基于兒童生活經(jīng)驗的編程能力提升策略

許雪松

在小學(xué)階段的STEM課程中，編程是其中一個重要的組成部分。STEM教育倡導(dǎo)學(xué)習(xí)的真實性，關(guān)注學(xué)生的生活經(jīng)驗，將生活經(jīng)驗作為學(xué)習(xí)與創(chuàng)造的源泉。我國學(xué)者余勝泉和胡翔將STEM教育與跨學(xué)科理念相結(jié)合，提出了三種跨學(xué)科整合方式：學(xué)科知識整合取向采用基于問題的學(xué)習(xí)模式，生活經(jīng)驗整合取向采用基于項目的學(xué)習(xí)模式，學(xué)習(xí)者中心整合取向采用學(xué)生主導(dǎo)項目的方式[1]。學(xué)生的生活經(jīng)驗是項目式學(xué)習(xí)的重要資源，能夠幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)自信，并在未知和已知間搭建橋梁。

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是學(xué)生在已有知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行的自主建構(gòu)行為。所有的學(xué)習(xí)都涉及原有經(jīng)驗的遷移。只有通過廣泛的遷移，原有的經(jīng)驗才得以改造，才能夠概括化、系統(tǒng)化，原有的經(jīng)驗結(jié)構(gòu)才更為完善、充實[2]。在小學(xué)階段開展編程教學(xué)，調(diào)動學(xué)生的生活經(jīng)驗是一種重要的學(xué)習(xí)策略，要求不能片面追求程序的復(fù)雜性，應(yīng)更著眼于學(xué)生的綜合能力發(fā)展，遵循低起點、重普及、分層培養(yǎng)的原則，促進(jìn)學(xué)生真正理解和掌握程序設(shè)計、算法思維，獲得有效并廣泛的能力提升，讓更多學(xué)生享受優(yōu)質(zhì)的普惠教育。

一、依托生活經(jīng)驗，確立項目主題

項目式學(xué)習(xí)是依托生活實際、以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)習(xí)發(fā)生在有意義、有趣味、有空間的問題情境中，由教師提供一定的學(xué)習(xí)支撐和向?qū)В瑢W(xué)生則通過自主探究、有效合作來完成學(xué)習(xí)。項目式學(xué)習(xí)非常適合小學(xué)的編程教學(xué)，因為程序設(shè)計通常有明確的任務(wù)和作品產(chǎn)出，完成程序設(shè)計的過程也是項目式學(xué)習(xí)的過程。學(xué)習(xí)項目的主題選擇應(yīng)考慮下列原則。

一是主題應(yīng)基于學(xué)生年齡特點和生活經(jīng)驗，支持程序的故事情節(jié)設(shè)定。心理學(xué)研究表明：學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容和學(xué)生熟悉的生活背景越接近，他們自覺接納知識的程度就越高。小學(xué)生的認(rèn)知特點是傾向于通過直觀體驗感知事物規(guī)律。基于學(xué)生的生活經(jīng)驗選擇項目能夠幫助學(xué)生降低學(xué)習(xí)的門檻，讓學(xué)習(xí)“活起來”，更快地形成學(xué)習(xí)聯(lián)結(jié)，并學(xué)會從編程的角度來理解身邊的問題。

二是項目“故事主線”和“知識點線”要能夠“雙絞成線”并貫穿于整個學(xué)習(xí)過程，與課堂導(dǎo)入、知識探究、拓展提高等環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合。在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生對項目的情節(jié)、角色以及行為進(jìn)行分析，也就是在幫助學(xué)生檢索已有學(xué)習(xí)經(jīng)驗并發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)需求，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生主動而強(qiáng)大的學(xué)習(xí)動機(jī)。

二、再現(xiàn)生活場景，理解抽象概念

程序設(shè)計中的很多知識點比較抽象，如對于程序結(jié)構(gòu)、遞歸思想、模塊化設(shè)計等，學(xué)生容易感到困難，并產(chǎn)生一定的分化。但這些抽象的概念在生活中都有其原型，教師要善于將生活經(jīng)驗作為轉(zhuǎn)化抽象知識的敲門磚，幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)的信心，使專業(yè)術(shù)語更生活化、人性化，使學(xué)生容易掌握并樂于使用。

1.將程序“演”出來

小學(xué)階段的編程教學(xué)一般可按照“情節(jié)設(shè)計—流程規(guī)劃—程序編寫—作品評價”的步驟進(jìn)行設(shè)計，讓學(xué)生通過觀察、模仿、探究的方式完成學(xué)習(xí)。這種方式教學(xué)時間短、成功率高，但很多學(xué)生的理解程度不夠深，因為坐在電腦前的學(xué)生總是學(xué)習(xí)中的“第三方”。如果教師能引導(dǎo)學(xué)生代入程序中的角色，并為自己設(shè)計表演腳本，將有利于學(xué)生更深刻地領(lǐng)悟程序結(jié)構(gòu)中的邏輯關(guān)系。

