淺談圖形化編程中學生編程思維的培養(yǎng)

鄧堅

[摘要]由于信息化技術的發(fā)展越發(fā)快速，信息技術教育越來越被重視，近幾年來，隨著以圖形化編程的興起，普及編程教育也成了一種必然的趨勢，日本、韓國以及歐美各國早已將編程教學納入小學的必修課。然而，編程教育的發(fā)展離不開編程思維的培養(yǎng)，本文筆者根據自身的教學經驗，就如何培養(yǎng)學生的編程思維提出自己的建議。

[關鍵詞]小學信息技術;圖形化編程;編程思維

2000年，教育部發(fā)布了《關于中小學普及信息技術教育的通知》和《中小學信息技術課程指導綱要》，此后，我國信息技術教育改革在基礎教育階段邁出了第一步。在接下來的十年中，中小學的信息技術教育必將繼續(xù)引起國內學校和國際社會的大幅度范圍的關注，并將逐漸發(fā)展成為當代我國基礎教育不可或缺的一部分。隨著圖形編程工具的出現，促進編程教育的發(fā)展已成為我國中小學教育的重要選擇。 2017年7月，國務院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展計劃》，倡導在基礎教育階段發(fā)展兒童程序教育。2018年，教育部發(fā)布《普通高中信息技術課程標準（2017年新版）》，提出信息技術學科的核心素養(yǎng)，以信息意識、計算思維、數字學習與創(chuàng)新、信息社會責任的四個核心要素組合而成。由此可見，在學校教育中培養(yǎng)學生的計算思維能力尤為重要，而編程能力的培養(yǎng)將成為培養(yǎng)學生計算思維能力的良好切入點。2019年3月，教育部公布《2019年教育信息化和網絡安全工作要點》，明確提出在中小學教育中開設人工智能相關課程，逐步擴大程序化教育發(fā)展。由此可見，隨著時代的變遷，編程越來越受到重視。特別是圖形編程平臺的出現，給中小學編程教學帶來了新的機遇。目前，兒童編程教育課程已進入教學階段。少兒編程教育課程能有效地提高學生的創(chuàng)造力，使他們在實踐活動中愉快地學習。在這種學習氛圍中，學生的創(chuàng)新能力可以得到顯著提高。少兒編程教育對我國教育發(fā)展而言既是機遇，也是挑戰(zhàn)。

在國外，早在2012年，日本已正式開始在中小學階段普及編程教育?！秾W習指導要領》報告指出，要在2020年之前實現對中小學義務教育的全面強化引導。2014年7月，編程教育被學校列為英國5-16歲階段學生的必修課。2016年初，美國前總統(tǒng)奧巴馬明確表示，每一個美國學生在小學都應該擁有最簡單的編程技能。此外，為全面推進兒童編程教育，韓國、新加坡等國將編程納入中小學正式課程，并在中小學考試中增設編程測試。

一、圖形化編程

圖形編程是一種新的編程模式。它不像以往的編程軟件，學生不需要程序員來學習如何用C語言和python等高級開發(fā)語言編寫文本代碼，他們也不需要通過敲打鍵盤來完成代碼的編寫。相反，他們可以通過使用一些圖形模塊完成簡單的文本編程。

圖形編程的基本形式主要是圖元模塊。圖形編程就是將一些傳統(tǒng)的圖形文本應用程序代碼直接封裝起來到一個圖元編程模塊中。每個模塊都有自己的邏輯，并以控件的形式出現在圖形編程區(qū)域中。每個圖元模塊根據各自的功能可分為數據、變量、函數等類型。作為圖形程序的一部分，這些圖元模塊將執(zhí)行各自的功能。用戶僅僅需將一個圖元處理模塊與其他圖元模塊進行簡單組合就可以輕松完成整個圖形處理程序的整體設計。它可以完成軟件游戲或硬件電路的設計，容易上手的入門、簡單的操作以及生動美觀的界面，不僅易于練習，而且適合各級用戶學習。

