玩中學：基于Swift Playgrounds培養(yǎng)計算思維

摘 要：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，計算思維成為中小學教育的熱點。根據(jù)對計算思維的理解，筆者提出“玩中學：基于Swift Playgrounds培養(yǎng)計算思維”的觀點，主要策略包括以下四個方面：學會分析，發(fā)現(xiàn)問題;學會分解，細化問題;學會提煉，優(yōu)化問題;學會調(diào)試，糾正錯誤。

關鍵詞：Swift Playgrounds;計算思維;編程教學

中圖分類號：G43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-624X（2020）42-0035-02

引 言

隨著人工智能時代的到來，計算思維逐漸成為創(chuàng)新型人才必備的思維能力。華裔科學家周以真對計算思維做出了定義：計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動，即把一個看上去復雜的問題通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法重新闡述成一個人們知道如何解決該問題的方法[1]。

如何培養(yǎng)小學生的計算思維呢？Swift Playgrounds是一個不錯的編程軟件，十分適合不同年齡階段的小學生開展編程學習。它提供了包括學習編程1、2、3在內(nèi)的不同難度的編程進階課程，其中包括命令、函數(shù)、循環(huán)、算法等知識點。在Fundamentals of Swift中，學習者通過編寫真實的代碼來幫助主人公Byte在3D世界中游走，獲取紅寶石以通過不同的關卡，從而像玩游戲闖關那樣來學習基礎知識。

對于小學階段的學生來說，使用Swift Playgrounds開展可視化編程具有較強的實踐性，它能使學生在編寫程序的過程中隨時看到結(jié)果，使學生能專注地分析問題、設計解決問題的方案，并進行邏輯驗證，為培養(yǎng)學生的計算思維奠定了良好的基礎。

一、學會分析，發(fā)現(xiàn)問題

發(fā)現(xiàn)問題是解決問題的前提，學生如果沒有發(fā)現(xiàn)問題的存在，就不可能采取各種方法來解決問題。而小學生對外界事物有著更強烈的好奇心，趣味盎然的問題能調(diào)動他們的學習積極性[2]。

因此，教師應以教學目標為依據(jù)，巧妙地設計問題，通過色彩鮮明的圖片或生動形象的視頻來激發(fā)學生的學習興趣，讓學生發(fā)現(xiàn)程序抽象的問題，并能將抽象問題具體呈現(xiàn)出來。

例如，教學Hi， byte一課時，筆者設計了以下導入環(huán)節(jié)。

了解：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，人工智能已經(jīng)來到了我們身邊，讓我們一起了解一下吧?。úシ乓曨l：人工智能）

提問：視頻中，讓你印象最深刻的是什么？機器人的功能可真多呀！那你知道怎樣才能讓機器人動起來嗎？

交流：是啊，通過編寫程序就能指揮機器人行動了，程序是指用計算機語言編寫的命令序列的集合。

揭題：今天這節(jié)課，我們就將和新朋友Byte一起走進好玩又有趣的swift少兒編程語言的世界，和它打個招呼吧：Hi， Byte！

二、學會分解，細化問題

充分理解、學會分析是解決問題的第一步，在學生理解學習要求后，教師可引導學生制訂一個粗略的解決問題的方案，再將這個方案分解為多個小任務，對復雜問題由外到內(nèi)逐個化解，可以讓學生體驗從抽象到具體的分解過程[3]。

在小學階段，以游戲闖關的形式進行教學更能培養(yǎng)學生分析問題的能力。學生在“玩”的過程中需要確定問題可以分解為幾個部分，它們之間的關系是什么，還要知道解決問題要獲得怎樣的結(jié)果和所需的條件[4]。因此，在Hi，Byte的教學中，筆者設計了任務式的闖關模式。學生面對每個關卡，都要先進行分析，再根據(jù)各個任務和要求思考問題的解決方法，設計出符合需求的命令算法，教學過程如下。

第一關：收集寶石

提問：請仔細觀察這張地圖，在這一關中，Byte需要完成的目標是什么？（拿到一顆紅寶石）這顆寶石位于Byte的斜對面，要想拿到它闖過這一關，我們先要為Byte規(guī)劃行走的路線。

任務1：規(guī)劃路線

要求：打開這張地圖，使用照片標記功能，用紅色畫筆規(guī)劃出一條合適的路線。并和同桌說一說，在你的路線上，Byte應該走幾步？怎樣轉(zhuǎn)彎呢？

學生規(guī)劃并交流。（投屏展示）

提問：你是怎樣規(guī)劃的？

生：前進兩步，左轉(zhuǎn)，再前進兩步，收集寶石。

提問：你是如何得知Byte需要前進兩步的？（一個方格代表一步）

補充：階梯屬于它所在的方格，所以我們只需走一步。

任務2：收集寶石

初識：你們的路線都規(guī)劃好了嗎？真聰明！路線規(guī)劃好了，那我們的程序也就規(guī)劃完成了，接下來就可以開始編寫程序了。在編程時，我們需要使用swift命令，剛向前走的命令是move Forward，收集寶石的命令是collect Gem，左轉(zhuǎn)的命令是turn Left。有了這三個命令就能指揮Byte動起來去收集寶石了。

