基于計算思維三維框架的小學(xué)編程讀寫交互策略研究

李素卿

摘要：數(shù)據(jù)驅(qū)動的社會越來越凸顯計算思維的重要性，計算機(jī)編程是發(fā)展學(xué)生計算思維的有力載體，國家十分重視提高學(xué)生的信息素養(yǎng)，將編程教育納入中小學(xué)課程，著力培養(yǎng)數(shù)字化人才。本文主要在計算思維三維框架指揮下對小學(xué)圖形化編程教學(xué)讀寫交互策略進(jìn)行分析與探究，以期提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：計算思維;三維框架;小學(xué)編程;讀寫交互;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）22-0029-03

如何依托小學(xué)編程教學(xué)有效培養(yǎng)學(xué)生的計算思維是當(dāng)前小學(xué)信息技術(shù)教育關(guān)注的重點，在小學(xué)圖形化編程教學(xué)過程中，一方面學(xué)生的學(xué)習(xí)具有明顯具象性，實踐具有直接現(xiàn)實性，學(xué)生更感興趣，另一方面教師教學(xué)過程中更重視程序編寫能力，容易忽略讀程序能力的培養(yǎng)。而閱讀是從視覺材料中獲取信息并加以理解、領(lǐng)悟、吸收的思維過程，是一種主動體驗與認(rèn)知的過程。讀寫交互是在強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體的前提下，在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中訓(xùn)練程序編寫能力與程序閱讀能力，并循環(huán)構(gòu)建使之有效融合，實現(xiàn)交互，內(nèi)化為學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)思維發(fā)展。筆者以計算思維三維框架（計算概念、計算實踐、計算觀念）作為小學(xué)編程教學(xué)中計算思維培養(yǎng)的三維目標(biāo)，構(gòu)建圖形化編程讀寫交互的教學(xué)模式，在信息技術(shù)課程中進(jìn)行教學(xué)實踐探索。從實驗結(jié)果中分析得出結(jié)論：基于計算思維三維框架的讀寫交互編程教學(xué)模式能有效提高小學(xué)生計算思維能力。

● 常規(guī)訓(xùn)練讀寫交互，明確計算概念

計算概念是指學(xué)生在使用編程工具時所需要的一組概念，在小學(xué)圖形化編程中對應(yīng)的是一組積木代碼塊，涉及順序、循環(huán)、事件、并行、條件、運(yùn)算符和數(shù)據(jù)等常用計算概念。

1.引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確理解

培養(yǎng)小學(xué)生的計算思維，幫助學(xué)生牢固掌握圖形化編程中積木塊的功能和用法是最基本的要求。首先，要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會觀察分析，從積木外觀（顏色和形狀）入手，讓學(xué)生觀察不同顏色積木的不同功能，并嘗試總結(jié)分類，如命令積木、功能積木、觸發(fā)積木、控制積木，幫助學(xué)生按分類來學(xué)習(xí)積木，加速記憶;其次，要教會學(xué)生正確理解積木的定義，可以從積木的名稱結(jié)合參數(shù)選項了解積木的功能，還可以使用軟件中幫助文檔的積木定義熟悉功能的用法。

2.啟發(fā)學(xué)生靈活調(diào)試

編程是一門實用類的技能，需要在實踐的過程中進(jìn)行技能的學(xué)習(xí)，從實踐中掌握知識點，通過調(diào)試掌握積木塊的使用方法也是學(xué)習(xí)編程必備的技能。教師要在學(xué)習(xí)中訓(xùn)練、啟發(fā)學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上靈活測試積木。例如，命令類的積木直接拖動腳本區(qū)，改變參數(shù)并單擊即可看到執(zhí)行效果，這樣可以使學(xué)生在訓(xùn)練中深化對積木使用方法的記憶。

3.鼓勵學(xué)生積極測評

判斷學(xué)生是否真正掌握了積木的用法，要看學(xué)生是否能在簡單的程序中科學(xué)準(zhǔn)確地運(yùn)用積木。教師可以運(yùn)用簡單的辨析測試來檢驗，如課堂中借助問題和練習(xí)，有效檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，以考查學(xué)生的學(xué)習(xí)思維能力;綜合考慮學(xué)生的差異性，設(shè)置不同層次的練習(xí)，通過練習(xí)檢驗學(xué)生對知識的掌握程度，學(xué)生也會在練習(xí)過程中主動觀察、反思、歸納獲得結(jié)論，形成技能技巧，培養(yǎng)良好的思維品質(zhì)。

