例談基于計(jì)算思維的 圖形化編程教學(xué)策略

陳露遙

隨著人工智能的快速發(fā)展，編程逐漸成為信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)的主要方向之一，但在實(shí)際教學(xué)中，存在學(xué)生思維理解差異大，機(jī)械性記憶、訓(xùn)練，課程學(xué)習(xí)不成體系、關(guān)聯(lián)性差等問題，這在很大程度上影響了學(xué)生對編程學(xué)習(xí)的興趣，限制了學(xué)生思維的發(fā)展，無法有效提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)能力。面對這些問題，筆者在教學(xué)實(shí)踐中將計(jì)算思維與圖形化編程融合，從教學(xué)情境選擇、教學(xué)目標(biāo)設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)活動設(shè)計(jì)和教學(xué)評價(jià)設(shè)計(jì)五方面進(jìn)行策略探究，以期讓課堂教學(xué)更富情境性與融合性，讓教學(xué)設(shè)計(jì)更富整體性與規(guī)劃性，讓學(xué)科思維更富有序性與結(jié)構(gòu)性，助力學(xué)生思維能力的提升。

● 教學(xué)情境：基于已有經(jīng)驗(yàn)，有效鏈接生活

筆者基于日常教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)已有經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)實(shí)生活對學(xué)生有著較大的吸引力，因此，通過以往案例和生活情境引入和衍生到圖形化編程教學(xué)，讓學(xué)生基于真實(shí)的情境學(xué)習(xí)編程，能有效激發(fā)學(xué)生的興趣與探索動力。

例如，在初識圖形化編程軟件時(shí)，對于控件的認(rèn)識與操作、腳本的搭建，可將學(xué)生熟悉的搭積木、“俄羅斯方塊”游戲等相似情境衍生到課堂，將不同形狀的控件組合完成腳本搭建。又如，在學(xué)習(xí)繪制角色時(shí)，將之前學(xué)習(xí)畫圖的經(jīng)驗(yàn)與方法引入到“角色”新建、繪制中，在提升學(xué)生學(xué)習(xí)動力的同時(shí)提高課堂效率。將這些已有經(jīng)驗(yàn)引入圖形化編程教學(xué)，與學(xué)生已有認(rèn)知建立有意義的關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生在現(xiàn)有認(rèn)知與概念的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)新技能，把原有對積木搭建的思維遷移到編程腳本的搭建上，更容易促進(jìn)學(xué)生對編程概念、模塊、語法與操作思維、方法的理解，以計(jì)算思維能力的遷移與轉(zhuǎn)化激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)激情。

● 教學(xué)目標(biāo)：分層設(shè)置目標(biāo)，關(guān)注學(xué)生差異

學(xué)生是教學(xué)的主體，教學(xué)設(shè)計(jì)首先要考慮學(xué)生的特征與差異，了解學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)能力與需求。在圖形化編程教學(xué)中，融入計(jì)算思維問題解決的層次性，按難易程度分層設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，即將教學(xué)目標(biāo)按學(xué)生學(xué)習(xí)能力層次劃分為入門、進(jìn)階、提高三個(gè)層級，讓不同能力程度的學(xué)生對應(yīng)達(dá)到不同層次的教學(xué)目標(biāo)，這樣能使每一位學(xué)生都能在原有基礎(chǔ)上得到提升。

例如，在“火柴人跳舞”一課中，針對“掌握繪制角色造型和切換造型的方法”目標(biāo)，可將其按入門、進(jìn)階、提高三個(gè)層級進(jìn)行細(xì)化。①入門目標(biāo)：能夠繪制3種簡單的“火柴人”造型，學(xué)會利用“下一個(gè)造型”與“等待1秒”控件的結(jié)合，重復(fù)疊加起來讓火柴人跳起來。②進(jìn)階目標(biāo)：能夠繪制3種不同的“火柴人”造型，且造型美觀;學(xué)會運(yùn)用“下一個(gè)造型”“重復(fù)執(zhí)行”與“等待1秒”控件的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)火柴人跳舞的效果。③提高目標(biāo)：能夠繪制3種連續(xù)變化的“火柴人”造型，且造型美觀;學(xué)會運(yùn)用“將造型切換為……”“重復(fù)執(zhí)行”與“等待1秒”控件的結(jié)合，讓火柴人跳舞動畫更加逼真。

● 教學(xué)內(nèi)容：系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，建構(gòu)有序思維

在圖形化編程教學(xué)中，融入計(jì)算思維問題解決過程的結(jié)構(gòu)化與思維活動的有序性，能使教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)更加有序，更賦邏輯。在實(shí)際教學(xué)中，很多學(xué)生在運(yùn)用編程進(jìn)行問題解答時(shí)，往往無法準(zhǔn)確、有效地鏈接前后所學(xué)習(xí)的知識、技能，只能零散地呈現(xiàn)不完整的程序語句，使得知識零存而無法整取。圍繞教學(xué)目標(biāo)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)，讓零散的知識有序地存儲到學(xué)生的認(rèn)知中，即將知識按類別劃分、設(shè)定標(biāo)簽，與軟件中對應(yīng)的模塊關(guān)聯(lián)，并在教學(xué)過程中潛移默化地熏陶、引導(dǎo)學(xué)生模仿與思考，有序地輸入知識，能幫助學(xué)生建構(gòu)自身的知識體系，便于知識的有效激活與運(yùn)用。

