基于計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)編程教學(xué)模式研究

張曉東

小學(xué)教育作為基礎(chǔ)教育的重要階段，如何在信息技術(shù)學(xué)科中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力？如何評(píng)價(jià)學(xué)生的計(jì)算思維？筆者認(rèn)為，計(jì)算思維不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為是編程思維，計(jì)算思維是人類的基礎(chǔ)思維。小學(xué)編程教學(xué)起點(diǎn)比較低，以程序設(shè)計(jì)為主體來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，適合成為中小學(xué)開展計(jì)算思維教育的載體。本文立足計(jì)算思維培養(yǎng)研究，以小學(xué)生Scratch編程教學(xué)為例來(lái)探討計(jì)算思維培養(yǎng)的模式、策略及評(píng)價(jià)方法，為計(jì)算思維教學(xué)以及計(jì)算思維在其他領(lǐng)域的應(yīng)用提供一些參考。

通過(guò)分析蘇教版五年級(jí)Scratch程序設(shè)計(jì)內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)共有三大主題，學(xué)生從易到難探究不同類型的創(chuàng)意表達(dá)和作品形式，在整個(gè)過(guò)程中逐步發(fā)展計(jì)算概念和計(jì)算實(shí)踐，從而培養(yǎng)計(jì)算思維的熟悉度和流暢性。程序設(shè)計(jì)每一課的內(nèi)容基本上都是圍繞一個(gè)有趣的任務(wù)進(jìn)行，完全適合應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)理論下基于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式。教學(xué)內(nèi)容從易到難，涉及排序、循環(huán)、判斷、選擇等與計(jì)算思維密切相關(guān)的概念與方法。在Scratch教學(xué)中，一般采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生探索與實(shí)踐，師生緊緊圍繞一個(gè)共同的任務(wù)展開教學(xué)，在精確的問(wèn)題動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)資源的主動(dòng)應(yīng)用，積極進(jìn)行自主探索和互動(dòng)協(xié)作的學(xué)習(xí)，并在完成既定任務(wù)的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)。所以，在任務(wù)驅(qū)動(dòng)法基礎(chǔ)上，我們把問(wèn)題看作任務(wù)，分解問(wèn)題就是分解成多個(gè)不同的小任務(wù)，由逐個(gè)解決到總體解決?；诖?，構(gòu)建了基于計(jì)算思維培養(yǎng)的編程教學(xué)模式（如圖1）。該模式把師生活動(dòng)、流程與操作細(xì)化，主要分五大步驟，在任務(wù)驅(qū)動(dòng)法理論下，編程教學(xué)都可以采用這種模式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施。

下面以蘇教版信息技術(shù)教材五年級(jí)《穿越迷宮》一課教學(xué)為例，闡述如何利用這種基于計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)編程教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)。

● 問(wèn)題提出，創(chuàng)設(shè)情境

融入計(jì)算思維，最重要的其實(shí)是教學(xué)方法的改革。計(jì)算思維不是教學(xué)內(nèi)容的改變，也不是工具的改變，而是教學(xué)方法、方式的改變。情境是一節(jié)課的開始，創(chuàng)設(shè)一個(gè)來(lái)源于生活并且有趣的真情境是非常重要也是十分必要的，好的情境不僅能帶出課題，還能適時(shí)把問(wèn)題融入其中。本節(jié)課中，教師以現(xiàn)實(shí)生活中學(xué)生特別愛玩的傳統(tǒng)迷宮游戲?yàn)槿肟?，把學(xué)生帶到了生活中最快樂的回憶中，然后運(yùn)用啟發(fā)式提問(wèn)“你們想不想自己建造一個(gè)迷宮？”引導(dǎo)學(xué)生思考，把真實(shí)迷宮與計(jì)算機(jī)上的迷宮產(chǎn)生聯(lián)系，學(xué)生由游戲玩家變?yōu)橛螒蛟O(shè)計(jì)者，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，啟發(fā)學(xué)生思考。

情境認(rèn)知理論認(rèn)為：知識(shí)是情境化的，通過(guò)活動(dòng)不斷地向前發(fā)展。構(gòu)建與現(xiàn)實(shí)生活產(chǎn)生勾連的情境創(chuàng)設(shè)最易讓學(xué)生產(chǎn)生心靈共鳴，從而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望與興趣，為整個(gè)教學(xué)學(xué)生參與度打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

● 有效分解，呈現(xiàn)任務(wù)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)就是教師通過(guò)各種“任務(wù)”來(lái)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，教師呈現(xiàn)的任務(wù)就是要學(xué)生做一個(gè)開發(fā)者，設(shè)計(jì)與制作一個(gè)迷宮游戲。問(wèn)題提出后，把大任務(wù)分解成小任務(wù)，要完成任務(wù)碰到的問(wèn)題是什么？問(wèn)題意識(shí)是思維的動(dòng)力，所以基于任務(wù)的相關(guān)問(wèn)題需要學(xué)生思考如何解決。

在《穿越迷宮》一課中，教師引導(dǎo)學(xué)生細(xì)化問(wèn)題，需要解決的問(wèn)題如下：

第一，要有一個(gè)迷宮場(chǎng)景，如何通過(guò)背景功能建立？

第二，要有一個(gè)走迷宮的角色，角色的大小如何選擇？

第三，角色會(huì)跟隨操作者指針進(jìn)行移動(dòng)，面向?qū)ο蟮闹噶顣?huì)用嗎？

第四，當(dāng)角色碰到黑色的欄板返回起點(diǎn)，如何應(yīng)用判斷指令實(shí)現(xiàn)？

第五，角色如果安全走到終點(diǎn)會(huì)提示說(shuō)“I Win！”，應(yīng)該用什么指令？

● 思維加工，設(shè)計(jì)任務(wù)

