小學(xué)生計算思維培養(yǎng)的實踐研究

【摘 要】編程本身具有邏輯性、過程性、綜合性，是培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)尤其是計算思維的理想載體?；谔K科版小學(xué)五年級信息技術(shù)教材中Scratch模塊的教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合一線教學(xué)實際，不斷向深處挖掘、往高處引領(lǐng)，通過問題驅(qū)動、項目引領(lǐng)、學(xué)科整合等，有效培養(yǎng)小學(xué)生的計算思維，最終為學(xué)生的信息技術(shù)核心素養(yǎng)提升以及未來可持續(xù)學(xué)習(xí)奠定堅實的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】Scratch編程教學(xué);小學(xué)生;計算思維

【中圖分類號】G434? 【文獻標(biāo)志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2022）52-0077-04

目前，全世界正處于信息化高速發(fā)展的浪潮中，信息技術(shù)對人類的學(xué)習(xí)、工作、生活和生產(chǎn)等各個方面起著不可替代的重要作用。信息技術(shù)教育在義務(wù)教育階段也顯得尤為重要。新課程標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)明確提出：信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，不僅僅是為了幫助學(xué)生掌握本學(xué)科所含的基礎(chǔ)知識、基本技能，還要幫助學(xué)生形成信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)。這里的核心素養(yǎng)主要包括信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任4個方面。筆者認為，計算思維這一核心素養(yǎng)的形成是最關(guān)鍵、最抽象也是相對較難實施的一點。本文將結(jié)合蘇科版五年級Scratch編程模塊的教學(xué)，探索有效培養(yǎng)小學(xué)生計算思維的策略。

一、清晰認識計算思維的概念及其價值

早在1980年，美國麻省理工學(xué)院西摩·帕爾特教授就在他的著作《頭腦風(fēng)暴》中提出“計算思維”一詞。2006年，計算機科學(xué)家周以真教授首次對計算思維做出了比較系統(tǒng)的定義，即運用計算機科學(xué)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涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動。計算思維不是獨立存在的，而是在用計算機工具和計算機科學(xué)方法解決問題的過程中，體現(xiàn)出來的數(shù)學(xué)能力、設(shè)計能力、工程能力等多方面能力的集合。[1]可見，計算思維和普遍開展的寫作、閱讀、審美等技能具有同等的地位，尤其是在信息高速發(fā)展、信息化無處不在的新時代，計算思維愈發(fā)重要，已經(jīng)成為人類生存和發(fā)展必備的基本技能。[2]提升小學(xué)生計算思維有利于培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，有利于激發(fā)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，有利于提升綜合素養(yǎng)，促進學(xué)生可持續(xù)發(fā)展。

二、Scratch編程教學(xué)的特點與學(xué)生學(xué)況分析

Scratch是一款可視化的編程軟件，非常適合初步接觸編程的學(xué)生學(xué)習(xí)。這款軟件將抽象晦澀的編程語言通過直觀化的類似積木搭建的方式呈現(xiàn)出來，不需要英語基礎(chǔ)，也無須掌握煩瑣的程序語言，比較適合初學(xué)者。盡管該軟件入門簡單、易學(xué)，但采用模塊化的設(shè)計思路，包羅眾多編程知識點和技能，學(xué)生通過一定階段的學(xué)習(xí)，能夠較為有效地訓(xùn)練邏輯思維能力。

蘇科版教材將Scratch模塊的教學(xué)設(shè)置在五年級，應(yīng)該是充分考慮到學(xué)生的年齡認知特點及已有信息技術(shù)知識、技能的儲備。這一階段的學(xué)生處于思維水平提升的重要時期，他們的思維已經(jīng)開始由具體向抽象發(fā)展，學(xué)習(xí)新知的積極性較高，計算思維的可塑性較強。[3]經(jīng)過前兩年信息技術(shù)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，他們已經(jīng)初步掌握了中英文打字、文檔的編輯、信息的發(fā)布與交流等技能，對計算機軟硬件系統(tǒng)有了初步認識，平時在學(xué)習(xí)、生活中接觸了大量的信息技術(shù)相關(guān)應(yīng)用，對程序有了比較感性的認識。同時，這個年齡段的學(xué)生在創(chuàng)造能力、動手能力、協(xié)作學(xué)習(xí)等方面也都具備了學(xué)習(xí)可視化編程軟件的基礎(chǔ)。當(dāng)然在學(xué)習(xí)編程的過程中，絕大多數(shù)學(xué)生并不了解什么是計算思維，但是這并不影響他們此項能力的提升，在教師潛移默化的教學(xué)過程中，學(xué)生的計算思維將隨著編程學(xué)習(xí)過程而逐步提升。

