圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)

曹一璇

作為一個(gè)解決問(wèn)題的思維過(guò)程，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)及人類(lèi)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)[1]。小學(xué)生群體是祖國(guó)的未來(lái)，是提升我國(guó)國(guó)際綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的未來(lái)中堅(jiān)力量。強(qiáng)化對(duì)小學(xué)生計(jì)算思維能力的訓(xùn)練，可以在很大程度上提升學(xué)生的信息技術(shù)知識(shí)與技能，能夠促進(jìn)學(xué)生跨學(xué)科思維能力的培養(yǎng)。目前在小學(xué)階段展開(kāi)的圖形化編程教育，可以為小學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)創(chuàng)造有利條件[2]。

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，小學(xué)編程教育所使用的編程工具不再是以文本為主的傳統(tǒng)形式，而是以模塊、積木堆疊為主的圖形編程形式。這種圖形化的編程軟件，以學(xué)生具象思維為支撐，有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，更有助于學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)。

一、應(yīng)用圖形化編程培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維的優(yōu)勢(shì)

目前，各個(gè)學(xué)校所使用的圖形化編程軟件種類(lèi)豐富、功能多樣。以菠蘿編程平臺(tái)為例，它是一款開(kāi)放的在線(xiàn)編程學(xué)習(xí)網(wǎng)站，具有簡(jiǎn)單的使用環(huán)境，登錄即可免費(fèi)使用，這樣可以有效節(jié)省軟件安裝需消耗的時(shí)間成本。從學(xué)生的角度來(lái)講，一部智能手機(jī)或一臺(tái)電腦就可以輔助其登錄網(wǎng)站，而后開(kāi)啟編程課程的學(xué)習(xí)。與此同時(shí)，學(xué)生登錄該編程網(wǎng)站后，可以查看其他學(xué)生上傳的優(yōu)秀作品，并針對(duì)該作品與其他共享者交流意見(jiàn)，從而使彼此的創(chuàng)作積極性得到大幅度提升。

菠蘿編程的界面主要包括舞臺(tái)區(qū)、角色背景區(qū)、程序命令區(qū)和腳本區(qū)四部分。舞臺(tái)區(qū)主要用于展示程序效果，學(xué)生可以自主瀏覽創(chuàng)作的動(dòng)畫(huà)效果；在角色背景區(qū)，學(xué)生可以將所添加的角色和背景一覽無(wú)余；程序命令區(qū)包括八大模塊，即聲音、變量、運(yùn)算、外觀、探測(cè)、畫(huà)筆、控制、運(yùn)動(dòng)；腳本區(qū)是學(xué)生拖拽程序命令區(qū)中的命令并進(jìn)行使用的區(qū)域，同時(shí)可以設(shè)置某些命令的參數(shù)。

通過(guò)圖形化編程培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，具有三方面優(yōu)勢(shì)。

其一，以圖形化編程完成作品的創(chuàng)作，有助于學(xué)生綜合運(yùn)用算法思維、分解思維和抽象思維。學(xué)生在運(yùn)用圖形化編程創(chuàng)作作品時(shí)，需要充分考慮該編程中的哪些功能模塊能夠作用于該作品的創(chuàng)作，以及如何合理搭配這些功能模塊以呈現(xiàn)預(yù)期的效果。同時(shí)，當(dāng)一次呈現(xiàn)效果不理想時(shí)，還需要進(jìn)行測(cè)試與調(diào)整，直到創(chuàng)作出滿(mǎn)意的作品。從本質(zhì)上來(lái)講，這個(gè)過(guò)程就是學(xué)生多重思維共同作用的結(jié)果，所以能夠在培養(yǎng)與提升學(xué)生計(jì)算思維能力方面發(fā)揮重要作用。

其二，以圖形化編程完成作品的創(chuàng)作，可以有效降低對(duì)學(xué)生編程學(xué)習(xí)的要求。以往的編程平臺(tái)所采用的界面主要表現(xiàn)為文本代碼，而圖形化編程的界面表現(xiàn)為圖形，這就意味著，學(xué)生在利用圖形化編程創(chuàng)作作品時(shí)，不需要再去記憶復(fù)雜的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，不需要理解難度較大的代碼，只需要簡(jiǎn)單疊加不同的圖形模塊，就可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的程序或創(chuàng)作出理想化的作品。由此可見(jiàn)，圖形化編程軟件大大降低了對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的要求，從而有助于學(xué)生學(xué)習(xí)圖形化編程積極性的提高以及小學(xué)階段學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。