● 策略促進(jìn)讀寫交互，落實計算實踐

計算實踐關(guān)注的是學(xué)生在編程過程中所發(fā)展的實踐。它是一個構(gòu)建的過程，主要專注于學(xué)生思考和學(xué)習(xí)的過程，其中包含了四組實踐策略，即遞增和迭代、測試和調(diào)試、再利用和再創(chuàng)作，以及抽象和模塊化。

1.學(xué)生習(xí)慣的培養(yǎng)

小學(xué)生學(xué)習(xí)編程有明顯具的象性，教師為了追求“高效”的課堂，一般采用項目式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注任務(wù)，學(xué)習(xí)目標(biāo)模塊，模仿教師程序拼搭積木。這樣的學(xué)習(xí)相當(dāng)于用教師的思維復(fù)述教師的表達(dá)，學(xué)生只有模糊的初步的程序概念，缺乏對程序邏輯的理解，學(xué)習(xí)的自主性缺失。因此，教師應(yīng)通過讀寫交互的引用和開展，引導(dǎo)學(xué)生把程序閱讀和編寫進(jìn)行有效結(jié)合和理解，改變學(xué)習(xí)習(xí)慣，并積極主動地將教師所教知識運(yùn)用到自己的程序中。

首先，在課堂實踐中，訓(xùn)練項目的設(shè)置要貼近學(xué)生的生活實際，注重層次遞進(jìn)，符合學(xué)生學(xué)習(xí)的規(guī)律;其次，在項目分析時，不要急于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸納總結(jié)，要讓學(xué)生充分思考，嘗試用自然語言和圖示描述解決問題的過程和步驟，在此過程中，學(xué)生提出的方法與策略就是計算概念的初步呈現(xiàn);最后，將基于問題解決的系列編程課堂進(jìn)行結(jié)構(gòu)化強(qiáng)化，即從化整為零、循序漸進(jìn)、試錯迭代、異常處理四個層面去架構(gòu)課堂。

2.流程圖工具的輔助

小學(xué)階段是兒童從形象思維向抽象思維發(fā)展的轉(zhuǎn)變階段，小學(xué)生的邏輯思維能力和空間想象力較為薄弱，要將目標(biāo)任務(wù)的問題解決策略通過思維建構(gòu)后直接轉(zhuǎn)化為代碼表述存在一定難度，特別是邏輯復(fù)雜的項目。因此，教師要懂得借助實物直觀地進(jìn)行思維呈現(xiàn)，幫助學(xué)生尋求正確的思維方向。

借助流程圖表示算法的思路就是一種有效的方法，其具有以下特點：①圖比代碼清晰。繪圖本身就是一個思考的過程，又具直觀性，繪圖的過程促進(jìn)了思考，能幫助學(xué)生理清程序邏輯。②提高溝通效率。學(xué)生通過流程圖了解模塊的設(shè)計思路，對讀懂程序能起到促進(jìn)幫助作用。教師要充分利用流程圖的優(yōu)勢，教會學(xué)生閱讀、繪制流程圖，將流程圖作為問題表述和程序的中間媒介，并系統(tǒng)化地訓(xùn)練學(xué)生將學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化成代碼的編寫能力。

3.思維的多元訓(xùn)練

在編程學(xué)習(xí)中，學(xué)生經(jīng)常會出現(xiàn)程序“一看即懂”，但寫起程序來卻狀況不佳的情況，很容易局限在自己單一的解題思維中。因此，教師應(yīng)注重多樣化的訓(xùn)練，促進(jìn)學(xué)生靈活運(yùn)用計算概念進(jìn)行思路表達(dá)，形成系統(tǒng)的知識體系，培養(yǎng)學(xué)生廣度思維的思考模式;在積累的基礎(chǔ)上還必須圍繞多元思維展開訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生的想象思維和創(chuàng)新思維，從單一的、封閉的思維走向多元的、開放的思維。

通過閱讀可以了解別人的編程技巧和創(chuàng)意，在閱讀中教師要引導(dǎo)學(xué)生把握程序流程、理解程序算法及程序結(jié)構(gòu)等，引導(dǎo)學(xué)生形成良好的編程習(xí)慣和方法，使學(xué)生將閱讀代碼中領(lǐng)悟到的知識應(yīng)用到自己的程序設(shè)計當(dāng)中，在編寫程序過程中避免潛在錯誤，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，完善程序算法。