例如，在“火柴人跳舞”一課中，要實(shí)現(xiàn)“火柴人跳舞”的動畫效果，首先，要明確本課主要教學(xué)內(nèi)容分為三部分：①創(chuàng)建新角色。②讓“火柴人”跳起來，實(shí)現(xiàn)動畫效果。③改變舞臺背景，營造絢麗多彩的舞臺;按照先后順序開展教學(xué)。其次，劃分類別、設(shè)定標(biāo)簽：將“火柴人”繪制這類使用繪圖編輯器的應(yīng)用，歸入“繪圖工具”應(yīng)用庫中;將“火柴人”跳起來、營造絢麗舞臺這類造型切換、背景顏色改變的應(yīng)用，與編程模塊中“外觀”建立聯(lián)系，歸入“外觀”應(yīng)用庫中;對于需要重復(fù)執(zhí)行的程序，與編程模塊中“控制”建立聯(lián)系，歸入“控制”應(yīng)用庫中。讓每種應(yīng)用類型、方法，與程序模塊建立聯(lián)系，歸類到相應(yīng)的知識應(yīng)用庫中，建立同一庫中新舊知識的聯(lián)系，結(jié)構(gòu)化處理各類編程應(yīng)用，幫助學(xué)生歸類、劃分知識結(jié)構(gòu)。以計(jì)算思維的結(jié)構(gòu)化、有序化設(shè)計(jì)教學(xué)，提升學(xué)生的編程思維能力和計(jì)算思維能力。

● 教學(xué)活動：微項(xiàng)目式教學(xué)，強(qiáng)化問題解決

編程課程是基于程序基礎(chǔ)語法知識、算法思維，培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力和思維能力的課程，強(qiáng)調(diào)知識技能到思維能力的轉(zhuǎn)化。在圖形化編程教學(xué)中，將知識、技能融入到動畫、情境故事、小游戲等微項(xiàng)目作品中，讓學(xué)生基于特定的項(xiàng)目任務(wù)或問題，探索并理解編程的模塊功能應(yīng)用與問題解決過程，在實(shí)踐體驗(yàn)中強(qiáng)化對學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。

1.細(xì)化項(xiàng)目模塊，優(yōu)化問題解決

在項(xiàng)目活動設(shè)計(jì)中，按照分解、模式識別、抽象、算法思維、評估和遷移的思維過程設(shè)計(jì)活動。①分解：有效組織學(xué)生對活動總目標(biāo)進(jìn)行分析、分解，按照教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)把總項(xiàng)目分為若干個(gè)相關(guān)聯(lián)的子項(xiàng)目，將知識要點(diǎn)、內(nèi)容與程序模塊功能融入到子項(xiàng)目中，明確各子項(xiàng)目的目標(biāo)任務(wù)，以驅(qū)動維持學(xué)生對問題探究的興趣與激情。②模式識別：依據(jù)子任務(wù)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生探索問題解決的最優(yōu)路徑，將目標(biāo)任務(wù)或問題轉(zhuǎn)化為可實(shí)施的問題解決流程圖，讓學(xué)生系統(tǒng)性地理解問題解決的思路與過程。以連貫的問題對該過程重用，明確程序解決問題的方法與思維邏輯。③抽象與算法思維：將流程圖的每個(gè)關(guān)鍵步驟，轉(zhuǎn)化成編程模塊，并組合搭建腳本，通過不斷地運(yùn)行調(diào)試、迭代完善程序，助力學(xué)生理解模塊的功能用途。④評估：提供同伴間互動交流的機(jī)會，表達(dá)并分享經(jīng)驗(yàn)打造共生資源，通過真實(shí)的問題解決體驗(yàn)和項(xiàng)目展現(xiàn)、質(zhì)疑、辯論，尋求模塊功能的真實(shí)應(yīng)用和用法，強(qiáng)化學(xué)生知識技能的運(yùn)用與觀察能力。⑤遷移：擴(kuò)展程序功能，進(jìn)一步優(yōu)化程序，強(qiáng)化學(xué)生對所學(xué)知識、技能的運(yùn)用能力，提升學(xué)生的問題解決能力和知識遷移能力。