其三，以圖形化編程創(chuàng)作作品，學(xué)生的創(chuàng)作自主性可以得到進(jìn)一步凸顯。圖形化編程網(wǎng)站平臺(tái)對(duì)所有學(xué)生開(kāi)放編程作品上傳、共享權(quán)限，學(xué)生們可以對(duì)不同的作品發(fā)表意見(jiàn)、交流思想，從而吸取其他人作品中的精華和創(chuàng)意，以改進(jìn)和完善自身的作品創(chuàng)作。這就意味著，學(xué)生的編程作品創(chuàng)作自主性可以得到進(jìn)一步凸顯，學(xué)生的創(chuàng)新思維、社交能力等都可以得到顯著提高。

二、圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的途徑

以圖形化編程工具的基本特征和小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀、小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)現(xiàn)狀為基本出發(fā)點(diǎn)，在充分發(fā)揮圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)方面的作用時(shí)，可首先構(gòu)建教學(xué)模型（見(jiàn)圖1）。

圖1 圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)模型

以圖1 教學(xué)模型為依據(jù)，有機(jī)融合圖形化編程與小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)，可以從五個(gè)維度進(jìn)行策略的探究。

（一）創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的探索積極性

小學(xué)是學(xué)生學(xué)習(xí)生涯的基礎(chǔ)階段，處于小學(xué)階段的學(xué)生，特別是小學(xué)低年級(jí)學(xué)生，在學(xué)習(xí)編程時(shí)，很難進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，而造成這種現(xiàn)象的原因在于學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)儲(chǔ)備和學(xué)習(xí)能力的不足。因而，以圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，其中一個(gè)重要路徑就在于搭建一個(gè)貼近小學(xué)生生活體驗(yàn)和學(xué)習(xí)體驗(yàn)的情境。同時(shí)，要確保該情境能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的已有知識(shí)，能夠?yàn)閷W(xué)生的想象預(yù)留充足的思考空間和強(qiáng)有力的支點(diǎn)[3]。只有將生活真實(shí)情境融入圖形化編程教學(xué)中，才能有效緩解小學(xué)生的陌生感和抵觸心理，才能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索動(dòng)力。

以圖形化編程軟件的界面教學(xué)為例，可以將小學(xué)生日常生活中玩搭積木游戲的經(jīng)驗(yàn)滲透到認(rèn)識(shí)與操作控件，以及搭建腳本的教學(xué)中。這樣就可以幫助學(xué)生建立所學(xué)新知識(shí)與已有認(rèn)知之間的聯(lián)系，從而幫助學(xué)生進(jìn)一步拓展認(rèn)知，豐富經(jīng)驗(yàn)與能力，并實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維能力的遷移與轉(zhuǎn)化。

（二）設(shè)置分層目標(biāo)，尊重學(xué)生個(gè)體差異性

在教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)始終居于主體地位。在以往的信息技術(shù)教學(xué)活動(dòng)中，由于教師在生活經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)儲(chǔ)備、理解與應(yīng)用能力等各方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以教師的作用與地位更明顯。這種情況所導(dǎo)致的直接后果就是學(xué)生學(xué)習(xí)熱情低下，學(xué)習(xí)能動(dòng)性與創(chuàng)造性因長(zhǎng)期被壓制而無(wú)法助力教學(xué)效果的提升，更與素質(zhì)教育所強(qiáng)調(diào)的以生為本的教學(xué)理念相違背。

因而，以圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，需要特別注意的一點(diǎn)在于統(tǒng)籌兼顧不同學(xué)生在學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力等各方面的差異，以最大限度滿(mǎn)足學(xué)生在圖形化編程學(xué)習(xí)過(guò)程中的真實(shí)學(xué)習(xí)需求。在教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)上遵循分層理念，即按照難易程度和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，將教學(xué)目標(biāo)劃分為入門(mén)、進(jìn)階、提高三個(gè)等級(jí)。這樣既可兼顧學(xué)生的個(gè)性差異，又可使所有學(xué)生擁有充足的動(dòng)手實(shí)踐空間。同時(shí)，在綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和現(xiàn)有認(rèn)知進(jìn)行圖形化編程學(xué)習(xí)時(shí)，教學(xué)目標(biāo)對(duì)于不同學(xué)情的學(xué)生也具備可操作性。