● 情感喚醒讀寫交互，深化計算觀念

計算觀念是指學(xué)生在創(chuàng)建程序過程中形成的有關(guān)他們身邊世界和他們自己的觀念，這是人格塑造、習(xí)慣形成的又一過程。三維框架下的計算觀念被分為三種觀念，即表達(dá)、聯(lián)系以及質(zhì)疑。

教育的本質(zhì)在于發(fā)展高階思維，運(yùn)用程序解決問題是編程教學(xué)的初級目標(biāo)，在編程學(xué)習(xí)中培養(yǎng)運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的思維方式才能有效落實信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)。過度強(qiáng)調(diào)策略，忽略學(xué)生的情感體驗，學(xué)生的主動性不能被很好地激發(fā)。教師應(yīng)在尊重學(xué)生情感體驗的同時，注重激發(fā)學(xué)生思維的主動性，循環(huán)建構(gòu)讀寫交互，有效提高學(xué)生計算思維，實現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)的全面提升。

1.項目遷移學(xué)習(xí)

小學(xué)生的自主發(fā)展能力不夠，無法自主地對零散知識之間的脈絡(luò)關(guān)系進(jìn)行組織，導(dǎo)致很難做到學(xué)以致用。教師在課堂中應(yīng)選擇貼近學(xué)生生活實際的問題驅(qū)動情境，通過項目式學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生親歷分析項目，從整體入手進(jìn)行問題分解;通過計算實踐，動手試錯迭代，將技能應(yīng)用于問題解決;親身體會發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、最終解決問題并優(yōu)化的完整過程。項目式學(xué)習(xí)不僅讓學(xué)生鞏固計算概念，重構(gòu)計算實踐，還能發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維。項目學(xué)習(xí)是學(xué)生編程學(xué)習(xí)和真實世界之間的橋梁，幫助學(xué)生將知識轉(zhuǎn)向思維，是學(xué)生能力提升、觀念塑造的又一過程。

2.思維指向?qū)W習(xí)

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確指出信息技術(shù)的教學(xué)目標(biāo)由重技能轉(zhuǎn)向重思維。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師容易將教學(xué)目標(biāo)停留在當(dāng)堂的知識點應(yīng)用上，忽略知識的遷移，沒有重視學(xué)生思維能力提升及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

因此，在編程教學(xué)中，教師應(yīng)精心設(shè)計問題，巧妙追思，激活學(xué)生思維，讓學(xué)生理清問題的本質(zhì)，深入了解算法;也可以將創(chuàng)編程序引入程序設(shè)計的教學(xué)中，基于算法，融合生活情境，構(gòu)建問題。創(chuàng)編程序題不僅能激發(fā)學(xué)生的挑戰(zhàn)欲望，還能促進(jìn)學(xué)生的程序框架建構(gòu)，達(dá)到算法與情境的深度融合，實現(xiàn)深度思維。

3.思維建構(gòu)學(xué)習(xí)

在問題求解中培養(yǎng)學(xué)生的算法建構(gòu)能力，缺少知識遷移的思維建構(gòu)過程。在編程學(xué)習(xí)中，在學(xué)生探究主題的過程中，教師應(yīng)使其樹立整體意識，然后進(jìn)行問題分解，以小任務(wù)構(gòu)建認(rèn)知結(jié)構(gòu)，再在小任務(wù)中橫向聯(lián)系。學(xué)生在清楚問題本質(zhì)并深刻理解算法的基礎(chǔ)上構(gòu)建完整知識體系，之后才能構(gòu)建思維網(wǎng)。教師應(yīng)有意訓(xùn)練學(xué)生自主對知識提取應(yīng)用，由最基本的算法在程序中的優(yōu)化遷移應(yīng)用，到應(yīng)用互動媒體解決問題，最終達(dá)到應(yīng)用科學(xué)概念解決一切問題。

“遷移能力”是培養(yǎng)計算思維的關(guān)鍵核心，筆者將計算思維分為計算概念、計算實踐和計算觀念，組成三維框架，為計算思維的落實提供支架。采取有效的辦法讓學(xué)生懂得閱讀與寫程序的融合應(yīng)用，提升讀寫交互能力，具備抽象化、結(jié)構(gòu)化計算機(jī)思維是全面提升小學(xué)編程教學(xué)行之有效的方法，能有效地提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。

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本文系福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度立項課題“基于思維導(dǎo)圖優(yōu)化小學(xué)編程教學(xué)計算思維培養(yǎng)的策略研究”（立項批準(zhǔn)號：FJJKZX21-265）部分研究成果。