遷移應用”的教學模式開展課堂教學，并進行多元評價，從而有效提升學生的計算思維能力。

關鍵詞：創(chuàng)意設計；培養(yǎng)；信息技術；計算思維

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）17-0042-04

《浙江省義務教育信息技術課程標準》（征求意見稿）指出：通過信息技術課程學習使學生掌握必備的信息技術基礎知識和基本技能，發(fā)展學生初步的計算思維，提升學生的信息素養(yǎng)，促進學生在情感、態(tài)度與價值觀等方面的發(fā)展，為學生未來生活、工作和學習奠定基礎。計算思維是種學科思維方式，在利用信息技術解決問題的過程中，使學生具備應用基本概念和方法設計系統(tǒng)、完成任務過程的思維與方法，其核心是算法思維。其中，要求小學階段（三至六年級）的學生知道解決問題的各個步驟和問題解決過程中需注意的環(huán)節(jié)。

為了初步培養(yǎng)學生的計算思維，筆者所在學校開設了創(chuàng)意設計課。創(chuàng)意設計課是基于STEM的教育理念，將多學科的基礎知識整合在若干教學項目中，在課堂中進行系統(tǒng)的情境教學，并借助平臺，通過有創(chuàng)意的設計、采取各種有效的方法或策略，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、思維能力的課程。該課程利用形象、直觀的積木式編程環(huán)境，創(chuàng)建交互式故事、動畫、游戲、音樂等豐富的程序作品，非常適合小學生學習，并且具有面向對象程序設計特性，是學生學習和感受計算機編程、培養(yǎng)計算思維的理想載體。

筆者在創(chuàng)意設計課上，指導學生選用平臺創(chuàng)作自己的游戲、動畫或故事，用工具表達自己的創(chuàng)意，在創(chuàng)作過程中遇到問題時，自己分析問題，解決問題，并通過不斷地測試、調試，最終實現(xiàn)自己的想法。在這一過程中，不斷激發(fā)他們的學習動機和創(chuàng)作靈感，培養(yǎng)計算思維，具體過程可以從以下四個方面進行闡述。

● 選擇平臺，搭建“計算思維”的舞臺

目前，創(chuàng)意設計課的實施平臺有很多，如Logo、Scratch、Arduino、樹莓派、Intel Edison等，這些平臺有以下幾個特點：①圖形化編程界面；②積木式的指令簡單易懂；③有多樣的控制器和傳感器等。在這些平臺下進行編程學習是培養(yǎng)學生計算思維的有效途徑。

剛擔任信息技術教師時，筆者選擇的程序平臺就是Logo語言。Logo語言是一種與自然語言非常接近的編程語言，對小學生來說，“海龜畫圖”遠比“枯燥的代碼”更能激發(fā)他們學習的興趣。打開小海龜，通過輸入一些命令使它形成各種圖形和圖案，學生的興趣很大，當時筆者還沒有想到計算思維，只知道通過分析、編寫、修改、完善后對學生的分析能力、思維能力和創(chuàng)新能力都很有好處，而且嘉興市小學信息學競賽也把這作為一個程序模塊進行比賽，所以一直堅持做，也培養(yǎng)了很多學生的編程興趣。

前段時間，筆者在教學Arduino創(chuàng)意設計《點亮一盞燈》一課時，將Arduino主控器與Mixly圖形化編程軟件結合，讓學生以點亮一盞燈為主線，通過賞、探、秀、促四個環(huán)節(jié)，運用任務驅動和小組合作的教學方法，經歷探究、交流、實踐和拓展的過程。這樣，學生的知識和技能得到了提升，實現(xiàn)了將技術應用于教學，把創(chuàng)意轉變?yōu)楝F(xiàn)實，同時，也讓學生的想象落地生根，培養(yǎng)了他們的計算思維能力。