（三）設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)容，構(gòu)建一體化知識(shí)體系

在以往的小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)中，很多學(xué)生在用編程語(yǔ)言解答問(wèn)題時(shí)，往往無(wú)法準(zhǔn)確建立起已學(xué)知識(shí)與新學(xué)知識(shí)的前后聯(lián)系，程序語(yǔ)句的呈現(xiàn)往往帶有明顯的碎片化特征，而學(xué)生所接收到的知識(shí)信息只能在頭腦中以碎片狀態(tài)存儲(chǔ)，形成短時(shí)記憶，從而加重學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力?；诖?，在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，要以教學(xué)目標(biāo)為核心，遵循結(jié)構(gòu)性、系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)原則，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行類(lèi)型劃分，關(guān)聯(lián)圖形化編程工具中的對(duì)應(yīng)模塊，從而確保學(xué)生能夠接收到有序的知識(shí)，并內(nèi)化為自己的認(rèn)知，在進(jìn)一步完善學(xué)生自身知識(shí)體系的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、自主探究，有效激活與運(yùn)用信息技術(shù)知識(shí)。

（四）創(chuàng)新教學(xué)模式，強(qiáng)化實(shí)用性操作能力

程序基礎(chǔ)、算法思維、語(yǔ)法知識(shí)是開(kāi)展圖形化編程課程教學(xué)的基礎(chǔ)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，并使學(xué)生的問(wèn)題解決能力逐漸向計(jì)算思維能力過(guò)渡。因而，在圖形化編程教學(xué)模式的創(chuàng)新方面，應(yīng)當(dāng)注重微項(xiàng)目作品與編程知識(shí)和編程技能的融合，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)編程模塊功能應(yīng)用與問(wèn)題解決過(guò)程的探索，進(jìn)一步強(qiáng)化小學(xué)生的實(shí)用性操作能力和計(jì)算思維能力。

具體來(lái)講，由于小學(xué)信息技術(shù)課程對(duì)于思維能力不足的小學(xué)生而言是一門(mén)陌生的學(xué)科，小學(xué)生對(duì)圖形化編程中的功能模塊和語(yǔ)言?xún)?nèi)涵的理解和應(yīng)用就會(huì)顯得尤其吃力，為此，教師必須以提高學(xué)生的邏輯思維發(fā)展水平為目的，為學(xué)生處理疑難問(wèn)題提供系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)支架。首先是認(rèn)知支撐的構(gòu)建，也就是在對(duì)圖形化編程中所涉及的模塊、語(yǔ)言知識(shí)點(diǎn)等進(jìn)行教學(xué)時(shí)，用算法思維的有關(guān)概念加以闡述，讓學(xué)生可以深刻地掌握?qǐng)D形化編程不同模塊功能的使用方法，在豐富編程程序知識(shí)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的同時(shí)，進(jìn)一步提升學(xué)習(xí)效果。其次是思維支架的搭建，以腳本的搭建為例，在腳本搭建過(guò)程中，學(xué)生不可避免地會(huì)遇到各種問(wèn)題，而為了引導(dǎo)學(xué)生自主解決問(wèn)題，同時(shí)提升學(xué)生邏輯思維能力，教師可以和學(xué)生一起進(jìn)行項(xiàng)目分析，并將討論結(jié)果和腳本搭建建議以程序思維流程圖或算法思維導(dǎo)圖的形式進(jìn)行展示，以此搭建思維支架，推動(dòng)學(xué)生獨(dú)立完成編程項(xiàng)目和自身思維認(rèn)知的建立。

