基于培養(yǎng)計(jì)算思維的小學(xué)編程教育課程的開發(fā)與實(shí)踐

王 政

（青島大棗園小學(xué) 山東青島 266100）

引言

隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，人們的生活方式也發(fā)生了翻天覆地的變化，琳瑯滿目的電子產(chǎn)品在不知不覺(jué)中改變了人們的生活方式。一方面深深地影響了人們的日常衣食住行，讓人們的生活方式更加快捷和高效；另一方面，也對(duì)人們適應(yīng)環(huán)境的能力提出了更高的要求。在信息化的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代背景下，人們不但需要具有傳統(tǒng)的閱讀能力、寫作能力、計(jì)算能力等技能，更需要具備計(jì)算思維能力。目前，在各大高校中，計(jì)算思維能力也越來(lái)越受到重視。但是針對(duì)中小學(xué)階段，尤其是小學(xué)教育部分，大多數(shù)人對(duì)于小學(xué)生信息素養(yǎng)的要求，只是停留在初步地掌握技術(shù)方面，小學(xué)教師也多是機(jī)械而傳統(tǒng)化地傳授信息技術(shù)知識(shí)，并沒(méi)有將對(duì)于學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)放在一個(gè)突出的位置。所以，如何將計(jì)算思維更好地融入小學(xué)課程，并基于計(jì)算思維推動(dòng)小學(xué)編程教育課程的開發(fā)與實(shí)踐，是當(dāng)下亟待解決的問(wèn)題之一[1]。

一、計(jì)算思維的概念

在人類的所有思維理念中，計(jì)算思維屬于其中的一種非常重要的思維方式。它是在計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念和基本理論上來(lái)進(jìn)行對(duì)問(wèn)題的解決。

1.計(jì)算思維的重要性

人們?cè)谌粘Ｉ钪卸加兄畔⒒捏w現(xiàn)，比如，網(wǎng)上購(gòu)物、線上打車等，這些都無(wú)時(shí)無(wú)刻地在影響著人們的生活，在帶來(lái)極大的便利的同時(shí)，也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。為了能夠更好地面對(duì)這個(gè)瞬息萬(wàn)變的時(shí)代，我們就必須要做到與時(shí)俱進(jìn)、創(chuàng)新與創(chuàng)造，所以，這就要求學(xué)生要有相應(yīng)的思維方式，尤其是計(jì)算思維。

2.培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維的意義

計(jì)算思維，它是需要有一個(gè)明確的既定問(wèn)題與與之相應(yīng)的解決方案的一個(gè)完整思維過(guò)程。這種思維方式對(duì)于當(dāng)下的學(xué)生而言是十分具有前瞻性的，對(duì)于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)有著很大的幫助。因?yàn)樵诂F(xiàn)在的小學(xué)教育中，絕大部分的老師在教育時(shí)還是以學(xué)業(yè)教育為主，將大多數(shù)精力放在學(xué)生的聽(tīng)說(shuō)讀寫算等相對(duì)較為傳統(tǒng)的技能培養(yǎng)上，對(duì)于學(xué)生的素質(zhì)教育及綜合能力培養(yǎng)關(guān)注度過(guò)低。因而，對(duì)于信息時(shí)代的新一代小學(xué)生而言，應(yīng)該具備一項(xiàng)全新的技能，就是計(jì)算思維。因?yàn)檫@種靈活發(fā)散又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式，可以極大地培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、問(wèn)題解決能力、創(chuàng)新意識(shí)，通過(guò)計(jì)算思維的培養(yǎng)，學(xué)生能夠更加靈活地去完成自己的學(xué)業(yè)，并且在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中更加自信。

二、小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)現(xiàn)狀

1.教師及學(xué)生重視度欠缺

2006年，周以真教授首次提出計(jì)算思維這一概念，其在剛開始提出時(shí)所受到重視程度并不高，而隨著時(shí)間的不斷累積，理論的不斷強(qiáng)調(diào)，計(jì)算思維在信息課堂中開始有所體現(xiàn)，但在其他學(xué)科中還無(wú)法進(jìn)行很好的融入。所以，大部分的小學(xué)教師對(duì)于計(jì)算思維的理解并不深刻，導(dǎo)致在對(duì)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)不知如何下手，進(jìn)而進(jìn)一步地忽略對(duì)于學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。當(dāng)老師對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)知欠缺時(shí)，學(xué)生也無(wú)法更好地去正面認(rèn)知思維對(duì)自己的正向影響，認(rèn)為其也就無(wú)非是一種比較新穎的思維方式，缺乏對(duì)其最基本的重視，所以也就使得學(xué)生在整個(gè)小學(xué)過(guò)程中計(jì)算思維無(wú)法得到很好鍛煉，在面對(duì)問(wèn)題時(shí)缺乏有效的解決途徑，增加了學(xué)習(xí)難度，使得自己的學(xué)習(xí)積極性受挫。

