基于計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)可視化編程支架式教學(xué)探究

洪朝宗 鄭剛

摘要：計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，它的重要性不言而喻。通過支架式教學(xué)，在信息技術(shù)學(xué)科中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維?？梢暬幊淌且环N圖形編程，學(xué)生樂于接受它;它對于學(xué)生的計(jì)算思維培養(yǎng)是一個(gè)很好的著力點(diǎn)。計(jì)算思維培養(yǎng)是目的，支架式教學(xué)是方法，可視化編程是手段，把三者有機(jī)結(jié)合起來;既可傳承計(jì)算機(jī)原有的知識(shí)與概念，又可開發(fā)、拓展學(xué)生的計(jì)算思維，提升學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性與邏輯性。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;支架式教學(xué);可視化編程

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）35-0105-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

支架式教學(xué)來源于建構(gòu)主義教學(xué)思想，為培養(yǎng)學(xué)生解決問題和自主學(xué)習(xí)的能力，為學(xué)生提供適當(dāng)?shù)木€索或者提示作為支架。計(jì)算思維是一種思維活動(dòng)，就像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣去思考、去處理問題;通過系統(tǒng)化、條理化地思考，把需要解決的問題模塊化、程序化?？梢暬幊叹褪菆D形與語言相結(jié)合編程方式。計(jì)算思維、支架式教學(xué)、可視化編程，三者分別對應(yīng)的是思維方式、教學(xué)方法、操作手段。在可視化編程語言教學(xué)中應(yīng)用支架式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，從而達(dá)到信息學(xué)科核心素養(yǎng)在信息技術(shù)教學(xué)中真正落實(shí)。

1 融入環(huán)節(jié)? 鍛煉思維

根據(jù)計(jì)算思維的定義，我們可以將它融入教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中。把基于計(jì)算思維的培養(yǎng)教學(xué)過程設(shè)計(jì)分為幾個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：（1）發(fā)現(xiàn)問題;（2）分析問題（抽象特征，建立模型）;（3）解決問題（評估方案）;（4）遷移應(yīng)用。

1.1 發(fā)現(xiàn)問題然后分解問題，思維導(dǎo)圖支架有利于學(xué)生理清問題脈絡(luò)

分解問題，類似計(jì)算機(jī)流程處理問題的方式，把復(fù)雜的問題簡單化、程序化。我們可以把需要解決的問題轉(zhuǎn)化為幾個(gè)問題模塊，再把這幾個(gè)問題模塊細(xì)化到各個(gè)對象及其要操作的各項(xiàng)動(dòng)作。這樣從大問題變成幾個(gè)小問題，學(xué)生的學(xué)習(xí)難度降低。不管用表格，還是用思維導(dǎo)圖，甚至是一張白紙信手涂鴉都可以，只要把問題細(xì)化，未知就能慢慢地向已知靠近，解題思路就能夠整理清楚，后面的學(xué)習(xí)任務(wù)就逐步清晰。因?yàn)樗悸肥菍W(xué)生自主設(shè)計(jì)的，所以他們的學(xué)習(xí)興趣較高漲、分工合作較明朗。

1.2 分析問題，任務(wù)單支架有利于學(xué)生抽象特征、建立模型、合理組織數(shù)據(jù)

分析問題，把問題轉(zhuǎn)化為任務(wù)單的每一個(gè)小項(xiàng)目是比較困難的一個(gè)事情。而分析“誰干什么”，分析每個(gè)對象做什么動(dòng)作相對比較容易。所以在可視化編程教學(xué)中，任務(wù)單的設(shè)計(jì)可以偏向于哪個(gè)對象應(yīng)用哪個(gè)模塊和如何拼接。把各個(gè)模塊的應(yīng)用以任務(wù)單的方式呈現(xiàn)出來，學(xué)生都較容易接受。在編程教學(xué)中，把問題用表格的形式轉(zhuǎn)化出來，針對每一個(gè)角色從三個(gè)方面“效果設(shè)想”“腳本搭建”“操作方法”來制作表格，也就是建立模型與組織數(shù)據(jù)。