圖元模塊可以重復使用，即不同類型的圖元模塊可以同時存在于圖形編程區(qū)域中，并且它們之間沒有沖突。圖形編程軟件中有一個軟硬件模塊庫，其中包含各種類型的圖元模塊及其信息。信息結構是一樣的，所以用戶可以一起讀取出來。不同編程模塊之間的連接決定了程序操作的順序和數據傳輸的方向。用戶可以通過操作原語模塊來設計程序?；灸K的操作一般包括改變基本模塊的位置和設置參數。

圖形化編程具有門檻低、包容性強、易操作等優(yōu)點。在過去的十年里，它在各個領域都取得了很大的進展。特別是在兒童教育領域，簡單快捷的圖形編程功能可以讓學生快速理解，新穎美觀的操作界面可以獲得學生的關注。這些都是傳統(tǒng)文本編程無法達到的效果。激發(fā)學生編程興趣后，學習復雜的編程知識就不會覺得難以應付或無聊?？偠灾?，少兒圖形化編程不僅可以增加編程的樂趣，而且可以降低學習的門檻和難度，教會學生“編程思維”。

編程思維可以說是兒童學習編程的一項核心技能。兒童學習編程的目的不是培養(yǎng)未來的“編程猿”和“攻城獅”，而是為了更好地培養(yǎng)少年兒童孩子的編程程序邏輯思維能力和解決實際問題的邏輯思考能力，使得孩子在發(fā)現和解決實際問題時可以更全面、清晰地進行思考，提高他們的發(fā)現和解決實際問題的意識。那么，要如何才能培養(yǎng)兒童的編程思維呢？

二、教學中培養(yǎng)學生的編程思維

課堂教學是當前基礎教育的主陣地。充分利用這一優(yōu)勢地位培養(yǎng)學生的程序性思維，具有參與面廣、持續(xù)時間長的優(yōu)點，有利于學生的長遠發(fā)展。在小學課堂中，大多數教師都是以課本為基礎進行講授。教科書的質量將直接影響學生的學習效果以及他們的思維方式。因此，在培養(yǎng)學生的程序思維能力的教學過程中，教師需要適當優(yōu)化課堂內容。

同時，我們也可以在學科教學中滲透編程理念。在學科教學中，特別是在數學教學中，編程的概念也能得到很好的滲透。數學與編程一樣，這也是一種典型的應用邏輯思維和理性思維的課程。這兩門學科都可以在遇到問題時分析出一些問題因素之間的內在聯(lián)系，然后尋找解決這些問題的途徑和方法。良好的邏輯性思維能夠減少心理因素對思考的影響，避免當遇到問題的時候因心理因素而無法克服的困境。同時，計算機與數學學科的相容不僅僅表現在思維層面，在內容方面也存在著諸多的相同，例如，在滲透變量概念時，教師可以用數學知識用字母來表示數字和方程;在理解坐標數組時，教師可以用數字對來確定位置和比較;在培養(yǎng)辨別能力時，教師可以從找規(guī)律中進行關聯(lián)。關于問題解決和可能性（排列和組合）的知識是未來編程基礎實踐訓練的邏輯基礎，在語文教學中，連接詞教學與敘事之間的因果關系是邏輯的，這與計算機語言的邏輯操作也是一致的。