2.小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)方式單一

在目前的小學(xué)教育中，很多小學(xué)教師在進(jìn)行實(shí)際教學(xué)時(shí)教學(xué)方式方法單一，沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的變通，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)時(shí)容易產(chǎn)生疲勞感，不能激發(fā)學(xué)習(xí)欲望。在計(jì)算思維的培養(yǎng)上也是如此，小學(xué)教師普遍采用日常的教學(xué)方法來(lái)進(jìn)行學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，因此，并沒(méi)有取得良好的效果。計(jì)算思維作為信息化教學(xué)的四大專業(yè)素養(yǎng)之一，應(yīng)該引起小學(xué)教師的足夠重視，將其作為重點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)。但是，現(xiàn)實(shí)卻與之相反，老師普遍對(duì)其重視程度欠缺，沒(méi)有進(jìn)行針對(duì)性的教育，而是一帶而過(guò)，無(wú)法保證實(shí)際的教學(xué)效果[2]。

3.小學(xué)生缺乏計(jì)算思維培養(yǎng)途徑

在目前的小學(xué)教學(xué)課堂中，針對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)普遍只有在信息課堂中才有所體現(xiàn)，在其他科目中幾乎沒(méi)有涉及，學(xué)科之間的融入度相對(duì)較低。由于信息技術(shù)課堂是以理論為主，所以對(duì)于計(jì)算思維的培養(yǎng)僅僅是在信息技術(shù)課堂中是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要其他學(xué)科的深入配合，給予更多的途徑渠道，才能夠使計(jì)算思維得到更廣泛的運(yùn)用，讓小學(xué)生能夠體會(huì)到它對(duì)于學(xué)習(xí)生活的實(shí)際幫助。這樣才能夠促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的養(yǎng)成，達(dá)到真正的教學(xué)培養(yǎng)目的。

三、基于培養(yǎng)計(jì)算思維的小學(xué)編程教育課程培養(yǎng)策略

在對(duì)小學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維培養(yǎng)的過(guò)程中，教師一定不能操之過(guò)急，只注重表面而不注重實(shí)際的內(nèi)在。在進(jìn)行計(jì)算思維培養(yǎng)之前，教師首先要培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成計(jì)算思維的意識(shí)，老師要對(duì)學(xué)生講解在生活中使用計(jì)算思維的實(shí)際案例，這樣學(xué)生才會(huì)對(duì)計(jì)算思維有一個(gè)相對(duì)較為明確的理解。比如，在進(jìn)行信息技術(shù)課堂教學(xué)時(shí)，教師可以通過(guò)引入一些可視化的編程工具，提高學(xué)生對(duì)信息技術(shù)學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)學(xué)生的好奇心。這樣就可以既提高學(xué)生對(duì)信息技術(shù)學(xué)習(xí)的興趣，又培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

1.圍繞實(shí)際項(xiàng)目，注重問(wèn)題分析解決

為了能夠更好地幫助學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)，老師應(yīng)該積極地去改進(jìn)編程語(yǔ)言教學(xué)的方式方法。在現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)教學(xué)中，有一個(gè)普遍的情況是，大部分學(xué)生都學(xué)習(xí)過(guò)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，但是卻鮮有學(xué)生能夠獨(dú)立自主地去寫出一個(gè)完整的程序，最根本的原因就在于學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程之中只是進(jìn)行簡(jiǎn)單模仿，對(duì)老師的表達(dá)式循環(huán)條件判斷等命令行進(jìn)行最表淺化的學(xué)習(xí)，所以，從開始學(xué)習(xí)到學(xué)習(xí)結(jié)束，學(xué)生也只是了解了編程語(yǔ)言最基本的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，不能進(jìn)行靈活運(yùn)用，在實(shí)際的問(wèn)題解決過(guò)程中無(wú)法學(xué)以致用。周以真教授明確提出，計(jì)算思維最關(guān)鍵的兩個(gè)要素就是抽象與自動(dòng)化，所以，在實(shí)際的編程教學(xué)中，教師一定不能將其進(jìn)行孤立教學(xué)，而是要有機(jī)地將二者相結(jié)合，這才能夠更好地符合計(jì)算機(jī)教材教學(xué)的基本原則。因此，在進(jìn)行實(shí)踐問(wèn)題解決時(shí)，學(xué)生首先理清自己解決問(wèn)題的思路，并將其與解決實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，這樣才能在解決問(wèn)題的過(guò)程中更好地去分析問(wèn)題，規(guī)劃制定解決方案，用帶有批判性的思維去看待整個(gè)方案的可操作性，然后才按照方案去一步一步地進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在編程教育校本教材選擇項(xiàng)目的問(wèn)題上，也遵循著一定的規(guī)律，有著其獨(dú)特的選擇方法，主要有以下兩點(diǎn)。一是，要根據(jù)學(xué)生身邊所遇到的實(shí)際問(wèn)題來(lái)選擇項(xiàng)目主題，這樣才能夠更好地貼近實(shí)際生活，讓學(xué)生親身體會(huì)到項(xiàng)目的主題，引起學(xué)生對(duì)解決問(wèn)題的興趣，從而達(dá)到提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力的教學(xué)目的。比如，可以利用學(xué)生在日常生活中所遇到的平均數(shù)的問(wèn)題，通過(guò)計(jì)算商品的平均價(jià)格，讓學(xué)生深入地思考怎樣去更好地利用計(jì)算機(jī)科學(xué)思維對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決。學(xué)生通過(guò)深入思考與討論，可以將這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行發(fā)散，進(jìn)而對(duì)這一類型的問(wèn)題有一個(gè)統(tǒng)一的解決方案，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。二是，在項(xiàng)目主題選擇時(shí)必須要具備相應(yīng)的趣味性。因?yàn)樵谛W(xué)時(shí)期，孩子的學(xué)習(xí)興趣對(duì)于學(xué)習(xí)成果的影響十分巨大，通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生興趣來(lái)讓學(xué)生更加主動(dòng)地參與到學(xué)習(xí)過(guò)程之中，可以更加高效地促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深入思考，對(duì)知識(shí)的吸收速度也會(huì)提升，并主動(dòng)地去進(jìn)行相應(yīng)的分析，讓學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程之中由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的良好學(xué)習(xí)行為習(xí)慣。