除此之外，在設(shè)計(jì)項(xiàng)目活動(dòng)時(shí)，教師要遵循一定的思維邏輯對(duì)編程創(chuàng)作中的項(xiàng)目模塊進(jìn)行細(xì)化。一是分解。分解的主要對(duì)象為活動(dòng)總目標(biāo)，分解的主要目的在于激發(fā)學(xué)生探究問(wèn)題的積極性和能動(dòng)性。因此，可以將總目標(biāo)分解為若干相互關(guān)聯(lián)的子目標(biāo)，以確保各模塊有明確的任務(wù)。二是模式識(shí)別。模式識(shí)別的過(guò)程是引導(dǎo)學(xué)生探究問(wèn)題解決最優(yōu)途徑的過(guò)程，是在子目標(biāo)的指引下，使目標(biāo)問(wèn)題向具體的問(wèn)題解決流程圖轉(zhuǎn)化，以明確問(wèn)題解決的思維邏輯。三是抽象與計(jì)算思維鍛煉。這一環(huán)節(jié)是學(xué)習(xí)者充分調(diào)動(dòng)自身的計(jì)算思維，以編程模塊呈現(xiàn)流程圖的各個(gè)環(huán)節(jié)，并完成腳本搭建的過(guò)程。學(xué)習(xí)者在反復(fù)運(yùn)行、調(diào)試、完善程序的過(guò)程中，也會(huì)加深對(duì)模塊功能使用的理解。

（五）完善評(píng)價(jià)體系，提升教學(xué)監(jiān)督動(dòng)態(tài)性

教學(xué)評(píng)價(jià)是教學(xué)活動(dòng)的重要內(nèi)容，是教師對(duì)教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容等進(jìn)行優(yōu)化時(shí)所需客觀數(shù)據(jù)的重要來(lái)源，同時(shí)也是長(zhǎng)效維系學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生自主思維的重要活動(dòng)。在基于小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的圖形化編程教學(xué)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，為了保證教學(xué)評(píng)價(jià)能夠促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，應(yīng)當(dāng)遵循動(dòng)態(tài)觀察、多元評(píng)價(jià)的基本原則，既要評(píng)價(jià)學(xué)生圖形化編程學(xué)習(xí)過(guò)程，又要評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)與教學(xué)目標(biāo)之間的達(dá)成率和相對(duì)差距，從而綜合評(píng)價(jià)學(xué)生計(jì)算思維能力的發(fā)展情況。具體來(lái)講，應(yīng)當(dāng)注意三方面內(nèi)容：首先，評(píng)價(jià)學(xué)生的完整學(xué)習(xí)過(guò)程，應(yīng)當(dāng)注意對(duì)四個(gè)維度內(nèi)容的觀察，即是否積極參與課堂互動(dòng)，是否獨(dú)立思考和自主探究，是否與其他同學(xué)相互配合，是否將個(gè)人的創(chuàng)新意識(shí)融入以圖形式編程工具為基礎(chǔ)進(jìn)行的作品創(chuàng)作過(guò)程中；其次，在評(píng)價(jià)方式上，以教師單向評(píng)價(jià)學(xué)生為基礎(chǔ)，綜合學(xué)生的自我評(píng)估與反思，針對(duì)那些以小組形式展開(kāi)的編程活動(dòng)，還應(yīng)增加組內(nèi)評(píng)價(jià)，以有效避免教學(xué)評(píng)價(jià)陷入主觀臆斷中；最后，在對(duì)學(xué)生上傳的編程作品進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，可以借助Dr.Scratch 工具對(duì)作品的代碼或功能進(jìn)行客觀評(píng)估，從而分析出學(xué)生計(jì)算思維能力的發(fā)展情況。特別要注意的一點(diǎn)在于，除了要評(píng)價(jià)學(xué)生作品質(zhì)量的好壞外，還要將其與過(guò)程性評(píng)價(jià)相結(jié)合，以保護(hù)學(xué)生的自尊心和學(xué)習(xí)自信心。

總之，在素質(zhì)教育背景下，培養(yǎng)小學(xué)生的信息素養(yǎng)成為小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的核心與靈魂所在。而計(jì)算思維作為其中的重要組成部分，既是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的重要思維方式，又是數(shù)字信息時(shí)代小學(xué)生更好地適應(yīng)社會(huì)生活的必備素養(yǎng)之一。以圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，既符合課程改革的要求，又可以提升學(xué)生對(duì)問(wèn)題的分析和解決能力。針對(duì)現(xiàn)階段編程教學(xué)中的機(jī)械化記憶和訓(xùn)練方法，以及課程學(xué)習(xí)欠缺系統(tǒng)化和關(guān)聯(lián)性等情況，教師要立足圖形化編程教學(xué)的基本特征和學(xué)生的個(gè)體差異，設(shè)計(jì)具體的項(xiàng)目，為學(xué)生的理解和思維表達(dá)提供一個(gè)開(kāi)放的訓(xùn)練平臺(tái)，從而充分發(fā)揮圖形化編程在促進(jìn)小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)方面的重要作用。