三、游戲活動中培養(yǎng)學生的編程思維

游戲教學是指運用游戲進行教學的具體學習方法，也是教育游戲的理論支撐?？鞓穼W習是游戲學習的基本概念，類似于古代的“寓教于樂”。

教學過程可以借助游戲開發(fā)來進行，教師從學生感興趣的游戲開始著手，借助圖元模塊，讓學生利用圖形編程軟件分別或集體設計小游戲，激發(fā)學生對學習信息技術的興趣。通過設計不同的級別，讓學生在課程中對程序有更直觀的理解。豐富有趣的游戲教學方式能牢牢抓住課堂教室中每一位學生的注意力，使得學生在課堂實踐中能夠獲得更多的成就感。同時，運用游戲學習的理論指導課程教學實踐，以游戲為主要媒介鼓勵學生進行交流、發(fā)現和反復的嘗試，可以充分激發(fā)學生對代碼編程的興趣，幫助學習者在課堂上實現快樂的學習，進而充分享受到自己學習的樂趣，使枯燥的代碼編程學習豐富有趣。將游戲學習理論應用于教學活動的實質是充分發(fā)揮游戲的教育作用，避免以往學生對教學活動不感興趣的局面。學生在游戲中必須要積極地探索和正確理解游戲的規(guī)則，在這一過程中，培養(yǎng)了學生歸納和分析的能力;在轉變?yōu)橛螒蛑胁涣钊藵M意的部分過程中，提高了學生的處理和解決實際問題的能力，創(chuàng)造性的思維能力和邏輯思考的能力;有的游戲有時候需要一定的知識和技巧，為了更好地保證這個游戲的正常順利進行和開展，學生在研究游戲的過程中會花費自己的時間和精力來共同發(fā)現和解決這些問題，培養(yǎng)自己的小組合作意識和能力;有的游戲需要一定的技巧，為了保證游戲的順利開展，學生在開發(fā)和學習游戲的過程中會花費自己的精力共同解決問題，培養(yǎng)自己的團隊合作能力。

四、利用思維導圖培養(yǎng)學生的編程思維

在我國大部分傳統(tǒng)中小學的信息技術課堂教學中，教師往往比較注重學生的操作技巧。這就使得教師和學生更加重視其結果，卻完全忽略了“為什么要達到這個效果“以及“是什么原理"這些重要的問題，這常使知識與具體的邏輯思維相互脫節(jié)，成為“死知識”。在這種情況下，教師講些什么，學生就會做怎樣，學生則缺少自己的開拓創(chuàng)新精神。因此，在進行編程教學的過程中，教師甚至可以通過運用思維導圖清晰明確顯示“隱性”的思維流程和方法。隨著探索性思維的深入，學生能夠逐步地形成在思維過程中直觀有序的地圖。

通過直觀的圖形和連接線的形式，學生不僅了解了編程問題的思維過程和子程序之間的具體關系，簡化了程序的算法和過程，而且更容易理解和接受。在實際的編程教學中，教師可以利用可視化學習工具幫助學生闡明編程思想，優(yōu)化解題思路和方法，對編程過程、數據和結果進行對比分析，從而簡化編程過程。在編程教育的課堂教學中，針對具體問題，編程可能需要使用跨學科，跨章和跨年的知識。通過使用適當的思維導圖，可以將這些分散且相對獨立的知識點進行清楚地關聯(lián)，從而幫助學生有效地提取各種信息，并使凌亂而豐富的知識內容生動易記。

五、日常生活中培養(yǎng)學生的編程思維

學習的最終目的絕不只是單單的掌握知識，而是為了運用到生活當中，學習與生活是相輔相成的，離開了生活的學習就只是無源之水，無本之木，無法運用到生活中的知識也就只是一堆“死”的文字。因此，真正的知識應該是來源于生活而回歸生活的，同理，學生編程思維的培養(yǎng)與日常生活也有在不可分割的關系。例如，學生可以在家里學習組織一些常見的事情，在整理物品和材料的過程中，讓學生逐漸學會思考物品的分類、組合、包裝和儲存。在這個過程中，學生要思考事物的特點，比較不同的事物，它們是相關的還是相互排斥的，這對思維訓練也有很大的幫助。

六、結語

隨著編程教學越來越被重視，編程工具種類繁多，知識更新速度非?？臁＝處煵粌H必須在有限的時間里傳授給學生一些知識，而且還需要傳授給學生一些掌握知識點的技巧，并且需要培養(yǎng)他們的思考能力和處理問題的意識。圖形化編程可以有效地協(xié)調和幫助我們的學生分析思考問題，說出解決這個問題的方法和思路，并在整體的邏輯規(guī)劃中訓練和培養(yǎng)他們的思考能力。