2.通過(guò)Mind+降低編程準(zhǔn)入門檻

在現(xiàn)在的編程教育中，所有的編程教育都離不開一門程序語(yǔ)言，在程序語(yǔ)言的發(fā)展歷史上，先是logo語(yǔ)言牢牢占據(jù)著歷史舞臺(tái)，但隨著麻省理工多媒體實(shí)驗(yàn)室所推出了一種新型的程序語(yǔ)言，成功將其送入了歷史，Mind+成了新的程序語(yǔ)言。由于它是一種可視化的編程方式，所以備受人們所青睞，一經(jīng)推出就得到了所有人的認(rèn)可，占據(jù)了牢不可破的社會(huì)地位。由于它是可視化的編程方式，所以與以前在小學(xué)中所推行的LOGO編程方式最大的區(qū)別就在于學(xué)生不用去強(qiáng)行記憶命令行，對(duì)于學(xué)生的基本要求更低，甚至不需要學(xué)生認(rèn)識(shí)英語(yǔ)單詞，熟悉鍵盤操作，就可以進(jìn)行程序的編程，極大地降低了編程學(xué)習(xí)的門檻，增加了學(xué)生對(duì)其學(xué)習(xí)的興趣。它在進(jìn)行編程時(shí)所使用的基本命令與參數(shù)都是通過(guò)模塊的形式來(lái)體現(xiàn)，學(xué)生可以通過(guò)移動(dòng)鼠標(biāo)來(lái)將模塊拖動(dòng)到程序編輯欄，就可以進(jìn)行程序的編輯，非常簡(jiǎn)單明了，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生對(duì)于編程的好奇心，使學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)過(guò)程中有更多的學(xué)習(xí)成就感。學(xué)習(xí)過(guò)編程的人都知道一個(gè)最簡(jiǎn)單的道理，所有的程序語(yǔ)言只是最基本的語(yǔ)法命令不同，但他的問(wèn)題解決思路確是大致相仿，只是不同的解決思路導(dǎo)致其所編寫的代碼有所不同而已。所以，在小學(xué)階段，培養(yǎng)孩子的計(jì)算思維，要從孩子解決問(wèn)題的思路入手，不要僅僅只是去關(guān)注學(xué)生編寫代碼的語(yǔ)法。在這一點(diǎn)上，Mind+很好地解決了這一問(wèn)題，它通過(guò)模塊式的語(yǔ)言避免了學(xué)生過(guò)度關(guān)注命令行的代碼，而忽略對(duì)問(wèn)題解決思路的培養(yǎng)，將平常去對(duì)代碼進(jìn)行死記硬背的時(shí)間充分地去進(jìn)行問(wèn)題解決方案的思考。在Mind+編程學(xué)習(xí)過(guò)程中，積木模塊類型眾多，每一種基本的編程語(yǔ)法都有與之對(duì)應(yīng)的積木模塊，一共有八種類型，100多種功能，在具體使用過(guò)程中通過(guò)不同模塊的具體體現(xiàn)進(jìn)行分類呈現(xiàn)，學(xué)生只需要將它們拖動(dòng)到合適的位置，就可以實(shí)現(xiàn)編程，非常適合小學(xué)的學(xué)生進(jìn)行使用，降低了他們的學(xué)習(xí)門檻，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)自信心。而隨著Mind+受到的關(guān)注度越來(lái)越高，人們使用的頻率越來(lái)越高，它所對(duì)接的硬件也越來(lái)越多，如樹莓派等。在這些硬件產(chǎn)品中，他們有豐富的硬件傳感器，不僅僅可以讓學(xué)生的編程呈現(xiàn)在電腦屏幕上，而且還可以讓其充分地進(jìn)行對(duì)外部設(shè)備的控制，進(jìn)一步提高了程序編程的趣味性，使學(xué)生能夠更加直觀地明白編程所帶來(lái)的好處，更好地去對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)[3]。

