基于計(jì)算思維的編程教學(xué)研究

韓芳芳

美國計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)在《K—12計(jì)算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》中將編程教育的內(nèi)涵界定為2個(gè)層次：培養(yǎng)計(jì)算思維，計(jì)算實(shí)踐和編程。編程教育的外延則是培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、批判思維能力，并最終上升到創(chuàng)造性的培養(yǎng)（圖1）^[1]。基于屏幕的編程被認(rèn)為是實(shí)施計(jì)算思維教育最有效的培養(yǎng)活動(dòng)之一。目前小學(xué)編程教育以積木化編程為主，搭積木式的積木化編程能讓編程可視化，學(xué)生易于理解和操作，對于孩子創(chuàng)造能力和計(jì)算思維起到了促進(jìn)作用。

目前編程教育的形式及困境

據(jù)區(qū)級教研調(diào)查問卷數(shù)據(jù)表明，針對問題“你認(rèn)為編程課堂教學(xué)時(shí)學(xué)生最大的問題是什么”，80%的教師認(rèn)為是“學(xué)生缺乏創(chuàng)新”。當(dāng)前，很多教師提出了以提高學(xué)生的計(jì)算思維能力為目的的課堂教學(xué)模式。這些模式基本上可以總結(jié)為案例研習(xí)一模仿設(shè)計(jì)一自由創(chuàng)作。以范例中重要的操作點(diǎn)為核心，教會(huì)學(xué)生新知識而讓學(xué)生模仿設(shè)計(jì)整個(gè)案例，再進(jìn)行自由創(chuàng)作。

學(xué)生在模仿他人的編程作品過程中學(xué)習(xí)利用編程解決問題的獨(dú)特思路與方法，是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的有效策略。但在實(shí)際教學(xué)中，受到課時(shí)時(shí)長及教學(xué)案例的限制，學(xué)生學(xué)完案例后缺乏創(chuàng)新時(shí)間，又因缺少教師的有效指導(dǎo)而受限于一定的思維定式，很難達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的目標(biāo)。三四年級學(xué)生需要更多編程創(chuàng)作素材作支撐，如卡通形象、背景圖片、配樂等。

基于計(jì)算參與的課堂教學(xué)

讓學(xué)生提高問題解決能力和創(chuàng)新能力的編程課到底是什么樣子呢？理想的編程教育課堂至少需要2個(gè)階段：基于計(jì)算思維能力課堂;基于計(jì)算參與的再創(chuàng)作。

計(jì)算思維引領(lǐng)的基礎(chǔ)性課堂，扎實(shí)推進(jìn)

進(jìn)入情境，體驗(yàn)實(shí)例基于實(shí)踐案例的編程教育課堂是目前比較流行的編程教育方法。其優(yōu)勢在于學(xué)生的目標(biāo)明確，教師課堂比較容易把控，而缺點(diǎn)在于因?yàn)閷W(xué)生能力差異較大，學(xué)生課堂創(chuàng)作結(jié)果參差不齊。這需要教師在課前作好充分的學(xué)情調(diào)研，設(shè)計(jì)適合學(xué)生能力目標(biāo)發(fā)展的實(shí)例，讓能力較好的學(xué)生順利摘到果子，同時(shí)也讓能力稍弱的學(xué)生跳一跳摘到果子。

實(shí)例分解，借助支架計(jì)算思維能力的提升非常注重問題的提出與解決。腳手架為學(xué)生解決問題提供了有力的支撐。教師可采用微課、word文檔及圖片實(shí)例的操作說明等提供腳手架。在實(shí)例分解中可以采用流程圖等方式幫助學(xué)生具象地分析問題并進(jìn)行問題的提出與解決。

明確流程，著手創(chuàng)作解決問題尤為重要。教師要為學(xué)生創(chuàng)作提供相對寬松的環(huán)境，小組合作或個(gè)人獨(dú)立創(chuàng)作均可。教師根據(jù)學(xué)生的水平實(shí)時(shí)提供腳手架引導(dǎo)與直接溝通。

