面向計算思維培養(yǎng)的小學圖形化編程教學探究

王慧

摘要：計算思維是小學信息技術(shù)學科的核心素養(yǎng)，是信息技術(shù)教學的重要內(nèi)容。小學圖形化編程教學是計算思維培養(yǎng)的重要載體之一，筆者在教學過程中進行了一系列的探究，總結(jié)設(shè)計了面向計算思維培養(yǎng)的小學圖形化編程教學流程，并選取了2021年在全國小學信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課展示活動中獲得標桿課的課例進行分析說明，探討如何在小學圖形化編程教學中培養(yǎng)學生的計算思維，以期推動少兒編程教學的發(fā)展，為師生信息素養(yǎng)的提升獻計獻策。

關(guān)鍵詞：小學圖形化編程;計算思維;教學探究

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2021）S2-0026-03

2003年，周以真教授首次提出“計算思維”這一概念，她認為計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解等覆蓋計算機科學的思維和能力[1]。計算思維可以幫助人們解決復雜的問題，與人們的生活和工作緊密相關(guān)，是一種普適的能力，也是信息技術(shù)學科的核心素養(yǎng)。在小學階段，圖形化編程教學是培養(yǎng)學生計算思維非常重要的載體之一[2]，但是在教學中有不少教師因為缺乏經(jīng)驗不知如何教學，或者是教學效果不佳。因此，探究如何在小學圖形化編程教學中培養(yǎng)學生的計算思維顯得尤為重要。

面向計算思維培養(yǎng)的小學圖形化編程教學流程設(shè)計

根據(jù)對計算思維的學習和理解，結(jié)合日常小學圖形化編程教學的經(jīng)驗以及小學圖形化編程教學的特點，筆者設(shè)計了以“化繁為簡、化簡為繁”為模式的小學圖形化編程教學流程圖（如圖1）。“化繁為簡”指的是將復雜的問題分解，使其簡單化;“化簡為繁”指的是讓學生將碎片的知識系統(tǒng)化，讓思維從具體化走向抽象化。

教師先分析教材和學情，確定教學目標及重難點。教學過程經(jīng)過“創(chuàng)設(shè)情境，將思維可視化”“初步應(yīng)用，將程序具象化”“深入運用，將難點直觀化”“自主創(chuàng)作，將思維系統(tǒng)化”“小結(jié)提升，將思考深度化”等五個環(huán)節(jié)，并且注重課后教學反思。在這個過程中，參照成熟的計算思維解決問題的方式，在深入運用環(huán)節(jié)中，通過“確定問題”“分解問題”“模式識別”“算法設(shè)計”“執(zhí)行步驟”“調(diào)試改進”這幾個步驟解決課堂難點。整個過程都需要考慮設(shè)計導學單、制作情境教具、設(shè)計迭代板書，以支撐整個過程能夠順利進行。

與此同時，學生的思維也在循序漸進中得到鍛煉，學生體驗了將復雜問題轉(zhuǎn)換成簡單問題的程序思維，實現(xiàn)由解決一個問題到解決一類問題的思維蛻變。

面向計算思維培養(yǎng)的小學圖形化編程教學實施案例

下文選取了筆者2021年在全國小學信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課展示活動中獲得標桿課的課例，具體分析怎樣在小學圖形化編程教學中滲透學生計算思維的培養(yǎng)。

1.分析到位，旨在落實計算思維培養(yǎng)

對教材和學生情況的了解，是編程教學的前提。本內(nèi)容來源信息技術(shù)六下編程單元《繪制創(chuàng)意圖形》。無論多么復雜的程序都可以分解為順序、選擇、循環(huán)這三種基本結(jié)構(gòu)，其中，循環(huán)結(jié)構(gòu)是重中之重。繪制創(chuàng)意圖形的關(guān)鍵點就是對循環(huán)結(jié)構(gòu)的理解與掌握。

這節(jié)課教師將教材中使用畫筆繪制創(chuàng)意圖形改編成企鵝進行花樣滑冰游戲情境，留下創(chuàng)意圖形軌跡，讓教學內(nèi)容更富有情境、更具吸引力，讓學生更容易理解循環(huán)結(jié)構(gòu)及嵌套。通過逐步設(shè)置情境難度、設(shè)計思維訓練工具，將學生計算思維的培養(yǎng)落到實處。

六年級學生正處于形象思維向抽象思維過渡的階段，較難理解結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的嵌套等抽象概念;他們已經(jīng)學習了算法初步、順序結(jié)構(gòu)等知識，初步掌握了理解過程、在圖形化編程軟件中拖動代碼的技能，但不具備從整體上分析循環(huán)規(guī)律的意識。

基于以上分析，筆者將本節(jié)課的教學目標確定為：學生理解循環(huán)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成，掌握循環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用;在應(yīng)用循環(huán)結(jié)構(gòu)進行程序設(shè)計的過程中，培養(yǎng)學生的計算思維;學生學會使用形象化工具分析循環(huán)結(jié)構(gòu)，養(yǎng)成利用工具處理問題的能力;培養(yǎng)學生勇于探索的精神和善于交流的能力。

其中，理解并初步應(yīng)用循環(huán)結(jié)構(gòu)是本節(jié)課的重點。小學生難以理解循環(huán)結(jié)構(gòu)嵌套的執(zhí)行過程，所以應(yīng)用循環(huán)結(jié)構(gòu)的嵌套進行程序設(shè)計就成為本節(jié)課的難點。

2.環(huán)節(jié)設(shè)計，多方面滲透計算思維培養(yǎng)