● 創(chuàng)意設計，培育“計算思維”的土壤

在幾年的教學實踐中，筆者覺得創(chuàng)意設計是關鍵，它好比是土壤，土壤好不好，直接影響到秧苗的成長。

2016年10月，筆者有幸參加了全國第五屆高中信息技術優(yōu)質課觀摩活動，在活動結束前省教研員魏老師問了一個問題：“你覺得高中和小學的課有什么區(qū)別？”當時，筆者想了一下說道：“高中的課沒有小學的生動，但是內容挖掘得比小學的深?！逼鋵嵾€有一句筆者沒有說：“有創(chuàng)意的課人氣爆滿，傳統(tǒng)的課太冷清。”

為什么這么說？一個好的、有創(chuàng)意的題目，就會吸引很多人的眼球，想知道接下來的內容是什么。這就要求教師精心設計，題目要有創(chuàng)意，內容的選擇要有創(chuàng)意，情境的創(chuàng)設要有創(chuàng)意，任務的呈現(xiàn)也要有創(chuàng)意，只有這樣，才能吸引學生的注意力，激發(fā)他們的興趣。

例如，在《點亮一盞燈》一課“賞”這一環(huán)節(jié)，筆者向學生展示以Arduino制作的小燈和紅綠燈，學生感到非常奇特，一下子吸引了他們的注意力，激發(fā)了他們的想象力，引發(fā)了學習的欲望，為后面“探”的環(huán)節(jié)打下基礎（學生用新學技能方法進行操作，在完成模仿教師范例的基礎任務后，完成亮燈過程）。學生通過分組合作、頭腦風暴、小組設計任務項目、修改參數(shù)、增添命令等方式實現(xiàn)個性化（定時燈、延時燈、多燈亮等）的亮燈效果，共同完成創(chuàng)意。

這些圖形化編程技術，讓學生在思維的碰撞中感受技術的神奇力量，感悟創(chuàng)新的思想，并在突破難點的過程中逐步形成解決問題的思維方式和學科方法，使其創(chuàng)新思想和創(chuàng)造能力得以發(fā)展。

● 創(chuàng)意課堂，促進“計算思維”的發(fā)展

2012年，美國麻省理工學院媒體實驗室開發(fā)了一個計算思維的三維框架：計算概念、計算實踐和計算觀念。創(chuàng)設情境和任務分析是指編程時所使用的概念，屬于計算概念；畫流程圖、搭建程序、反復調試、遷移應用是編程中所發(fā)生的實踐，屬于計算實踐；而整個大的流程是有關學生身邊世界和他們的觀念，屬于計算觀念。筆者通過實踐歸納了一種創(chuàng)意設計課教學模式：情境創(chuàng)設—任務分析—畫流程圖—搭建程序—反復調試—遷移應用，并把它稱為啟發(fā)式的創(chuàng)意設計課堂，下面以《初識Scratch》一課為例，為大家說明。

1.情境創(chuàng)設

教材中往往只提供一個內容，要激發(fā)學生的學習興趣，教師就必須要根據(jù)學生的年齡特點去創(chuàng)設一個情境，以情境去激發(fā)學生的探究熱情。endprint

2.任務分析

在物理搭建的過程中，需要哪些硬件；在程序的編寫過程中，涉及到幾個角色，每個角色有哪些動作需要學生全面地進行分析，這一過程可以培養(yǎng)學生的抽象能力、分析能力。

（1）整體—局部—整體

這種方式是筆者從2016年浙江省中小學疑難問題培訓評課中得到的啟發(fā)，通過實踐后發(fā)現(xiàn)，這種教學方法在教學過程中能夠激發(fā)學生的創(chuàng)新能力和計算思維能力，讓學生從整體去分析程序，初步感知后再進行局部教學，學習各種相關的腳本，再通過練習來鞏固，最后完成一個整體任務，提升學生對知識的掌握度。《初識Scratch》一課主要是讓學生完成“角色動起來—直線走—轉彎走—自由走”四個任務，教師先給出一張圖片（如圖1），讓學生分析小貓從紅旗處到小兔家要經歷哪些步驟。在解決這一問題的過程中將角色動起來、直線走、轉彎走三個內容逐個解決，最終通過一個自由走來進行鞏固。通過整體—局部—整體的任務分析方法來解決本節(jié)課的教學。

