義務(wù)教育階段編程教學(xué)的思考與實(shí)踐

劉志超 張楊

教育部辦公廳印發(fā)的《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》中提出，要“推動(dòng)在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”。隨著國(guó)家相關(guān)文件的出臺(tái)，編程教育躍然紙上，作為義務(wù)教育階段的信息技術(shù)教學(xué)研究人員，筆者感受到時(shí)代在召喚，那么義務(wù)教育階段的編程教學(xué)路在何方？

君子務(wù)本，本立而道生

追本溯源，編程教育的育人價(jià)值在哪？我們不妨從編程的本源來(lái)理解。編程就是編定程序，是讓計(jì)算機(jī)代為解決某個(gè)問(wèn)題，對(duì)某個(gè)計(jì)算體系規(guī)定一定的運(yùn)算方式，使計(jì)算體系按照該計(jì)算方式運(yùn)行，并最終得到相應(yīng)結(jié)果的過(guò)程。

學(xué)習(xí)編程可以讓學(xué)生更透徹地理解計(jì)算機(jī)是如何工作的，繼而學(xué)生可以利用計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)思想和方法分析問(wèn)題，這為學(xué)生適應(yīng)信息社會(huì)的學(xué)習(xí)、工作和生活奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)編程能夠很好地落實(shí)“提升智育水平，促進(jìn)思維發(fā)展”和“信息技術(shù)核心素養(yǎng)”。一定的運(yùn)算方式可以理解為算法，解決問(wèn)題的算法呈現(xiàn)多樣性的特點(diǎn)，多樣性表現(xiàn)為“一題多解”，這就為學(xué)生思維能力的發(fā)展提供了適宜的土壤。愛(ài)因斯坦曾說(shuō)過(guò)：“教育的價(jià)值，不在于學(xué)習(xí)很多事實(shí)，而在于訓(xùn)練大腦會(huì)思考。知識(shí)當(dāng)然重要，但知識(shí)不是教育的全部?jī)?nèi)容，超越知識(shí)的另一個(gè)維度就是思維能力?！蔽覀円欢ㄒJ(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)編程就是訓(xùn)練大腦會(huì)思考，就是促進(jìn)思維能力發(fā)展這個(gè)方向，只有方向?qū)α耍覀兊呐透冻霾庞袃r(jià)值和意義。

“四有”并舉，促進(jìn)思維發(fā)展

1.有情境

教育是什么？教育不是灌輸，而是點(diǎn)燃與喚醒：點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，喚醒學(xué)生潛在的自我。在編程教學(xué)中，問(wèn)題情境能夠很好地實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)燃與喚醒”，而且凸顯了編程解決問(wèn)題的獨(dú)特價(jià)值。學(xué)生在解決問(wèn)題過(guò)程中選擇工具與資源，落實(shí)信息技術(shù)核心素養(yǎng)中的“信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”，并在解決問(wèn)題過(guò)程中投入思考，發(fā)展思維，在情境中學(xué)習(xí)，感受學(xué)習(xí)編程就是學(xué)習(xí)生活。

2.有體驗(yàn)

情境中的問(wèn)題是具體的、形象的，解決問(wèn)題需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象與建模，體驗(yàn)就是具體形象與抽象建模之間的橋梁與紐帶。在體驗(yàn)中深入理解問(wèn)題，為問(wèn)題的解決奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)抽象與建模提供強(qiáng)有力的支撐，讓抽象與建模不再高不可攀、遙不可及，讓信息技術(shù)核心素養(yǎng)中的計(jì)算思維的培養(yǎng)自然而然、水到渠成。

3.有空間

學(xué)生的潛能是無(wú)限的，只要給予學(xué)生思考的空間，學(xué)生會(huì)給我們帶來(lái)別樣的精彩，這點(diǎn)在編程教學(xué)中體現(xiàn)得尤為突出。教師把學(xué)生的思維點(diǎn)燃，學(xué)生在理解問(wèn)題的基礎(chǔ)上，在抽象與建模的模糊狀態(tài)下，迫不及待地想求解問(wèn)題，這時(shí)候?qū)W生需要的就是思維的空間、試錯(cuò)的空間、靜靜地思考的空間。

4.有對(duì)話

對(duì)話是啟發(fā)，是碰撞，是升華，是編程教學(xué)將思維引向深入的手段與方式。作為啟發(fā)的師生對(duì)話，是鼓勵(lì)，是發(fā)現(xiàn)，是潛移默化的引領(lǐng);作為碰撞的生生對(duì)話，是鞭策，是借鑒，是互通有無(wú)的啟迪;作為升華的與思維的對(duì)話，是審視，是成長(zhǎng)，是醍醐灌頂?shù)耐ㄍ浮?/p>

