基于Mind+的小學(xué)編程教育校本化實(shí)踐與探索

■濱州實(shí)驗(yàn)學(xué)校 畢經(jīng)海

Mind+是一款擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)青少年編程軟件，集成各種主流主控板及上百種開源硬件，支持人工智能（AI）與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）功能。既可以拖動(dòng)圖形化積木編程，還可以使用Python/C/C++等高級(jí)編程語(yǔ)言，讓大家輕松體驗(yàn)創(chuàng)造的樂趣。Mind+友好的人機(jī)交互非常適合小學(xué)生的學(xué)習(xí)，可以幫助小學(xué)生體驗(yàn)互動(dòng)編程和硬件編程的樂趣。

一、滲透趣味游戲設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生的興趣

“玩”是每個(gè)孩子的天性，“游戲”是學(xué)生的功課。我們應(yīng)該如何帶著學(xué)生“玩”？“玩”的最理想狀態(tài)是什么樣的？我的思考是這樣的：“讓孩子們有智慧地玩，玩出智慧；有道德地玩，在玩中完善自己的品德；帶著對(duì)美的追求去玩，在玩中提升美的創(chuàng)造能力；帶著自己的夢(mèng)想去玩，在玩中實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想！”也正是出于這個(gè)初心和夢(mèng)想，小學(xué)低年級(jí)編程課圍繞“趣味游戲設(shè)計(jì)”這一主題進(jìn)行設(shè)計(jì)，將學(xué)生比較熟悉的“大魚吃小魚”“趣味猜數(shù)字”“機(jī)器人走迷宮”“趣味賽車”的游戲作為成課程內(nèi)容，讓學(xué)生發(fā)揮自己的想象力利用Mind+中的“背景庫(kù)”和“角色庫(kù)”為舞臺(tái)設(shè)計(jì)背景、為角色取名，創(chuàng)設(shè)游戲環(huán)節(jié)來(lái)增加游戲的趣味性。在整個(gè)“玩”的過程中學(xué)生一直都在動(dòng)腦思考，動(dòng)手探究，用心去做，無(wú)形之中收獲了知識(shí)技能和編程的初步思想。

為了幫助小學(xué)生正確理解程序的設(shè)計(jì)思路和算法，教師可以讓學(xué)生模擬情境，通過角色扮演、體驗(yàn)的方式來(lái)直觀、清晰地理解程序的算法以及執(zhí)行過程，從而初步養(yǎng)成編程的邏輯思維。例如，在學(xué)習(xí)“機(jī)器人走迷宮”這一課時(shí)，首先教師可以讓學(xué)生體驗(yàn)教師的案例，理解“機(jī)器人走迷宮”的設(shè)計(jì)思路；然后，讓學(xué)生去設(shè)計(jì)自己喜歡的“迷宮”場(chǎng)地和“角色”造型；接下來(lái)就是設(shè)計(jì)“走迷宮”的環(huán)節(jié)及規(guī)則，這也是引導(dǎo)學(xué)生深度思考的環(huán)節(jié)；最后，根據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案選擇相關(guān)的編程積木進(jìn)行程序搭建。為了幫助學(xué)生更好地理解“面向”“碰到”“位置”“判斷”等積木塊的含義并靈活運(yùn)用，教師在課堂上利用課桌之間的過道，或者在地上繪制“地圖”來(lái)模擬迷宮環(huán)境，和學(xué)生一起進(jìn)行體驗(yàn)，并針對(duì)遇到的問題和可能會(huì)發(fā)生的情況進(jìn)行分析，這樣能快速幫助學(xué)生理解編程的思路，每個(gè)學(xué)生也能完成一個(gè)屬于自己的編程作品。

二、融合學(xué)科知識(shí)，指向思維培養(yǎng)為重點(diǎn)

融合匯聚力量激發(fā)成長(zhǎng)，小學(xué)編程教育的核心就是培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維，課程的內(nèi)容的設(shè)計(jì)既要注重讓學(xué)生學(xué)會(huì)主動(dòng)思考、主動(dòng)探究、在合作學(xué)習(xí)中對(duì)編程知識(shí)進(jìn)行逐步內(nèi)化，又要注重與學(xué)科知識(shí)融合，通過編程對(duì)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行靈活運(yùn)用。小學(xué)中年級(jí)編程課程融合“語(yǔ)文”“數(shù)學(xué)”等學(xué)科相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)了“趣味猜成語(yǔ)”“趣味猜謎語(yǔ)”“趣味拼圖”“趣味猜數(shù)字”“雞兔同籠問題求解”“智能計(jì)算器”等主題項(xiàng)目，在編程的過程中鞏固了學(xué)生學(xué)科知識(shí)，有效滲透了編程的方法和思想。