如Scratch編程教學(xué)的“水族箱”一課，任務(wù)是“讓小金魚在水族箱里隨機(jī)的位置游來游去”，難點是“隨機(jī)數(shù)”和“在多少秒內(nèi)滑行到水平位置和垂直位置”兩個命令的搭配使用。教師通過教室位置的類比，使學(xué)生理解了通過二維坐標(biāo)能夠確定平面上的點位，接著讓幾個學(xué)生扮演“小魚”。每條“小魚”左右手各有一個骰子，在出發(fā)前兩手同時投擲一次，根據(jù)得到的兩個數(shù)字到達(dá)教室內(nèi)的指定位置。學(xué)生通過這一活動獲得了直觀的感受。接著，教師再告訴學(xué)生：在Scratch中也有一個骰子，就是“在幾和幾之間隨機(jī)選一個數(shù)”，然后讓學(xué)生在Scratch中再現(xiàn)剛剛表演的內(nèi)容。雖然教師沒有操作示范，但學(xué)生都能理解并完成了任務(wù)。又如在“森林運動會廣播”一課，要求通過單擊“開始”按鈕，讓所有“運動員”到指定位置并開始賽跑，比賽結(jié)束后切換舞臺背景進(jìn)行頒獎。在教學(xué)時，教師扮演發(fā)令員（發(fā)揮“按鈕”和“廣播”的功能），請學(xué)生扮演小動物，當(dāng)學(xué)生收到“廣播”后執(zhí)行指令到達(dá)指定位置，這樣就把程序表演出來了。在開始編程后，每個學(xué)生都能理解“廣播”的邏輯意義，并能夠舉一反三，用“廣播”完成了舞臺背景的切換。

2.將語句“講”出來

算法的設(shè)計是程序設(shè)計的關(guān)鍵，表示一個算法可以用很多形式，常用的有流程圖、PAD圖、自然語言等?；仡櫨幊陶Z言的歷程：第一代程序員通過在紙帶上打孔實現(xiàn)用0和1的編程，第二代匯編語言可以通過指令來操作內(nèi)存。從機(jī)器語言到匯編語言是一次偉大的飛躍，它代表著軟硬件的獨立。之后便是過程式語言，并產(chǎn)生了一種新的編程思想，即面向過程的程序設(shè)計。可以設(shè)想，計算機(jī)語言的未來將越來越貼近自然語言，編譯器可以將自然語言轉(zhuǎn)化為機(jī)器可執(zhí)行的語言。

在小學(xué)階段的編程教學(xué)中，很多教師大量引入流程圖，認(rèn)為這樣可以幫助學(xué)生分析程序設(shè)計，提高思維能力。而筆者認(rèn)為，在進(jìn)行算法教學(xué)時，可以結(jié)合“角色”通過自然語言的方式分析程序，這樣更貼近初學(xué)者的認(rèn)知特點。例如，在教學(xué)條件語句時，可以結(jié)合各個角色，讓學(xué)生使用“如果……那么……”造句的方式將程序講出來：如果小車碰到紅色，那么小車停車;如果蒼蠅拍碰到蒼蠅，那么蒼蠅消失并加一分……實踐表明，使用自然語言描述能很好地幫助學(xué)生理解程序結(jié)構(gòu)，能“講出來”是學(xué)生能夠理解和掌握的一種外在表現(xiàn)。

3.將概念“拿”出來

這里的“拿”指的是將抽象的概念具象化，讓它可感知、可“觸摸”。馬克思指出，思維的邏輯運動中存在著兩條方向相反的道路，第一條是“完整的表象蒸發(fā)為抽象的規(guī)定”，第二條是“抽象的規(guī)定在思維行程中導(dǎo)致具體的再現(xiàn)”。這兩條道路首尾相接，構(gòu)成“具體—抽象—具體”的否定之否定的過程，也就是人對事物本質(zhì)的完整的認(rèn)識過程[3]。學(xué)習(xí)是從具體到抽象，再從抽象到具體的過程，抽象概念的轉(zhuǎn)化是教學(xué)設(shè)計中重要的一環(huán)。面對復(fù)雜概念的教學(xué)，教師可以引入生活中可參照的原型，將概念趣味化、生動化，使專業(yè)術(shù)語富有情感和活力，與可觸摸的世界接軌，幫助學(xué)生更輕松地掌握復(fù)雜概念。