1.3 解決問題，一題多解策略支架有利于學(xué)生選擇最優(yōu)方案

一題多解可以發(fā)散學(xué)生的思維，從多種解決的策略中選擇最佳的方案。通過評估各種算法，選擇最佳的方案。計(jì)算思維在這個(gè)環(huán)節(jié)中，擇優(yōu)當(dāng)選。角色的變化與造型的變化不同是學(xué)生較難理解，角色大小的改變可以通過命令模塊來實(shí)現(xiàn)，也可以通過改變造型的樣式來實(shí)現(xiàn)。體現(xiàn)了多種解題方法，在教學(xué)過程中可以采用支架式教學(xué)策略，不斷引導(dǎo)學(xué)生，從而掌握模塊命令，培養(yǎng)計(jì)算思維。

2 明確目標(biāo)? 建立框架

2012 年，美國麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室（MIT）終身幼兒園研究小組（Lifelong Kindergarten Group）提出了計(jì)算思維的三維框架，即計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐以及計(jì)算觀念。我們可以將其與教學(xué)設(shè)計(jì)中的三維目標(biāo)相結(jié)合，形成基于計(jì)算思維培養(yǎng)的編程教學(xué)的三維目標(biāo)，以Scratch編程課《魔術(shù)表演》為例（見表1）。

3 選擇策略? 形成流程

以廣東省版Scratch教材第2課編程課《魔術(shù)表演》為案例，說明基于計(jì)算思維的編程教學(xué)多元策略。

3.1 情境導(dǎo)入? 理清問題

（1）情境導(dǎo)入

師：美麗的廈門是我的家，請大家看一看廈門的版圖，我們的廈門就像一只什么樣的海洋生物？

師展示地圖并放大。生觀看，并思考。

生：像海馬、像鯊魚、像海豚……

師：只要你喜歡它像什么就是什么，老師覺得它像只大螃蟹。今天，有一位魔術(shù)師來到我們美麗的鷺島。讓他來為美麗的廈門變變身吧！師展示作品。

（2）理清問題

分析項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路：請學(xué)生思考，這個(gè)程序有幾個(gè)角色，它們分別做了哪些動(dòng)作？

生，回答。（兩個(gè)角色。魔術(shù)師說話，螃蟹外觀變化。）

[策略說明]明晰問題，理清思路。用表格或樹圖分析問題。

3.2 基于問題? 任務(wù)導(dǎo)向

通過以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，提出活動(dòng)任務(wù)。

（1）讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何新建舞臺(tái)、新建角色，并且如何給角色添加造型。學(xué)生大膽嘗試后，教師及時(shí)地講解示范操作。（板書：魔術(shù)表演、畫表格;建立模型）

（2）為魔術(shù)師加腳本。這個(gè)任務(wù)主要讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何制作故事類程序。通過學(xué)習(xí)“說……”模塊增加項(xiàng)目的講故事情境。

（3）為螃蟹加腳本。螃蟹換造型。角色造型就像角色不同的“衣服”一樣，它可換成不一樣的“衣服”出場，但是角色的名稱依然不變。角色的大小、顏色，可以通過外觀來改變。

[策略說明]教師采用了多種教學(xué)策略，通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)、提問法、自主探究、小組討論等多種教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生突破學(xué)習(xí)“外觀”這一模塊。

3.3 拓展思維? 方法多樣

（1）引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用學(xué)習(xí)支架，通過不斷嘗試找一找什么命令可以讓螃蟹變大小。

方法一：在“外觀”模塊類中，找到“將角色的大小增加多少”的指令模塊。讓學(xué)生自主改變數(shù)值，體驗(yàn)不同數(shù)值帶來的變化，從而引導(dǎo)學(xué)生把參數(shù)改成正數(shù)就變大，把參數(shù)改成負(fù)數(shù)就變小。

方法二：在“外觀”模塊類中，找到“將角色的大小設(shè)定為多少”的指令模塊，并加以嘗試。得到：將角色的大小設(shè)定為多少，參數(shù)為100圖形大小為原來的100%。參數(shù)大于100就變大。參數(shù)小于100就變小。