三、在教學(xué)中有意識培養(yǎng)學(xué)生計算思維的實踐

在小學(xué)信息技術(shù)課程體系中，Scratch編程對培養(yǎng)學(xué)生的計算思維具有重要作用。對于一線教師來說，怎樣有意識地利用Scratch編程軟件培養(yǎng)學(xué)生的計算思維呢？筆者認為可以本著“眼中有學(xué)生、心中有目標(biāo)、教中有方法”的原則，深入教材，貼近學(xué)生，突出重難點，打通關(guān)鍵點，具體做法如下。

（一）在問題驅(qū)動及求解中提升計算思維

在小學(xué)信息技術(shù)的學(xué)習(xí)過程中，問題驅(qū)動是學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣源頭和動力源泉。學(xué)習(xí)的目的是解決實際問題，而提出一個有效、有趣、有實際意義的問題恰恰是激發(fā)學(xué)生求知、探索的最好“引線”。因為基于解決問題的學(xué)習(xí)可以促使學(xué)生迅速調(diào)動潛能，積極融入創(chuàng)設(shè)的情境中，從而主動嘗試分析問題、解決問題。在這個過程中，學(xué)生或自己查找書籍資料，或網(wǎng)上搜索，或和同學(xué)討論，或向老師請教，最終他們會在解決問題后獲得較強的成功體驗。比如，在教學(xué)“花朵繽紛”這一內(nèi)容前，筆者通過大屏展示了春天的公園一角——花園里盛開了顏色各異的鮮花。如此美景一下子就吸引了學(xué)生的注意力，然后筆者提出問題：我們可以用Scratch編程軟件來繪制嗎？如果可以，我們應(yīng)該怎樣實現(xiàn)？同學(xué)們不妨打開課本和軟件，找找看需要用到哪些工具。學(xué)生根據(jù)課本提示動手實操，能初步學(xué)會“圖章”工具以及“隨機函數(shù)”相關(guān)的使用方法。但是課本上的例子具有一定的局限性，主要體現(xiàn)在花朵形狀是一致的。于是，筆者讓學(xué)生進一步思考：怎樣才能讓滿屏的花朵不僅顏色不同，而且造型也盡量豐富。這個問題對學(xué)生具有一定的挑戰(zhàn)性，但經(jīng)過筆者的鼓勵后，學(xué)生能聯(lián)想到之前學(xué)過的“造型切換”的使用方法，他們配合“隨機函數(shù)”的應(yīng)用，自主解決了此問題。

這里需要說明的一點是，教師在設(shè)計問題驅(qū)動時，需要重視問題本身的選擇和設(shè)計，提出的問題應(yīng)該盡量避免太難、太偏、太雜。一個良好的問題對學(xué)生來說，就是通過一定程度的努力能解決的問題。當(dāng)然，解決問題的方案不是唯一的，鼓勵學(xué)生采用多種方法求解才能在一個個問題的驅(qū)動和解決中促使學(xué)生獲得計算思維的有效提升。

（二）在項目設(shè)計及完成中提升計算思維

項目式教學(xué)基于皮亞杰的建構(gòu)主義理論，強調(diào)學(xué)生積極主動參與。在學(xué)生初步掌握Scratch的基本操作后，教師可以將Scratch編程模塊中的課程提煉拓展為一個個大小不等的實戰(zhàn)項目，并對每個項目進行情境的創(chuàng)設(shè)、列出所需知識（或技能）清單，引導(dǎo)學(xué)生去探索完成項目所需的解決途徑，并據(jù)此進行程序結(jié)構(gòu)的搭建、程序算法的設(shè)計、程序的反復(fù)調(diào)試和優(yōu)化等。