“四有”并舉，促進(jìn)思維發(fā)展的實(shí)踐

筆者所在地區(qū)2015年將Scratch納入信息技術(shù)教材，信息技術(shù)教師對(duì)Scratch編程教學(xué)已有一定的思考與實(shí)踐，但受傳統(tǒng)軟件教學(xué)方式的禁錮，還沒(méi)有把握編程教學(xué)的核心與實(shí)質(zhì)。下面，筆者以《棋盤麥?！窞槔龑?duì)“四有”進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，這是對(duì)“四有”的具象化，以此希望更多的教師能夠投入更多的思考與實(shí)踐，為編程教育的全面發(fā)展、編程教學(xué)的穩(wěn)步推進(jìn)以及學(xué)生信息素養(yǎng)的不斷提升貢獻(xiàn)力量。

1.呈現(xiàn)故事，提出問(wèn)題

同學(xué)們，你們聽(tīng)說(shuō)過(guò)《棋盤麥?！返墓适聠幔抗适碌那楣?jié)是這樣的：

古時(shí)候，印度有個(gè)國(guó)王很愛(ài)玩。一天，他對(duì)大臣們說(shuō)，希望得到一種玩不膩的玩意兒，誰(shuí)能貢獻(xiàn)給他，將有重賞。

不久，有個(gè)聰明的大臣向他獻(xiàn)上一種棋子，棋盤上有64個(gè)格子，棋子上刻著“皇帝”“皇后”“車”“馬”“炮”等字。下這種棋子，是玩一種變化無(wú)窮的游戲，確實(shí)讓人百玩不厭。國(guó)王就對(duì)那個(gè)聰明的大臣說(shuō)：“我要重賞你。說(shuō)吧，你要什么，我都能滿足你?！?/p>

那個(gè)大臣說(shuō)：“我只要些麥粒?！?/p>

“麥粒？哈，你要多少呢？”

“國(guó)王陛下，你在第一格棋盤上放1粒，第二格上放2粒，第三格上放4粒，第四格上放8?！者@樣放下去，把64格棋盤都放滿就行了?！?/p>

國(guó)王想：“這能要多少呢？最多幾百斤吧，小意思?！庇谑蔷蛯?duì)管糧食的大臣說(shuō)：“你去拿幾麻袋的麥子賞給他吧?！?/p>

故事講到這，你想提出什么問(wèn)題？

學(xué)生不約而同地問(wèn)道：“到底要給多少粒麥子呢？”

在此環(huán)節(jié)，教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)生投入思考。

2.走進(jìn)故事，分析問(wèn)題

其實(shí)，這個(gè)游戲就是國(guó)際象棋（如下圖），國(guó)際象棋有64個(gè)格子，那么，我們只要在第一格棋盤上放1粒，第二格棋盤上放2粒，第三格棋盤上放4粒，第四格棋盤上放8?！源祟愅疲?4格棋盤放滿，棋盤上所有的麥粒就是應(yīng)該賞給大臣的。

首先，我們思考，一共放多少次？

其次，我們思考，后一個(gè)格子放的麥粒數(shù)和前一個(gè)格子放的麥粒數(shù)的關(guān)系？

3.嘗試解決，抽象建模

好，我們共同嘗試解決，老師手中的這個(gè)盒子用來(lái)放麥粒，老師叫到哪位同學(xué)，哪位同學(xué)就往盒子里扔麥粒（只要說(shuō)出扔的麥粒數(shù)即可），其他同學(xué)判斷這位同學(xué)扔的麥粒數(shù)是否正確，如果正確，算出盒子里的麥粒數(shù)。第一位同學(xué)，扔1粒，那么盒子里有1粒麥子。第二位同學(xué)，扔2粒，對(duì)不對(duì)？那么盒子里有幾粒麥子？……扔的同學(xué)很容易把握規(guī)律，就是前一位同學(xué)麥粒數(shù)的2倍，當(dāng)扔到一定數(shù)量時(shí)，計(jì)算的同學(xué)發(fā)現(xiàn)沒(méi)法計(jì)算了，因?yàn)閿?shù)量太大了，那么怎么辦呢？

有的學(xué)生說(shuō)可以用紙筆計(jì)算，有的學(xué)生說(shuō)可以用計(jì)算器計(jì)算，教師讓學(xué)生嘗試用想到的方法計(jì)算，最終大家都說(shuō)數(shù)量太大，用這些方式都不好計(jì)算。

同學(xué)們，回顧剛剛?cè)欲溩拥倪^(guò)程，不難發(fā)現(xiàn)，我們重復(fù)地往盒子里扔麥子，只是每次扔的數(shù)量在發(fā)生變化，而且數(shù)量變化是有規(guī)律的，我們想一想解決這種簡(jiǎn)單重復(fù)的問(wèn)題，什么工具最擅長(zhǎng)？對(duì)了，Scratch啊，計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度是我們?nèi)祟悷o(wú)法企及的，我們可以通過(guò)程序讓計(jì)算機(jī)幫助我們解決這個(gè)問(wèn)題??！