3.科學(xué)合理利用學(xué)生認(rèn)知規(guī)律和編程學(xué)習(xí)規(guī)律

就小學(xué)階段的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的編程，不但有益于抽象思維的發(fā)展，而且還可以從新的角度來(lái)獲得一種問(wèn)題解決技能，從而在生活、學(xué)習(xí)和工作之中不自覺(jué)地運(yùn)用多樣化的思維方式。但是，由于小學(xué)階段學(xué)生的心智尚未發(fā)育完全，其年齡較小，生活經(jīng)驗(yàn)并不夠充足，因此，在遇到問(wèn)題并解決的過(guò)程中，還需要老師及時(shí)地給予引導(dǎo)和幫助。首先，在內(nèi)容的編排上要淺顯易懂，盡可能做到深入淺出，以便于此階段的學(xué)生理解。計(jì)算機(jī)編程教育主要是培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的思維方式，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)程序來(lái)解決某些生活中遇到的實(shí)際問(wèn)題。在實(shí)際操作的過(guò)程中，教師在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，也需要提前做好相關(guān)的準(zhǔn)備和鋪墊工作。比如，在某些項(xiàng)目的順序編排上，需要考慮到目前所學(xué)習(xí)的知識(shí)以及學(xué)生所能接受的程度，盡可能做到循序漸進(jìn)，讓知識(shí)由淺入深滲透到學(xué)生的學(xué)習(xí)生活中。在項(xiàng)目編排的過(guò)程中，程序要相對(duì)簡(jiǎn)單易懂，而不能太過(guò)復(fù)雜，否則會(huì)影響這個(gè)階段孩子知識(shí)的學(xué)習(xí)。一些簡(jiǎn)單的情境制作或者知識(shí)介紹類的項(xiàng)目，就比較適合此階段的孩子。比如，以孩子最喜歡的動(dòng)畫片為出發(fā)點(diǎn)，使他們制作一些情景類的動(dòng)畫，讓孩子在自己喜歡的氛圍中實(shí)踐所學(xué)到的編程內(nèi)容。這樣才能寓教于樂(lè)，更好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在學(xué)生了解基礎(chǔ)的程序制作后，教師便可以進(jìn)一步地推進(jìn)相對(duì)枯燥的控制類情景技能，如條件判斷或者循環(huán)等一系列的內(nèi)容。這時(shí)，學(xué)生可以利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算能力以及流程，去熟練地掌握和實(shí)施控制類功能。學(xué)生在實(shí)踐的過(guò)程中，不僅能感受到條件判斷的魅力，更能了解到循環(huán)在控制類情境中的應(yīng)用。通過(guò)一系列的項(xiàng)目實(shí)施，學(xué)生能增進(jìn)自身對(duì)于計(jì)算規(guī)律的理解，進(jìn)一步體會(huì)到計(jì)算思維的魅力。最后，在掌握了基礎(chǔ)程序制作和控制類項(xiàng)目后，教師可以適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，在原有學(xué)習(xí)的內(nèi)容上，進(jìn)行程序的綜合運(yùn)用，開發(fā)一些小游戲，并對(duì)游戲中的角色和變量進(jìn)行調(diào)整和控制等。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，編程教育是現(xiàn)目前小學(xué)教育中最有效培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的一種教育形式，在越來(lái)越多的國(guó)家中受到重視。所以，為了能夠更好地基于培養(yǎng)計(jì)算思維的小學(xué)編程教育課程的開發(fā)與實(shí)踐，必須要正確地認(rèn)識(shí)到我國(guó)目前小學(xué)計(jì)算思維培養(yǎng)的現(xiàn)狀，并對(duì)其進(jìn)行不斷改正，科學(xué)合理地利用學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和編程學(xué)習(xí)規(guī)律，并通過(guò)Mind+降低編程的準(zhǔn)入門檻，圍繞重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行問(wèn)題的實(shí)際分析及解決。這樣才能更有效地去幫助學(xué)生進(jìn)行編程課堂教育，讓學(xué)生在整個(gè)教育過(guò)程中由被動(dòng)變主動(dòng)，對(duì)編程教育充滿學(xué)習(xí)興趣。