例如，“趣味猜數(shù)字”和“雞兔同籠問題”的求解就是和數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)的融合。課堂上在學(xué)習(xí)“趣味猜數(shù)字”時(shí)，教師首先要和學(xué)生說明規(guī)則，然后一起玩猜數(shù)字。并提問：請(qǐng)同學(xué)們思考如何能最快猜中數(shù)字，并說說你的想法？有學(xué)生想到了“窮舉”的辦法，這樣一定能猜對(duì)，但是要花費(fèi)較多時(shí)間；也有的學(xué)生找到了規(guī)律：“先猜中間的數(shù)字，若提示大了，則繼續(xù)從前半部分中猜，若提示小了，則繼續(xù)從后半部分中猜。以此類推可快速猜中數(shù)字”。其實(shí)這就用到了經(jīng)典的程序算法“折半查找”和“窮舉算法”。盡管小學(xué)生還不能真正理解，但是可以通過體驗(yàn)和深度思考的方式初步認(rèn)知程序的算法；再如，“雞兔同籠問題”的編程求解，問題描述：“有若干只雞和兔子在同一個(gè)籠子里，從上面數(shù)有5個(gè)頭，從下面數(shù)有12只腳。問籠子中各有多少只雞和兔子？”首先和學(xué)生一起回顧數(shù)學(xué)課上學(xué)到的解題方法“假設(shè)—比較—調(diào)整”，列出算式。假設(shè)全是兔：4X5=20（只），兔腳比總腳數(shù)多：20-12=8（只），兔比雞多的腳數(shù)：4-2=2（只），所以，雞的只數(shù)：8÷2=4（只），兔的只數(shù)：5-4=1（只）。掌握了解題方法之后，學(xué)生可以利用積木塊完成程序的搭建，程序運(yùn)行時(shí)，詢問用戶分別輸入“雞”和“兔子”共有的頭數(shù)和腳數(shù)，然后會(huì)計(jì)算出“雞”和“兔子”各多少只。有了編程解決數(shù)學(xué)問題的經(jīng)歷之后，教師可鼓勵(lì)學(xué)生利用編程的方法去解決其它的數(shù)學(xué)問題。由此看見，學(xué)生在編程求解數(shù)學(xué)問題的過程，其實(shí)就是對(duì)所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)的靈活運(yùn)用并進(jìn)行深度思考的過程。

三、聚焦真實(shí)問題，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力

因?yàn)镸ind+支持硬件編程，所以當(dāng)學(xué)生初步掌握了圖形化編程的基礎(chǔ)之后，在小學(xué)高年級(jí)我們嘗試了用“掌握板”為教具，繼續(xù)和學(xué)生深度探究智能硬件編程。其學(xué)習(xí)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)用科學(xué)的眼光發(fā)現(xiàn)問題，用數(shù)學(xué)的知識(shí)思考問題，用工程的思維去分析問題，用技術(shù)的手段解決問題。編程內(nèi)容的設(shè)計(jì)聚焦生活中的實(shí)際問題，注重培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問題的能力，進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。我們圍繞“智慧生活”主題設(shè)計(jì)了“智能交通信號(hào)燈”“智能呼吸燈”“創(chuàng)意流水燈”“智能光控?zé)簟薄爸悄苈暱責(zé)簟薄爸悄茈娮优啤钡戎黝}內(nèi)容，讓學(xué)生充分感受到了智慧生活的魅力。

課程內(nèi)容的實(shí)施過程聚焦學(xué)生生活中的真實(shí)問題。在讓學(xué)生進(jìn)行深度思考剖析，探索出解決問題的最佳策略之后，教師可指導(dǎo)學(xué)生制定解決方案，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題。例如，針對(duì)學(xué)生經(jīng)常遇到的“上完課時(shí)教室忘記關(guān)燈的問題？”學(xué)生通過思考想到了多種解決方案，如安排專人負(fù)責(zé)；設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)裝置，上完課時(shí)自動(dòng)關(guān)燈；設(shè)計(jì)一個(gè)聲控?zé)?，?dāng)教室里沒有人非常安靜時(shí)燈會(huì)自動(dòng)關(guān)閉；設(shè)計(jì)一個(gè)光控?zé)?，自然光線達(dá)到亮度時(shí)自動(dòng)關(guān)閉……接下來(lái)，就是指導(dǎo)學(xué)生用文字或草圖的方式完成項(xiàng)目規(guī)劃書的撰寫，然后就是小組合作優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，形成簡(jiǎn)單的流程圖；最后用積木塊搭建編程實(shí)現(xiàn)。在交流分享環(huán)節(jié)，讓每個(gè)組的學(xué)生都分享自己的作品，互相進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)的目的不是劃分等級(jí)，而是發(fā)現(xiàn)每個(gè)作品的亮點(diǎn)和不足，讓學(xué)生相互學(xué)習(xí)，共同提升。

作品的完成不是學(xué)習(xí)的終止，而是深度學(xué)習(xí)的繼續(xù)。為什么智能手機(jī)的屏幕亮度會(huì)隨著外部光線的變化而變化？為什么夜幕降臨之后路燈會(huì)自動(dòng)打開？

由此可見，小學(xué)編程課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)是影響編程教育推廣的關(guān)鍵因素。筆者以Mind+為編程工具，以課程內(nèi)容設(shè)計(jì)的三個(gè)要素為支點(diǎn)，探索小學(xué)編程教育校本化的實(shí)踐。課程內(nèi)容的選擇應(yīng)該充分考慮學(xué)生心智發(fā)展水平和不同年齡階段的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和情感需求，滲透趣味游戲設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生的興趣，使學(xué)生在“玩”的過程中學(xué)會(huì)動(dòng)腦思考，促進(jìn)各種能力的提升。