（2）局部—整體（化整為零，化難為易）

這種方式也是筆者常用的方法，先解決局部問題，再組合各局部的解決方法，從而形成最終解決問題的方法。在教學中，教師引導學生先解決局部問題，層層深入、循序漸進地進行，最后完成一個完整的任務。學生在“局部—整體”的過程中將問題逐一解決，更能體會到計算思維的妙處。例如，在教學《初識Scratch》一課時，筆者創(chuàng)設了幾個故事情境，每一個故事情境對應一個教學內容，通過情境一：自學書本第21、22頁的內容，為小貓編寫腳本，嘗試讓小貓動起來；情境二：嘗試編寫腳本，運行一次，讓小貓就能吃到魚，解決直線走的教學（如圖2）；情境三：用小貓回家的故事情境，解決小貓轉彎的教學（如圖3）；情境四：森林探險，發(fā)揮學生的想象能力，思考小貓在森林里會發(fā)生什么樣的故事。實現(xiàn)自由走這一練習（如圖4）。

3.畫流程圖

筆者對角色分析后，讓學生在紙上畫圖，使他們思路更加清晰，再讓學生用自然語言、圖形化的流程圖、程序語言來進行描述，這對學生的計算思維能力培養(yǎng)有著極大的好處。當然，在這一環(huán)節(jié)中學生的程序實現(xiàn)的多樣性，更能體現(xiàn)出學生的創(chuàng)新能力。在畫流程圖的過程中，學生經歷了計算思維中的分解、抽象、概括、模塊化等過程，在多個水平上使用抽象和模塊化，從理解問題并形成想法開始，再把想法轉換成一個個角色、腳本和自定義模塊，這是所有設計和問題解決的重要實踐。

4.搭建程序

流程圖畫好后，學生可以根據(jù)流程圖來進行程序的搭建和編寫程序。這是一個遞增和重復的過程，讓學生懂得設計一個作品不是一個直接的過程：先明確作品的概念，再提出設計計劃，最后用代碼實現(xiàn)設計。

5.反復調試

對搭建完成的程序進行調試，在調試的過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。這是測試和調試實踐，通過不斷的測試、修正、再調試、再修正，有助于學生掌握預測、修正問題的方法，找到成功有效的腳本示例，來解決問題。

6.遷移應用

學生有很多新的想法和創(chuàng)意，在知識遷移應用的過程中，他們的綜合能力得到極大提高。這是一個再利用再創(chuàng)作的實踐，思維方式的不同，編程的過程也不同，這就需要建立在他人成果之上的編程實踐，獨立創(chuàng)作出更加復雜的作品。

● 多元評價，提升“計算思維”的品質

多元評價能幫助學生樹立信心，可以引領學生對計算思維價值的認同。

創(chuàng)意設計課，對學生的作品評價直接關系到對學生的創(chuàng)意設計的認可。在教學過程中，筆者采用了課堂展示評價和利用平臺展示評價兩種主要形式。

課堂展示評價：教師在課堂上展示學生的作品，通過創(chuàng)作者說—學生互評—教師點評，在交流分享中，促進學生的自我反思，不斷提升學生的思維。

利用平臺展示：先進的教學平臺的支撐，為在線交流、共享提供了很好的條件。為此，教師要積極利用現(xiàn)有資源建立在線教學平臺，在活動的每一個環(huán)節(jié)，都可以提交作品到平臺上，一方面教師可以跟進各小組的學習情況，另一方面學生可以相互學習，互相提高。

雖然創(chuàng)意設計課不是培養(yǎng)學生計算思維的唯一途徑，但在教學中，如果教師能喚醒意識、創(chuàng)設環(huán)境、有效引領，讓學生在自由、開放、互動的環(huán)境中積極能動地進行目標性探究：生成一個主題，讓學生去探究；形成一個沖突，讓學生去討論；憑借一個條件，讓學生去鍛煉；拓展一個空間，讓學生去想象；利用一個權力，讓學生去選擇，那么，學生在創(chuàng)意設計課中，一定能夠理解計算思維的本質和內涵，為其終身發(fā)展打下基礎。

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