積木理論：在搭建與拆解中探尋計(jì)算思維培養(yǎng)路徑

劉濤

【摘 要】計(jì)算思維是義務(wù)教育信息技術(shù)核心素養(yǎng)之一，編程課程作為計(jì)算思維培養(yǎng)的重要課程越來(lái)越受到教育部門的重視，計(jì)算思維也是學(xué)生適應(yīng)信息化時(shí)代發(fā)展的一項(xiàng)基本能力。當(dāng)下計(jì)算思維的理論研究較為成熟，但是實(shí)踐指導(dǎo)研究較少，本文結(jié)合小學(xué)階段兒童特點(diǎn)，從實(shí)踐層面利用積木理論探尋適合兒童計(jì)算思維培養(yǎng)的有效路徑，在知識(shí)點(diǎn)的搭建與拆解中內(nèi)化計(jì)算思維。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維;積木理論;拆解;搭建;信息技術(shù)核心素養(yǎng)

《江蘇省義務(wù)教育信息技術(shù)課程綱要》指出信息技術(shù)課程以培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)為總目標(biāo)，信息素養(yǎng)是當(dāng)今社會(huì)每個(gè)公民必備的基本素養(yǎng)，義務(wù)教育信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)能力、信息社會(huì)責(zé)任。編程教學(xué)是計(jì)算思維培養(yǎng)的有效方式之一，積木原理將計(jì)算思維形象化，從實(shí)踐層面將學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)落地。

一、釋義：計(jì)算思維

2006年，周以真教授在美國(guó)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》雜志上定義計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。為便于理解，周以真教授將計(jì)算思維進(jìn)一步定義，通過(guò)約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看來(lái)困難的問(wèn)題重新闡釋成一個(gè)我們已知問(wèn)題的解決方法;是一種選擇合適的方式去陳述一個(gè)問(wèn)題，或?qū)σ粋€(gè)問(wèn)題的相關(guān)方面建模使其易于處理的思維方法。結(jié)合眾多學(xué)者對(duì)計(jì)算思維的不同界定，筆者認(rèn)為小學(xué)階段計(jì)算思維的培養(yǎng)，是指學(xué)生要掌握解決問(wèn)題的方法，能根據(jù)已學(xué)知識(shí)與已有經(jīng)驗(yàn)，選擇合適的方法去解決遇到的問(wèn)題的一種思維能力。

二、剖析：積木理論

積木指的是學(xué)生所掌握的獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn);當(dāng)針對(duì)某一目標(biāo)進(jìn)行積木的搭建時(shí)，搭建過(guò)程即是學(xué)生對(duì)已有知識(shí)的整合過(guò)程;在面對(duì)新的目標(biāo)時(shí)，進(jìn)行積木的拆解，即分解已有的問(wèn)題，學(xué)生運(yùn)用已有的積木塊（已有知識(shí)），選擇最優(yōu)方法進(jìn)行再次的知識(shí)搭建，從而完成新的目標(biāo)。

綜上所述，積木理論就是學(xué)生利用已有的不同形狀、不同顏色的積木（已有知識(shí)與已有經(jīng)驗(yàn)），能根據(jù)不同的搭建主題（遇到的不同問(wèn)題），進(jìn)行思維風(fēng)暴，自主進(jìn)行積木搭建與拆解（知識(shí)的融匯貫通）。

三、路徑：積木理論探尋計(jì)算思維培養(yǎng)路徑

（一）積累積木塊

目前小學(xué)階段主要學(xué)習(xí)scratch編程軟件，scratch擁有可視化的編程界面、采用圖形編程語(yǔ)言、非常巧妙的是引入了積木塊代替程序語(yǔ)言。在前期的編程教學(xué)中學(xué)生主要學(xué)習(xí)掌握編程軟件各個(gè)積木塊的功能，進(jìn)行知識(shí)積淀。在小學(xué)編程教學(xué)前期的課程中，學(xué)生需要掌握scratch的基本操作，包括添加控件、拆除控件、刪除控件、打開與保存作品等。在掌握基本控件操作方法之后，進(jìn)行認(rèn)知積累，熟悉掌握動(dòng)作、聲音、畫筆、數(shù)據(jù)、事件、控制、偵測(cè)、數(shù)字和邏輯關(guān)系等模塊的功能。在掌握了各模塊中控件的功能之后，學(xué)生的腦海中就擁有了眾多顏色各異、形狀不同的積木塊了，積木塊的扎實(shí)積累為后期熟練的搭建與拆解奠定了基礎(chǔ)。

