基于計算思維的兒童編程教學實踐

陳久華

周以真教授在美國計算機權威刊物Communications of the ACM上提出“計算思維”后，不但引起了學術界的廣泛共鳴，也影響到人們對小學信息技術課程目標認識的變化。計算思維描述了如何利用計算機來解決問題時所利用的過程與方法，它應該與學生的學習、生活密切相關。除了學習信息技術相關知識與原理外，小學生還應掌握信息技術工具與軟件的相關操作技能，關注運用信息技術分析問題與解決問題，還要學習計算思維，掌握相應的思維方式。

小學生認知特點是通過直觀感知事物的規(guī)律。近幾年，我們克服一系列困難，開展了基于計算思維的兒童編程教學實踐。在教學實踐過程中我們發(fā)現，編程教學是提高小學生計算思維的有效途徑，教師可以將計算思維融入到娛樂性、互動性和藝術性的編程教學中，讓小學生在基于現實模擬的情境中初步學習編程知識，歸納、提煉出信息時代應具備的計算思維技能，并培養(yǎng)他們將其運用到學習、生活和實踐中，用編程知識來解決真實世界問題，在游戲設計和制作的過程中體會理性、抽象、嚴謹等計算思維特征的能力。

困難一：

缺少適合兒童計算思維教育的編程教學課程

存在問題：目前小學生的編程教學，從課程的角度思考比較少，缺少系統(tǒng)的課程理念和課程內容研究，教學的隨意性比較大，教學的目標往往過分關注具體的編程技術的學習，而缺乏關注編程過程中計算的本質與思維。有些甚至把編程教育與創(chuàng)客教育等同，過度關注最終作品的制作。

解決方法：一個合理的、體現計算思維的編程教學課程，可以固化計算思維教育的課程目標。例如，我們開發(fā)了基于Scratch和Kodu編程平臺的兩門小學生趣味編程課程。課程目標都包含培養(yǎng)編程邏輯思維、培養(yǎng)創(chuàng)新性思維、培養(yǎng)敘事能力、培養(yǎng)解決問題能力、培養(yǎng)合作能力等。其中解決問題能力是指用編程的方法解決問題，敘事能力是指基于程序可實現基礎上的故事創(chuàng)作，編程邏輯思維更是計算思維教育的具體體現。課程內容結構分為四個部分：①認識平臺，了解用平臺編程的基本操作；②基本編程技能學習，通過設計一些功能明確的游戲程序，掌握編程的最基本技能；③設計一些半開放的項目選題，引導學生學會創(chuàng)編故事、需求分析，探究編程技能，逐步形成計算思維；④選題開放的編程作品設計，讓學生經由情境介紹、游戲規(guī)則、場景設計、編寫程序、修改程序等環(huán)節(jié)，不僅學會編程，更多的是體驗一個程序完整的開發(fā)過程，知道計算機工作原理和解決問題的方式。

學習活動依據“故事—規(guī)則—語句—作品”這一適合低齡段兒童編程教學流程進行設計，有步驟地推進對所編程序的理解。故事編制和游戲規(guī)則制訂的環(huán)節(jié)，強化了學生的理性思維；語句編寫和作品調試與評價的環(huán)節(jié)，則體現了學生理性思維的落實和計算機自動化的體驗。

困難二：

缺少促使計算思維形成的兒童編程教學方法

存在問題：目前大部分編程教學的方法單一，大多數教師采用了模仿式、傳統(tǒng)化的教學，有些教師即便是使用項目教學的方式，也只是簡單的套用，學生主動探究與合作的活動較少，對編程教學的過程和思想不夠重視。

解決方法：編程教學不僅是編程技能的教學，更是學生計算思維形成的教學，在小學生編程教學中不僅要開展算法與程序設計教學，更要通過編程活動過程，讓學生理解抽象、概括、問題解決等計算思維的本質。教師要在編程教學中挖掘教學內容、設計課堂活動，把對現實世界的事物分析，通過抽象和建構成適合在計算機表示的數據結構和形式化的數學模型，用適合計算機編程的形式表達出來，讓學生學會思考問題、分析問題和解決問題的思維方法。

1.利用游戲活動提高學生的編程興趣

根據小學生喜歡玩游戲的特點，編程教學可以制作“游戲”為目的開展，從學生熟悉的、簡單的游戲入手，從故事中“抽象”游戲規(guī)則，用計算機程序“表達”規(guī)則，這樣學生能從被動地使用游戲，變成主動地開發(fā)游戲，知道原來游戲可以按照自己的意愿設計和執(zhí)行，大大激發(fā)了他們的學習興趣。學生在編寫和調試游戲過程中逐漸理解編程思想，培養(yǎng)計算思維。

例如，用Kodu軟件編寫《吃蘋果》游戲，要求設計一個操縱Kodu吃到蘋果的游戲。由于這個游戲符合學生年齡特點，所以學生有興趣，并在教師的引導下很快確定了游戲規(guī)則，填寫了相應的游戲規(guī)則表（如表1），同時也找到了程序實現的路徑。

由于學生可以選擇不同的操作方法，設定不一樣的獎罰標準，能把機械的編程過程，變成如何實現自己的想法的過程，所以他們在不斷調整參數的過程中，玩得不亦樂乎。

2.通過“玩中學”提高編程教學的效率

在通常的小學生編程教學中，教師會采用“觀察、模仿、學習”三個步驟，對程序設計采用先講后練式或邊講邊練式的教學方法。雖然學生通過這種方法完成編程作品的時間短、成功率高，但是他們的編程過程機械重復，缺少了思維練習，缺少了創(chuàng)造性實踐。如果教師在教學中能合理運用“玩中學”的理念，引導小學生將“玩”和“學”結合起來，通過“玩”來激發(fā)他們求知的動力，提高他們動手操作的能力，這樣才是開心的、有意義的學習。