實(shí)例完成，鞏固理解實(shí)例制作完成（有時(shí)考慮到課堂時(shí)限，教師會(huì)提供半成品給學(xué)生），教師選擇合適的作品進(jìn)行實(shí)時(shí)評價(jià)與獎(jiǎng)勵(lì)，同時(shí)根據(jù)作品創(chuàng)作流程講解知識點(diǎn)，讓學(xué)生鞏固課堂學(xué)習(xí)。

計(jì)算參與為基礎(chǔ)的二次創(chuàng)作課堂，提高創(chuàng)新性

頭腦風(fēng)暴，創(chuàng)意引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生合理想象和延展思路 在前一階段學(xué)生的實(shí)例模擬完成以后，教師的適時(shí)引導(dǎo)會(huì)加速學(xué)生創(chuàng)意運(yùn)轉(zhuǎn)。可以借鑒頭腦風(fēng)暴和小組研討等形式，還可以利用思維導(dǎo)圖，讓學(xué)生的思維可視化。思路的拓展要關(guān)注學(xué)生的能力層次，比如：能力稍弱的學(xué)生適合發(fā)散性思維的引導(dǎo)，可以利用角色替代或者場景拓展的思路進(jìn)行創(chuàng)新;能力較強(qiáng)的學(xué)生適合對程序進(jìn)行更深入的研究和二次開發(fā)。

二次腳手架作創(chuàng)意支持，助力學(xué)生撐桿跳 學(xué)生通過頭腦風(fēng)暴確定創(chuàng)作方向進(jìn)行創(chuàng)作。這個(gè)過程涉及到了編程教育中的計(jì)算實(shí)踐與編程，對于學(xué)生來說是一個(gè)綜合性學(xué)習(xí)與知識深度加工的階段。教師設(shè)置的腳手架支持應(yīng)包括相關(guān)的技能操作視頻、類別小游戲?qū)嵗托〕绦蛏婕暗降囊粜Ъ皥D片等。

從作品分享到創(chuàng)意作品建檔跟蹤，實(shí)現(xiàn)真正的“計(jì)算參與” 學(xué)生把再加工的小程序上傳至網(wǎng)絡(luò)社區(qū)，實(shí)現(xiàn)分享的同時(shí)進(jìn)行社會(huì)性思路鏈接。接收網(wǎng)絡(luò)社區(qū)提供的建議并主動(dòng)進(jìn)行作品的再加工創(chuàng)作。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生對其他同學(xué)的作品進(jìn)行具有個(gè)人思路的再加工創(chuàng)作。借助網(wǎng)絡(luò)社區(qū)通過作品的動(dòng)態(tài)發(fā)展記錄個(gè)人的編程學(xué)習(xí)歷程?，F(xiàn)在，很多編程社區(qū)已經(jīng)非常成熟，教師在后臺可以適時(shí)跟蹤到學(xué)生的作品情況，并給予適當(dāng)?shù)慕ㄗh和鼓勵(lì)。

基于計(jì)算參與的“編程貓”課堂實(shí)例說明

積木化編程工具種類繁多，如Scratch、編程貓、APP Inventor等。其中編程貓kitten積木腳本功能豐富、創(chuàng)作素材形象生動(dòng)、內(nèi)容多樣，能夠適配Arduino、WeeeMake等硬件設(shè)備，更適用于學(xué)習(xí)入門編程的學(xué)生使用。此外，編程貓的信息化編程教育平臺便于教師對學(xué)生創(chuàng)作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，提升編程教學(xué)效果。

以克隆技能教學(xué)“躲避飛鏢”為例，飛鏢從天上不斷掉落（不斷掉落的飛鏢運(yùn)用了克隆技術(shù)），人物在屏幕下方不停左右奔跑躲避飛鏢，鼠標(biāo)點(diǎn)擊人物，人物可以轉(zhuǎn)換方向。其技能目標(biāo)是克隆操作和坐標(biāo)學(xué)習(xí)。