（二）積木搭建與拆解

根據(jù)皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論，小學(xué)階段兒童處于具體運(yùn)算階段，這一階段的兒童能夠根據(jù)現(xiàn)象的觀察進(jìn)行推理演算，具有邏輯性思考能力。小學(xué)五年級(jí)的學(xué)生開始接觸scratch編程軟件，學(xué)生認(rèn)知向形式運(yùn)算階段發(fā)展，學(xué)生的抽象思維能力逐漸發(fā)展與成熟，能夠?qū)κ挛锏陌l(fā)展做出假設(shè)與驗(yàn)證。因此能通過(guò)教師的啟發(fā)進(jìn)行自主探索，學(xué)生調(diào)用已掌握的積木塊進(jìn)行積木的搭建，最終完成搭建目標(biāo)。

拆解是為了下一次更好的搭建，再遇到新的搭建目標(biāo)時(shí)，將積木塊進(jìn)行拆解，在思維碰撞中完成新的搭建目標(biāo)。

1.順序結(jié)構(gòu)——初級(jí)搭建

在《青蛙過(guò)河》一課中，根據(jù)積木理論，本節(jié)課的授課過(guò)程就是帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行積木搭建的過(guò)程，在積木搭建中培養(yǎng)計(jì)算思維。本節(jié)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)小青蛙通過(guò)荷葉跳躍過(guò)河，學(xué)生在前期積木積累中，掌握了移動(dòng)控件的功能以及掌握控制模塊中等待控件的功能，本節(jié)課在教師的引導(dǎo)下通過(guò)對(duì)坐標(biāo)概念的了解，對(duì)小青蛙運(yùn)動(dòng)軌跡的分析，從而能通過(guò)初級(jí)積木搭建掌握順序結(jié)構(gòu)，在搭建中實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的培養(yǎng)。

2.分支結(jié)構(gòu)——中級(jí)搭建

學(xué)生掌握了程序設(shè)計(jì)中的順序結(jié)構(gòu)后，正式接觸程序結(jié)構(gòu)，搭建技能將由初級(jí)搭建向中級(jí)搭建提升。在《小貓出題》一課，我將變量類比為小黑板進(jìn)行講解，從抽象轉(zhuǎn)為具象，創(chuàng)建三塊小黑板，分別寫上加數(shù)1、加數(shù)2、和，通過(guò)對(duì)回答的判斷進(jìn)行分支結(jié)構(gòu)的搭建。進(jìn)行思維導(dǎo)圖分析之后，學(xué)生進(jìn)行積木搭建，在搭建中深化計(jì)算思維的培養(yǎng)。

3.循環(huán)、分支結(jié)構(gòu)——高級(jí)拆解與搭建

在掌握順序結(jié)構(gòu)與分支結(jié)構(gòu)后，學(xué)生已建構(gòu)了成熟的搭建思維，在《賽車游戲》一課，授課過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生為賽車裝上兩只“傳感器”作為偵測(cè)工具，通過(guò)分析小車的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)理解程序結(jié)構(gòu)，為便于理解，我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生利用思維導(dǎo)圖分析小車運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)行程序搭建。

在進(jìn)行思維導(dǎo)圖分析之后，學(xué)生將已建構(gòu)的程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆解，重新進(jìn)行積木搭建，本節(jié)課涉及學(xué)生已掌握的分支結(jié)構(gòu)、順序結(jié)構(gòu)，學(xué)生將思維導(dǎo)圖中相應(yīng)模塊替換為已掌握的積木塊進(jìn)行高級(jí)搭建。

四、結(jié)語(yǔ)：搭建目標(biāo)，拆解為下一次更好的搭建

小學(xué)編程教學(xué)是學(xué)生階段程序結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)的啟蒙階段，同時(shí)也是整個(gè)編程學(xué)習(xí)的奠基石。計(jì)算思維是小學(xué)信息技術(shù)培養(yǎng)的重要思維能力之一，在整個(gè)編程學(xué)習(xí)中，學(xué)生遇到問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，利用已掌握的積木塊進(jìn)行搭建、拆解、拆解中搭建，利用積木理論內(nèi)化計(jì)算思維的培養(yǎng)。

積木理論與scratch編程軟件完美契合，都從積木塊具象層面解釋編程語(yǔ)言，將抽象的編程形象化為具象的積木塊，利用學(xué)生熟悉的積木原理進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高昂，學(xué)習(xí)效率有很大提高。隨著信息技術(shù)課程體系的不斷發(fā)展，我們也將積木理論繼續(xù)優(yōu)化，旨在利用最合適學(xué)生的方法帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)編程，在積木搭建與拆解中內(nèi)化計(jì)算思維。

【參考文獻(xiàn)】

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