例如，“小貓出題”一課的主要任務(wù)是認(rèn)識并學(xué)會使用變量，并搭配隨機(jī)數(shù)完成計算小游戲。這是“變量”這一術(shù)語第一次出現(xiàn)在小學(xué)生的面前，如果理解不透徹會影響后期的學(xué)習(xí)。在教學(xué)時，一般步驟是先出示范例，通過演示兩個“加數(shù)”的隨機(jī)變化，引出“變量就是像加數(shù)這樣沒有固定的值，隨時發(fā)生變化的量”“給變量賦于一個簡短容易區(qū)分的名稱就是變量名”。這樣的設(shè)計雖然也使用了“加數(shù)”這一數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)驗進(jìn)行了類比，但是很多學(xué)生仍然感到比較抽象。這時，就可以參考下面的例子，從學(xué)生們熟悉的生活場景入手教學(xué)“變量”。

教師先在黑板的邊緣貼上“光榮榜”“今日值日”的字樣，并畫好方框，然后開始提問。

教師：光榮榜里的學(xué)號會變嗎？

學(xué)生：會變的，誰表現(xiàn)好，誰的學(xué)號就可以出現(xiàn)在里面。

教師：方框里的數(shù)字會變，但是方框代表的意義會變嗎？

學(xué)生：方框代表的是“光榮榜”，意義不會變。

教師：我們可以把變化的數(shù)量稱為變量，數(shù)字雖然在變，但是數(shù)字代表的意義不會變。

此外，筆者在參加教研活動聽課時，還看到一位教師制作了一個紙盒子，盒子上面標(biāo)注的是“變量名”，通過這種教具演示的方式也能較好地幫助學(xué)生理解“變量”。

三、豐富學(xué)生體驗，應(yīng)用創(chuàng)新提升

編程的目的本來就不是脫離生活實際的，而是用于解決工作和生活中的問題。小學(xué)階段的編程學(xué)習(xí)除了制作小游戲外，也可以讓程序更加生活化。教師可以引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)過的知識用于生活，模擬一些生活場景，拓展學(xué)生的生活經(jīng)驗，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)、運用信息技術(shù)的興趣和意識。

如在自主設(shè)計的“電子點單——鏈表”一課，學(xué)習(xí)目標(biāo)是通過鏈表和變量設(shè)計一款餐館的點單程序，要求能顯示菜名并自動結(jié)算。在完成基本功能后，學(xué)生們積極參與了程序的升級。正因為是基于生活，學(xué)生們提出了很多點子，如：美化界面，能夠支持在一體機(jī)上觸摸點菜，營造溫馨的消費環(huán)境;設(shè)置一個廚師角色，結(jié)合鏈表進(jìn)行隨機(jī)叫賣，并實時說出消費額;能將錯點的菜品刪除并在總價中一并扣除相應(yīng)金額;能設(shè)置會員卡功能，創(chuàng)設(shè)會員卡號，使用會員卡自動打折消費……學(xué)生也遇到不少困難，但也正是這些難點的攻克給他們帶來了快樂，最終呈現(xiàn)出功能多樣、風(fēng)格各異的點單程序。

又如“誰是幸運星——造型的切換”一課，教師和學(xué)生制作了一款抽取學(xué)號的程序。抽簽是班級活動中經(jīng)常用到的，學(xué)生們的作品活潑可愛，在班隊活動中大放異彩。課堂上，教師有意識地激活學(xué)生的相關(guān)生活經(jīng)驗，培養(yǎng)學(xué)生從技術(shù)的角度觀察生活，從生活的角度感悟編程設(shè)計，鼓勵學(xué)生使用獨特的個性化表達(dá)。

在人工智能時代，編程學(xué)習(xí)指向的是進(jìn)一步豐富STEM教育的內(nèi)涵，提升學(xué)生的綜合能力，培養(yǎng)創(chuàng)新型、創(chuàng)業(yè)型人才。在教學(xué)中，讓學(xué)生的生活經(jīng)驗與編程學(xué)習(xí)更好地“碰撞”，會讓更多的學(xué)生愛上編程，體會到創(chuàng)新創(chuàng)造的樂趣。

參考文獻(xiàn)

[1]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開放教育研究，2015，21（4）：13-22.

[2]顧援.遷移與課堂教學(xué)[J].教育理論與實踐，2000（10）：39-46.

[3]孔易人，汪巖橋.具體抽象律和內(nèi)涵外延反變律及其比較[J].理論探討，1989（3）：89-93.

（責(zé)任編輯? ?郭向和）