在此過(guò)程中，學(xué)生在體驗(yàn)中深入思考，理解問(wèn)題的本質(zhì)，學(xué)生被引向?qū)唧w問(wèn)題的抽象，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行初步、模糊的建模。

4.算法運(yùn)用，求解問(wèn)題

教師請(qǐng)學(xué)生啟動(dòng)Scratch，開(kāi)動(dòng)腦筋，嘗試解決問(wèn)題，學(xué)生全神貫注地投入思考，嘗試運(yùn)用合理算法解決問(wèn)題，同時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，交換思想。漸漸地，有學(xué)生舉手示意問(wèn)題解決了，教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)讀程序的方式檢驗(yàn)自己的程序：第一次循環(huán)，麥粒數(shù)是多少？麥子總數(shù)是多少？第二次循環(huán)……讀著讀著，學(xué)生就發(fā)現(xiàn)自己程序的問(wèn)題了。教師為學(xué)生提供一個(gè)檢驗(yàn)自己程序的思路，同時(shí)也將學(xué)生的思維引向深入，在讀程序過(guò)程中，學(xué)生一次又一次發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，進(jìn)而發(fā)展了思維。

再次舉手示意的學(xué)生，一定是已經(jīng)解決問(wèn)題的學(xué)生，他們?cè)谶\(yùn)用合理算法求解問(wèn)題的過(guò)程中建模，發(fā)展計(jì)算思維。

在此環(huán)節(jié)，學(xué)生開(kāi)動(dòng)腦筋，傾情投入，大膽嘗試，在對(duì)話中，深入思考，運(yùn)用各種算法解決問(wèn)題，收獲成功的喜悅。

5.價(jià)值體認(rèn)，情感升華

當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)應(yīng)該給的麥粒數(shù)如此龐大時(shí)，教師提問(wèn)：“如果你是國(guó)王，你給不給？”學(xué)生的回答五花八門、千奇百怪，但總體上學(xué)生認(rèn)為不給，因?yàn)榻o不起。教師引導(dǎo)學(xué)生齊背“社會(huì)主義核心價(jià)值觀”，同時(shí)強(qiáng)調(diào)社會(huì)主義核心價(jià)值觀對(duì)個(gè)人層面有哪些要求，指向“誠(chéng)信”的個(gè)人層面核心價(jià)值為學(xué)生提供正向的思考，踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀是我們每個(gè)公民的義務(wù)。師生達(dá)成共識(shí)：必須給！

6.智慧碰撞，思維發(fā)展

教師追問(wèn)：“那怎么給呢？”

有的學(xué)生說(shuō)“分期付款”，有的學(xué)生說(shuō)“給種子”，有的學(xué)生說(shuō)“讓大臣自己制作棋盤，裝多少，給多少”……

教師呈現(xiàn)故事的結(jié)局。

管糧食的大臣說(shuō)：“請(qǐng)您下令打開(kāi)糧倉(cāng)，然后請(qǐng)獻(xiàn)棋的大臣自己一粒一粒地?cái)?shù)出那些麥子就行了?！?/p>

“那么要數(shù)多長(zhǎng)時(shí)間呢？”

管糧食的大臣計(jì)算了一下說(shuō)：“假設(shè)每秒鐘能數(shù)2粒麥子的話，他每天數(shù)上12小時(shí)，就是43200秒，數(shù)上10年才能數(shù)出20立方米，要數(shù)完那個(gè)數(shù)目將需要2900億年呢。他能活多少年呢？再說(shuō)，枯燥的生活能折磨人，他這樣下去豈不要短壽？因此我想，他的本意并不是想要得到那些不可能得到的麥粒，他只是試試有沒(méi)有比他更聰明的人罷了。”

國(guó)王大喜，夸獎(jiǎng)道：“看來(lái)，至少你比他還要聰明呢！智慧人物治理國(guó)家，國(guó)家才能興旺發(fā)達(dá)。我決定提拔你倆當(dāng)我的左右宰相！”

這是一次智慧與智慧的對(duì)話，這是一次思維與思維的碰撞，在這樣的過(guò)程中，學(xué)生收獲思維的發(fā)展、品格的形成、能力的提高。

結(jié)束語(yǔ)

隨著人工智能時(shí)代的到來(lái)，編程教育與編程教學(xué)迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，也給我們信息技術(shù)人帶來(lái)了的前所未有的挑戰(zhàn)，大浪淘沙沉者為金，編程教育的回歸彰顯其育人價(jià)值，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，為學(xué)生的人生奠基。