確定每個(gè)問(wèn)題對(duì)應(yīng)的任務(wù)后，進(jìn)行抽象建模等思維加工，進(jìn)行任務(wù)設(shè)計(jì)過(guò)程，用程序流程圖說(shuō)明思考與問(wèn)題解決的流程。小學(xué)生雖然之前沒有接觸過(guò)流程圖，但我們可以用流程圖的形式來(lái)表示思維思考過(guò)程，如“穿越迷宮”思維流程圖（如圖2），這里設(shè)計(jì)的任務(wù)是“用流程圖的方式表現(xiàn)迷宮的實(shí)現(xiàn)過(guò)程”。

在這個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生積極接受教師的任務(wù)，在不斷思考小問(wèn)題的解決過(guò)程中，可以不斷地涉及計(jì)算思維的相關(guān)概念，教師適時(shí)提出包括判斷分支、循環(huán)、事件等在內(nèi)的多個(gè)計(jì)算思維概念，以加深理解和熟練運(yùn)用這些概念，并不斷提升學(xué)生系統(tǒng)思考和創(chuàng)意思維能力。

● 測(cè)試調(diào)試，程序開發(fā)

分解的小任務(wù)通過(guò)問(wèn)題解決方式設(shè)計(jì)完成后，就可以開始實(shí)施了。這里主要是指進(jìn)行Scratch程序開發(fā)，在流程圖的引導(dǎo)下，把指令模塊按順序裝配，小任務(wù)逐個(gè)解決完畢后就解決了大任務(wù)。在這個(gè)過(guò)程中，要不斷地進(jìn)行測(cè)試與調(diào)試（如下頁(yè)圖3）。

學(xué)生在流程圖的指引下，從易到難把一個(gè)個(gè)小問(wèn)題用指令程序解決，在解決任務(wù)的過(guò)程中，既讓學(xué)生體會(huì)到了編程的快樂、解決問(wèn)題的快樂，也在整個(gè)過(guò)程中潛移默化地有效培養(yǎng)了小學(xué)生的計(jì)算思維能力。

● 內(nèi)化遷移，總結(jié)評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)前面各階段的學(xué)習(xí)，教師和學(xué)生一起順利完成了“穿越迷宮”游戲這一任務(wù)，教師和學(xué)生在此階段要做好總結(jié)評(píng)價(jià)工作。

一方面，由教師組織學(xué)生對(duì)作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，并回顧通過(guò)編程解決問(wèn)題的過(guò)程，可以有效地鍛煉學(xué)生的評(píng)價(jià)和概括思維能力，這是計(jì)算思維培養(yǎng)中不可缺少的內(nèi)容。

另一方面，教師還應(yīng)在此基礎(chǔ)上繼續(xù)拓展，讓學(xué)生做后續(xù)研究與練習(xí)。例如，可以將問(wèn)題遷移到設(shè)置不同的迷宮線路、給迷宮設(shè)置障礙等，通過(guò)多路徑問(wèn)題加大難度，促使學(xué)生進(jìn)一步思考如何解決這些難度更高的問(wèn)題。同時(shí)，這種計(jì)算思維的方法與能力同樣還可以遷移到如吃豆游戲、賽車游戲等其他游戲問(wèn)題中。

由以上環(huán)節(jié)可知，教師在教學(xué)內(nèi)容和整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都貫徹了計(jì)算思維，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生積極參與并使用計(jì)算思維方法分析、求解問(wèn)題。更進(jìn)一步地，在以后的教學(xué)中采用的工具可以從圖像化語(yǔ)言循序漸進(jìn)地轉(zhuǎn)化到Python語(yǔ)言。通過(guò)編程教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的編程思維和計(jì)算思維能力，當(dāng)然，計(jì)算思維的培養(yǎng)不是信息技術(shù)一門課程、幾節(jié)課時(shí)就可以培養(yǎng)的，可能需要其他課程如數(shù)學(xué)、語(yǔ)言藝術(shù)等一起培養(yǎng)。

● 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)信息技術(shù)課程的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，隨著可視化編程工具的出現(xiàn)，信息素養(yǎng)中最關(guān)鍵的計(jì)算思維培養(yǎng)也日益受到重視，相關(guān)理論與實(shí)踐研究也在不斷深入，需要教師運(yùn)用合適的教學(xué)模式，發(fā)揮主導(dǎo)作用，精心設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，以可視化編程為抓手，讓學(xué)生在情境中分析問(wèn)題，用程序方法與計(jì)算思維方式解決問(wèn)題。重視并培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維教育的目的，是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維意識(shí)和方法，最終是為學(xué)生的整體發(fā)展與終身發(fā)展服務(wù)。中小學(xué)的計(jì)算思維教育是基礎(chǔ)，是為以后高等教育做基礎(chǔ)，所以必須從基礎(chǔ)做起。計(jì)算思維說(shuō)到底是一種問(wèn)題解決的思維，生活中的很多問(wèn)題都需要運(yùn)用計(jì)算思維進(jìn)行解決，因此提高計(jì)算思維應(yīng)用能力和解決實(shí)際問(wèn)題能力是非常必要的。