學(xué)生分享作品，教師組織頭腦風(fēng)暴

在第1階段實(shí)例作品制作完成后，大部分學(xué)生能夠把躲避飛鏢小游戲制作出來，甚至部分學(xué)生制作了得分及生命值的創(chuàng)意功能。教師組織學(xué)生分享作品，從學(xué)生作品中發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新點(diǎn)，用于啟發(fā)學(xué)生思路，并組織學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴。教師可用這如下4種方法引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新。

變一變——變內(nèi)容，利用原來的角色加入新的處理方法。飛鏢除了從天上不停地出現(xiàn)并掉落，還可以從哪里出現(xiàn)？學(xué)生在課堂中能發(fā)散出很多方向，比如從左邊飛出來、從右邊飛出來等。因?yàn)轱w鏢的掉落與出現(xiàn)的方向涉及到坐標(biāo)的應(yīng)用。方向的不同能讓學(xué)生加深對坐標(biāo)概念的理解，實(shí)現(xiàn)知識的深度理解和加工。

加一加——加角色，編程中加入新的角色豐富程序內(nèi)

容。除了在屏幕下方不停地跑動(dòng)、點(diǎn)擊鼠標(biāo)改變方向的方式外，還有沒有其他方式躲避飛鏢？學(xué)生經(jīng)過頭腦風(fēng)暴，討論出很多方式：用上下左右鍵或其他鍵控制人物、距離偵測等，學(xué)生在思考的過程中自然而然地提升了計(jì)算思維能力。

轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)——轉(zhuǎn)主題，由這個(gè)主題拓展聯(lián)想到其他的主題。飛鏢掉落，人物一定要躲避飛鏢嗎？有沒有其他的對抗方式？在教師的適當(dāng)引導(dǎo)下，學(xué)生會(huì)給出很多答案：人物可以跳起來用手接住飛鏢;飛鏢碰到人以后，人物會(huì)流血，還會(huì)大喊同伴來幫忙;人物有神功護(hù)體，會(huì)自己發(fā)出保護(hù)罩……

換一換——換角色，用其他的角色替代更新成新的程序。除了人物和飛鏢外，能否從其他方面增加趣味性，比如通過設(shè)置時(shí)間和生命值讓小程序更加飽滿等。

以上思路引導(dǎo)皆基于已完成的實(shí)踐案例。除圍繞案例本身發(fā)散思路外，教師還可以從小游戲的性質(zhì)出發(fā)進(jìn)行思路引導(dǎo)：①躲避小游戲除了飛鏢外還可以是什么？學(xué)生立刻想到躲避炸彈、戰(zhàn)斗機(jī)，進(jìn)而聯(lián)想到飛機(jī)大戰(zhàn)游戲。②游戲原理有沒有可能從躲避變成接收？學(xué)生還想到小猴子接蘋果、接桃子、接糖果等。③躲避和接收能否結(jié)合在一起？學(xué)生頭腦風(fēng)暴，想到在游戲中整合躲避和接收，在接收蘋果的時(shí)候躲開爛蘋果，在接收糖果的時(shí)候躲開空盒子等。

學(xué)生作品再創(chuàng)作，教師搭建腳手架

針對“躲避飛鏢”案例，教師為學(xué)生準(zhǔn)備了微課“坐標(biāo)知識詳解”“變量的設(shè)置”“編程貓小游戲如何使用倒計(jì)時(shí)”，以及實(shí)例“接蘋果”“飛機(jī)大戰(zhàn)”。

學(xué)生作品上傳網(wǎng)絡(luò)建檔，教師跟蹤適時(shí)指導(dǎo)

學(xué)生將作品上傳至編程貓信息化編程教學(xué)平臺未來教室，教師能清晰地看到學(xué)生作品的線性變化。例如，某位學(xué)生第1次作品是躲避飛鏢;第2次作品加入了2個(gè)變量——給躲避飛鏢設(shè)置生命值和倒計(jì)時(shí);第3次作品添加了學(xué)習(xí)鏈表——進(jìn)行躲避飛鏢的主題人物選擇;第4次作品實(shí)現(xiàn)了多屏幕操作——增加小游戲難易程度的選取。

參考文獻(xiàn)

[1]李寧，李文昊，田玉賀.編程教育浪潮來襲.上海教育，2016（2）