仍以《吃蘋果》Kodu游戲編程為例，當學生沉浸在移動Kodu吃蘋果的游戲時，教師提出了一些問題。

師：游戲場景里如果有一些爛蘋果被Kodu吃了，會怎么樣？

生：Kodu會生病，Kodu不能吃爛蘋果。

師：那在游戲中我們該怎么設計呢？

生：Kodu吃到爛蘋果要受罰，要減少分數。

師：好，那大家試著修改你們的游戲吧！

實際上，玩游戲本身不是編程教學的目的，修改游戲規(guī)則乃至修改游戲程序也不是為了學習新的語句或編程技術，而是為了強化學生的歸納與抽象思維，強化他們對控制計算機自動化的體驗。

3.以項目學習的形式開展編程教學

項目學習是一種基于現實世界的以學生為中心的教育方式，它通過設計真實任務，強調把學習設置到復雜的、有意義的問題情境中，通過學習者的自主探究和合作來解決問題，從而學習隱含在問題背后的知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力。endprint

項目學習方式非常適合小學的編程教學。編制程序作品是一項明確的任務，完成程序作品的過程就是項目學習一個完整的過程?！段沂切⌒∮螒蛟O計師》就是以一個項目活動方式開展教學的。

首先，學生討論確定要制作怎樣的游戲程序，這是項目學習的選題過程。在這一學習階段，學生不僅需要設計一個游戲的故事情節(jié)，還要考慮到這個故事情節(jié)是否可以用已學會的工具和編程技能來實現。其次，對項目要求的分析，即需求分析，這是對游戲程序作品的情節(jié)、人物以及關系與行為的描述，也反映了學生在歸納、抽象方面的積極思維以及明確表達的能力。再次，依據需求分析編程，即項目作品的制作，在這一環(huán)節(jié)，學生不僅可以鞏固已學的編程知識，還可以探究學習新技能。最后，進入到項目學習的評價環(huán)節(jié)，學生通過對程序作品的調試與展示，加深理解作品的設計。

由于項目（活動）學習的形式具有開放性和探究性，所以學生具備主動嘗試、主動探究、主動表達、主動評價的時間和空間，再通過閱讀教材、向他人提問、嘗試操作等方法掌握編程技巧。更重要的是，教師可以通過一些生成性的問題引起學生思考、討論和交流，從而滲透計算思維的教育，提高學生解決問題的能力。

困難三：

缺少對兒童編程教學評價的關注

存在問題：忽視評價或者把評價等同于考試是目前教學的共性問題。在傳統(tǒng)的編程教學中，教師沒有重視評價的習慣，通常只是對學生最終的編程作品作一些點評，從而導致學生也只關心最終的程序作品，而忽視程序編制過程中知識的習得和思維的發(fā)展。

解決方法：評價導向決定了小學生學習編程的目的。小學生編程教學不同于程序設計競賽，競賽關注的是最終程序的質量，而編程教育則關注編程的過程，關注編程過程中學生的習得。作為基于計算思維的小學生編程教學，其教學目標、教學方法滲透計算思維，在教學評價中同樣也要滲透計算思維。

編程教學評價的目標之一是考查學生在計算思維方面的達成度，同時也能促進學生在計算思維方面有所發(fā)展。學習單是教師常用的一種學習工具，用于指導學生開展學習活動。一份具有教學評價功能的學習單，可以讓學生了解自己在某一方面的學習目標達成情況，也能引導他們進一步開展下一階段的學習。反映計算思維教育的學習單，應該是能促進學生思考，具有計算思維的理性、抽象、嚴謹等特征。

例如，《小貓走迷宮》是用Scratch編寫在玩家的控制下，小貓在迷宮里不碰到障礙物的情況下，走出迷宮的游戲程序。整個教學過程由分析故事找出游戲規(guī)則、設計迷宮、完成模塊指令設定、調試程序、完成游戲創(chuàng)作等環(huán)節(jié)組成，下頁表2是教師設計的用于評價學生調試程序環(huán)節(jié)的學習單。

這份評價表是對學生程序調試結果的評價，也是對前期項目實施過程的評價。它不但關注了學生最后編程作品的質量，還關注了編程的過程，如游戲很容易完成，說明游戲規(guī)則太簡單，學生能在發(fā)現問題時及時知道原因，從而有針對性地優(yōu)化措施，培養(yǎng)了學生縝密的邏輯思維和推理能力；當游戲運行失敗時，學生在修改運行模塊指令的過程中，首先會匹配規(guī)則與指令之間的關系，找出抽象的規(guī)則與表達的指令之間的差異，從而為下一步的修改、完善自己的程序找到依據；等等。

小學生編程教學最重要的目標是促進學生的能力、思維的發(fā)展和素養(yǎng)的提高，無論是教學理念還是教學方法，教師都應圍繞小學生計算思維的形成，在掌握編程技能的基礎上，用信息技術學科思維來全面認識和思考未來的信息化社會，從而做出科學、專業(yè)的信息化判斷，使學生更好地在信息化社會中學會生存、學會創(chuàng)新、學會發(fā)展。endprint