方法三：先在角色的造型中復(fù)制一個(gè)造型再修改它的大小，然后，在“外觀”模塊類中，找到“將造型切換為多少”的指令模塊。改變參數(shù)，為事先改變好的大小的造型。

[策略說明]引導(dǎo)學(xué)生尋找更多的方法。教師以啟發(fā)教學(xué)為主，不斷地把學(xué)生的思維發(fā)散。從而達(dá)到培養(yǎng)計(jì)算思維的目的。

（2）教師提出活動(dòng)任務(wù)之后，引導(dǎo)學(xué)生舉一反三，通過“改變大小”這一活動(dòng)的探究，遷移至如何讓螃蟹改變顏色。

方法一：在“外觀”模塊類中，找到“將顏色特效增加多少”的指令模塊。改變參數(shù)，從而改變顏色。不停雙擊對應(yīng)模塊，重復(fù)執(zhí)行操作。

方法二：在“外觀”模塊類中，找到“將顏色設(shè)定為多少”的指令模塊。改變參數(shù)，從而改變顏色。

方法三：先在角色的造型中增加一個(gè)不同顏色的造型，然后，在“外觀”模塊類中，找到“將造型切換為多少”的指令模塊。改變參數(shù)，為事先改變好的不同顏色造型。

[策略說明] 測試可以通過“清除所有圖形特效”還原成原來的狀態(tài)。并引導(dǎo)學(xué)生觀察“外觀”中的其他命令，學(xué)會(huì)遷移，并讓學(xué)生大膽應(yīng)用。學(xué)會(huì)歸納總結(jié)程序設(shè)計(jì)的方法。

3.4 自主探究 遷移應(yīng)用

教師提出任務(wù)后，引導(dǎo)學(xué)生向已知的舊知識(shí)靠攏。找一找什么命令可以讓螃蟹變成鯊魚并且慢慢游走。

（1）變身：螃蟹變成鯊魚

方法一：在學(xué)會(huì)改變造型的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)“鯊魚”造型，然后，在“外觀”模塊類中，找到“將造型切換為多少”的指令模塊。改變參數(shù)，為事先改變好的“鯊魚”造型。

方法二：在學(xué)會(huì)“顯示、隱藏”的基礎(chǔ)上，把原來“螃蟹”角色隱藏，把“鯊魚”角色顯示。

（2）游走：慢慢游走

方法一：坐標(biāo)法，明確最初位置與最終位置。在“運(yùn)動(dòng)”模塊類中，找到“移到X幾Y幾”的指令模塊定義初始坐標(biāo)，放置于程序的開始位置。在“運(yùn)動(dòng)”模塊類中，找到“在幾秒內(nèi)滑行動(dòng)到X幾Y幾”的指令模塊，定義到最終的位置坐標(biāo)。

方法二：移動(dòng)法，明確方向與移動(dòng)長度。在“運(yùn)動(dòng)”模塊類中，找到“移到X幾Y幾”的指令模塊定義初始坐標(biāo)，放置于程序的開始位置。找到“面向幾方向”的指令模塊，確定移動(dòng)的方向，加上“移動(dòng)幾步”模塊。

教師通過此環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生嘗試變換不同的角色造型或顯示隱藏角色的方法來達(dá)到目的，完成后，展示學(xué)生作品，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行生生互評。比一比，誰有更多種方法，誰的方法最新穎。計(jì)算思維的遷移應(yīng)用還可以進(jìn)一步的拓展。

[策略說明]鯊魚游走的方法有多種多樣，引導(dǎo)學(xué)生自主探究，學(xué)會(huì)知識(shí)的遷移。為了有更明顯的視覺效果還可以應(yīng)用“小步等待，重復(fù)執(zhí)行”的方式，就引入了重復(fù)模塊。也就是有限循環(huán)與無限循環(huán)兩個(gè)模塊的應(yīng)用。

由此可見，可視化編程教學(xué)中，利用支架式教學(xué)模式，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，從而引導(dǎo)學(xué)生在未來的學(xué)習(xí)生活中更好地運(yùn)用。

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