根據(jù)“化繁為簡、化簡為繁”模式的小學圖形化編程教學設(shè)計流程，將教學核心環(huán)節(jié)設(shè)計如下。

（1）創(chuàng)設(shè)情境，將思維可視化

設(shè)計學生喜歡的桌游導入，學生在與同伴玩桌游的過程中借助老師設(shè)計提供的工具進行思考分析，填寫游戲步驟，將思維形象地表示出來。

接著學生在圖形化編程軟件中實現(xiàn)桌游效果，在一步步拖代碼中深刻體驗到重復拖動代碼的不便，此時，教師利用直觀的步驟表和學生一起分析重復的步驟代碼和次數(shù)。學生通過實踐、對比，觀察發(fā)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)，體會循環(huán)結(jié)構(gòu)的好處，理解循環(huán)次數(shù)和循環(huán)體。整個過程符合學生認知規(guī)律，循序漸進，水到渠成。

（2）初步應(yīng)用，將程序具象化

教師首先給學生播放視頻，讓學生分析企鵝滑冰軌跡為一個正方形的步驟，并運用循環(huán)結(jié)構(gòu)完成程序設(shè)計，讓學生建立觀察、分析到循環(huán)結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)，通過實例將循環(huán)具象化，讓學生進一步理解循環(huán)結(jié)構(gòu)，掌握其初步應(yīng)用。

（3）深入運用，將嵌套直觀化

循環(huán)結(jié)構(gòu)的嵌套是本節(jié)課的難點，成熟的計算思維能夠?qū)㈦y題清晰地描述并解答出來。參照計算思維解決問題的方式，教師設(shè)計了企鵝花樣滑冰軌跡，讓學生進行以下思維訓練。

①分解問題。學生觀看視頻，將問題分解成重復畫正方形（如下頁圖2）。

②模式識別。學生觀察企鵝畫正方形過程中旋轉(zhuǎn)的角度及旋轉(zhuǎn)次數(shù)之間的聯(lián)系。

③算法設(shè)計。學生分析循環(huán)體和循環(huán)次數(shù)，利用循環(huán)結(jié)構(gòu)進行算法設(shè)計。此時，教師適時引導學生發(fā)現(xiàn)循環(huán)體中包含循環(huán)結(jié)構(gòu)，從而引出循環(huán)結(jié)構(gòu)的嵌套（如下頁圖3）。

④執(zhí)行步驟、分析判斷結(jié)果。學生在圖形化軟件中利用循環(huán)結(jié)構(gòu)的嵌套方式實現(xiàn)效果。

通過這一環(huán)節(jié)，學生可以體驗到將復雜問題轉(zhuǎn)化成簡單問題的思維過程，對循環(huán)結(jié)構(gòu)的嵌套有了較深入的了解，為后面的創(chuàng)作奠定基礎(chǔ)。

（4）自主創(chuàng)作，將思維系統(tǒng)化

教師展示部分復雜圖案，激發(fā)學生繼續(xù)挑戰(zhàn)的熱情，小組合作，在分解問題、解決問題過程中，先學會畫多個正方形的編程，再學會畫任意個多邊形的編程。學生通過匯報展評，提高表達能力，深化對創(chuàng)作作品的結(jié)構(gòu)分析，強化循環(huán)結(jié)構(gòu)的理解運用，實現(xiàn)由解決一個問題到解決一類問題的思維蛻變，并擁有自己的想法，讓思維從“碎片化”變得更加“系統(tǒng)化”。

（5）小結(jié)提升，將思考深度化

在總結(jié)本節(jié)課所學知識的基礎(chǔ)上，教師向?qū)W生提出一系列問題，引導學生深入思考，激發(fā)學生進一步學習的熱情。

面向計算思維培養(yǎng)的圖形化編程教學反思

縱觀本課，教師充分尊重學生思維發(fā)展特點，讓學生思維從“具象化”走向“抽象化”，從“碎片化”變得更加“系統(tǒng)化”。具體表現(xiàn)如下。

其一，落實思維培養(yǎng)。參照成熟計算思維思考問題的方式，利用桌游、表格、板書、導學單等，層層引導學生深度思考，在這一過程中關(guān)注自然語言到程序語言的過渡，將學生計算思維的培養(yǎng)落到實處。學生在思維訓練后實現(xiàn)由解決一個問題到解決一類問題，進而進行創(chuàng)意創(chuàng)作的思維蛻變。

其二，巧設(shè)游戲情境。將企鵝滑冰情境貫穿整個課堂，逐步提升企鵝滑冰難度，即提高游戲挑戰(zhàn)難度。學生在挑戰(zhàn)中進行不同程度上的創(chuàng)作，不同水平的學生得到不同層次的收獲和提高。

其三，精心設(shè)計板書。注重直觀、色彩搭配，從代碼出發(fā)選擇相應(yīng)板書的顏色，注重板書的迭代、生成過程，幫助學生分析、理解、內(nèi)化教學內(nèi)容。

總結(jié)

化繁為簡，讓學生在輕松、愉快的情境中學習，培養(yǎng)計算思維;化簡為繁，讓學生將簡單、碎片的知識系統(tǒng)化，學會知識遷移。

當然，上述教學流程僅僅是筆者通過一線教學不斷探索、總結(jié)的經(jīng)驗，不一定適用所有的師生。一線教師需要在教學過程中不斷挖掘，在教學中充分立足課本內(nèi)容，以學生為本，尊重學生的認知發(fā)展規(guī)律，循序漸進地對學生進行思維訓練，在課堂教學的方方面面滲透學生計算思維的培養(yǎng)。

參考文獻：

[1]謝忠新，曹楊璐.中小學信息技術(shù)學科學生計算思維培養(yǎng)的策略與方法[J].中國電化教育，2015（11）：116-120.

[2]陳茂賢，何國星.基于計算思維培養(yǎng)的小學Scratch編程教學[J].教育信息技術(shù)，2017（10）：53-57.