例如，在“小貓出題”一課中，要求由“小貓”隨機(jī)產(chǎn)生2個(gè)加數(shù)來構(gòu)成加法計(jì)算題，學(xué)習(xí)者輸入答案，程序自動判斷答案的正確性，學(xué)習(xí)變量的建立方法、計(jì)算與比較大小。①分解任務(wù)：引導(dǎo)學(xué)生分析問題，并把總項(xiàng)目分成三個(gè)子項(xiàng)目——“小貓”隨機(jī)出題、學(xué)習(xí)者回答、“小貓”判斷答案;每個(gè)子項(xiàng)目融入相應(yīng)的知識點(diǎn)，在“小貓”隨機(jī)出題子項(xiàng)目中學(xué)習(xí)變量的建立與賦值，在“小貓”判斷答案子項(xiàng)目中學(xué)習(xí)變量的計(jì)算與比較，在學(xué)習(xí)者回答子項(xiàng)目中解決“詢問”的問題。②繪制思維流程圖：分別在每個(gè)子項(xiàng)目中將問題解決的思維方法轉(zhuǎn)化成流程圖。③尋找程序模塊，搭建腳本，根據(jù)流程圖的思維路徑，搭建腳本，運(yùn)行調(diào)試效果。④學(xué)生展示交流：對學(xué)生作品進(jìn)行評價(jià)，表揚(yáng)好作品，發(fā)現(xiàn)問題與不足。⑤拓展遷移：將加法計(jì)算題修改成乘法運(yùn)算題，然后將出題數(shù)量設(shè)置成5道，讓學(xué)生自主探索，提升學(xué)生編程思維的遷移能力。通過整個(gè)項(xiàng)目作品的制作，深化對學(xué)生計(jì)算思維觀念的培養(yǎng)，讓學(xué)生系統(tǒng)性地理解問題解決的思路與過程。

2.搭建學(xué)習(xí)支架，助力思維發(fā)展

中小學(xué)是編程教育的起始階段，學(xué)生對圖形化編程中的模塊功能、語法涵義較為陌生，學(xué)習(xí)探究中難免會遇到一些難以理解或不了解的知識和過程方法，教師應(yīng)及時(shí)搭建相應(yīng)的學(xué)習(xí)支架，為學(xué)生排疑解難，有效促進(jìn)學(xué)生的探究效能和思維發(fā)展。

①搭建知識支架。運(yùn)用計(jì)算思維相關(guān)概念解釋說明編程中涉及的模塊、語法知識等，促進(jìn)學(xué)生對各模塊功能用法的了解，完善學(xué)生的程序知識結(jié)構(gòu)和思想，提高學(xué)習(xí)效率。如在運(yùn)用“變量”時(shí)，可將其形容設(shè)計(jì)為會變魔法的盒子，能隨機(jī)變出不同的數(shù)字，結(jié)合形象的圖例幫助學(xué)生理解。

②搭建思維支架。圖示化的項(xiàng)目分析與問題解決框架，為學(xué)生解決問題提供思路和算法思維觀念的引導(dǎo)，指明學(xué)習(xí)方向。例如，在搭建腳本過程中，教師可在投影上展示師生共同分析的程序思維流程圖或算法思維導(dǎo)圖，供學(xué)生搭建腳本時(shí)參考問題解決的過程，發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力。在支架學(xué)習(xí)運(yùn)用相對成熟時(shí)及時(shí)撤掉，讓學(xué)生能夠獨(dú)立而有效地完成任務(wù)，形成自己的認(rèn)知與思維。

● 教學(xué)評價(jià)：持續(xù)跟蹤教學(xué)，多元融合評價(jià)

教學(xué)評價(jià)是教學(xué)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，全面地了解學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，及時(shí)反饋教學(xué)效果，是課堂教學(xué)質(zhì)量提升的關(guān)鍵。在基于計(jì)算思維的圖形化編程教學(xué)中，不僅要注重對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的觀察和學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度的評判，而且要加強(qiáng)對學(xué)生計(jì)算思維能力發(fā)展情況的考查。

例如，在教學(xué)過程中，可從學(xué)生的課堂參與度、自主學(xué)習(xí)能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新情況四個(gè)維度對學(xué)生課堂表現(xiàn)進(jìn)行觀察總結(jié)，通過自評（占30%）、組內(nèi)互評（占30%）和師評結(jié)合（占40%）的方式綜合評測學(xué)生的表現(xiàn)，及時(shí)反饋教學(xué)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵環(huán)節(jié)的有效性。在課程結(jié)束后，利用Dr.Scratch工具對學(xué)生提交的編程作品進(jìn)行評價(jià)，從作品的代碼或功能方面了解學(xué)生的計(jì)算思維能力發(fā)展程度。與過程性評價(jià)相結(jié)合，分析出學(xué)生在哪些知識點(diǎn)、哪一教學(xué)環(huán)節(jié)存在困難，精準(zhǔn)反饋，有利于教師針對性地指導(dǎo)學(xué)生，助力學(xué)生編程技能的提高，進(jìn)而提升學(xué)生計(jì)算思維能力和課堂學(xué)習(xí)成效。

計(jì)算思維是學(xué)生編程學(xué)習(xí)和思維能力培養(yǎng)的關(guān)鍵素養(yǎng)，也是數(shù)字時(shí)代的一項(xiàng)基本素養(yǎng)。對編程興趣的培養(yǎng)與計(jì)算思維能力的提升，在于選擇適合課程的教學(xué)策略和方法。面對不同學(xué)生的差異，教師應(yīng)立足于圖形化編程特點(diǎn)，有效融合計(jì)算思維思想，在項(xiàng)目探索中促進(jìn)學(xué)生理解，加強(qiáng)學(xué)生思維表達(dá)練習(xí)，提高學(xué)生問題解決能力，助力學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，提升編程教學(xué)效能。