要求：請同學們“添加新命令”，使用這三個命令進行編程，讓Byte收集寶石。需要注意的是，Byte走一步就需要使用一個向前走的命令，走兩步就需要兩個向前走的命令。

交流：Byte拿到紅寶石了嗎？讓我們看一下你編寫的程序吧。

三、學會提煉，優(yōu)化問題

在程序的設計過程中，往往會有多種途徑來達成同一個目標，學生需要找出最好、最合適的方式來完成，這個過程就是計算思維的優(yōu)化過程[5]。

教師要適時引導學生進行小組合作，通過集體的智慧去實現(xiàn)問題解決的最優(yōu)化，同時要注重培養(yǎng)學生的思考能力和創(chuàng)新意識，讓學生利用現(xiàn)有知識完成學習任務，并理解優(yōu)化過程，從而使學生成為計算的創(chuàng)造者和研發(fā)者[6]。因此，在Hi， Byte的教學中，筆者設計了這樣的教學環(huán)節(jié)。

第二關：最優(yōu)路線

提問：在這一關中，地圖比之前的更復雜，為了更快回去，Byte需要找到通關的最優(yōu)路線，你能幫它找一找嗎？

小組討論：打開地圖，使用照片標記功能，用藍色畫筆規(guī)劃出一條最優(yōu)路線。

交流：老師發(fā)現(xiàn)同學們討論得非常熱烈，參與度也很高，那么有小組找到這條路線了嗎？

學生提出傳送門。

師：觀察真仔細，在地圖上出現(xiàn)了一個新的機關，叫作傳送門，它有什么作用呢？（播放視頻）

通關：傳送門能大大縮短Byte的行走距離，優(yōu)化我們的程序，現(xiàn)在你能讓Byte以最優(yōu)路線完成這一關卡嗎？請同學們進入最短路線，利用傳送門進行編程，讓Byte收集寶石并點亮腳印吧！

學生操作并交流展示。（投屏）

交流：你成功闖關了嗎？來，展示一下你的程序吧！

四、學會調(diào)試，糾正錯誤

計算思維是通過冗余、出錯、糾錯的方式，在最壞的情況下進行預防、保護和恢復的一種思維，而調(diào)試糾錯尋求問題的最優(yōu)化始終發(fā)生在學生的編程實踐中。編程的重要環(huán)節(jié)之一就是對已有程序進行運行調(diào)試，當運行效果與學生預想的不一樣時，他們就要進行調(diào)試糾錯，重新選擇控件或修改某些參數(shù)，不斷調(diào)試以達到理想的效果。

對于小學生而言，抽象的編程調(diào)式是比較難以理解和掌握的，而微課教學能夠幫助他們理解抽象的概念，從而建立起新知識與已有認知、經(jīng)驗之間的聯(lián)系。同時，經(jīng)過不斷的調(diào)試糾錯，學生不僅可以鞏固已有知識，還可以提高編程能力，從而真正鍛煉計算思維。因此，在Hi， Byte的教學中，筆者制作了“調(diào)試”的微課視頻。

第三關：拯救Byte

過渡：恭喜同學們順利過關，幫助Byte收集了三顆寶石！Byte現(xiàn)在非常興奮，覺得前面兩關這么簡單，后面肯定也不難，于是自己闖入了下一關，結(jié)果卻失敗了！我們一起來看看吧。（播放失敗視頻）哎呀，這可怎么辦？就在這危急關頭，Byte想起剛才拿到的一個錦囊，里面是什么呢？

學習視頻：一起打開來看一看吧?。úシ拧罢{(diào)試程序”的微課）就像視頻中所說的，出現(xiàn)錯誤并不可怕，更重要的是要學會修復錯誤代碼。

完成任務：請同學們“發(fā)現(xiàn)并修復程序錯誤”，運行代碼找出其中的錯誤并進行修復，讓我們一起解救Byte吧！

思考：調(diào)試程序需要幾個步驟？

學生操作并交流展示。（投屏）

交流：你修復錯誤了嗎？你是怎樣修復的？

調(diào)試程序的方法：（1）運行代碼;（2）找出錯誤;（3）拖動或刪除錯誤代碼;（4）繼續(xù)運行調(diào)試直至完成目標。

小結(jié)：利用這樣調(diào)試程序的方法，我們幫助Byte成功闖過了三個關卡，同時我們自己也成功升級為既能編寫代碼、又會調(diào)試程序的小小程序員啦！

結(jié) 語

在編程學習中，學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、優(yōu)化問題，并對編寫的程序進行不斷的調(diào)試和糾錯，最終科學地解決問題，鍛煉和拓展了計算思維。俗話說：“授人以魚，不如授人以漁?！痹谛W信息技術課堂上，教師不僅要關注學生技能的培養(yǎng)，更要注重學生計算思維的發(fā)展，讓學生在“玩中學，學中玩”的模式中用計算思維去分析、解決實際問題，習得更多技巧和能力，向更高深的領域邁進。

[參考文獻]

余田.面向計算思維的《計算機應用基礎》課程建設的探究[J].電腦知識與技術，2018，14（13）：134-136.

陳偉濤.在“畫圖”教學中培養(yǎng)小學生計算思維的實踐探索[J].教育信息技術，2017（01）：154-157.

朱丹.在Scratch教學中培養(yǎng)學生的計算思維[J].新課程（教師版），2018（12）：173.

林惠蘭.基于計算思維培養(yǎng)的小學編程教學[J].西部素質(zhì)教育，2018（15）：117-118.

卞春霞.小學信息技術編程教學中學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)[J].新課程研究，2020（08）：75-76.

馬宗兵.面向計算思維的小學游戲化編程教學策略研究述評[J].基礎教育參考，2020（02）：33-37.

作者簡介：王宇潔（1991.4—），女，江蘇無錫人，一級教師。