比如在學(xué)生學(xué)會用教材所教方法制作“克隆飛機大戰(zhàn)”游戲后，筆者進行深入“挖掘”，讓學(xué)生思考、討論：一是課本上介紹的游戲制作方法還存在哪些不足之處;二是如果要讓游戲更具可玩性、交互性，應(yīng)該如何改進;三是在改進游戲的過程中，有哪些是亟須克服的技術(shù)難點。小學(xué)生普遍對游戲比較感興趣，在筆者提出問題后，個個主動參與，小組討論熱烈，奇思妙想層出不窮。最后，筆者將學(xué)生提出的所需改進之處進行概括總結(jié)，列出清單，結(jié)合學(xué)生的實際認知水平，從中挑選出若干適合他們攻克的“靶向點”，并提供對應(yīng)的提示帖。一系列鋪墊動作后，筆者進一步提出源于課本但高于課本難度的新項目——太空飛機大戰(zhàn)，鼓勵學(xué)生利用課后或節(jié)假日去完成。此時，筆者并沒有固化任務(wù)的具體目標(biāo)，只是讓學(xué)生根據(jù)提供的游戲改進“靶向點”，自己確定一種游戲的改進方向及最終呈現(xiàn)形式。任務(wù)難度可高可低，教師需要提醒學(xué)生不要一看到任務(wù)就迫不及待地去動手編程，而是先根據(jù)自己的項目要求來繪制程序的流程圖。此處繪制流程圖的過程就是學(xué)生計算思維的直觀展示過程。在制作過程中，如果遇到技術(shù)難點，學(xué)生可以在專門的實踐項目微信群里提出，教師或者其他學(xué)生看到可以及時提供技術(shù)支持。最終，在短短的一周內(nèi)，很多學(xué)生完成了本項目。這期間，問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、對游戲交互的理解等一系列思維活動的活躍展開，極大地促進了學(xué)生分析問題、概括要義、提煉信息、構(gòu)建思維、優(yōu)化算法等計算思維水平的提升。

需要注意的是，項目有大有小，每個項目都圍繞一個主題，包含若干個具體問題。教師要善于引導(dǎo)學(xué)生利用所掌握的知識和能力來嘗試完成項目任務(wù)。由于項目涉及的知識點較多，完成的難度也比單個知識點大，因此教師要鼓勵學(xué)生學(xué)會科學(xué)學(xué)習(xí)，敢于深入探索，樂于與同伴分享和協(xié)作，遇到問題學(xué)會清晰表達、有效求助，在深入思考、反復(fù)實踐中逐步完成項目。一個個項目的完成，就是一次次思維火花的碰撞，也是一次次計算思維的提升。

（三）與其他學(xué)科有效整合提升計算思維

近年來，隨著STEM教育理念的發(fā)展和普及，利用跨學(xué)科整合教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力也越來越受到專家學(xué)者的重視。信息技術(shù)不僅僅是一門學(xué)科，同時也是一項工具、一種能力。在小學(xué)階段，要想培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，不應(yīng)該僅僅局限于信息技術(shù)本學(xué)科領(lǐng)域，而應(yīng)該有意識地與其他學(xué)科有效整合、有機融合，打破學(xué)科之間的無形壁壘，[4]形成“信息技術(shù)+數(shù)學(xué)”“信息技術(shù)+科學(xué)”“信息技術(shù)+英語”“信息技術(shù)+閱讀寫作”等新的跨學(xué)科教學(xué)模式。

以“信息技術(shù)+數(shù)學(xué)”為例，無論是數(shù)學(xué)還是編程學(xué)習(xí)，都強調(diào)解決問題的邏輯性和思維方式的多樣性，兩者之間有著較強的聯(lián)系。因此，在Scratch編程模塊的教學(xué)中，教師可以將編程與小學(xué)數(shù)學(xué)知識點結(jié)合起來開展教學(xué)，通過編程的形式來解決數(shù)學(xué)問題。這里的編程是作為一種工具來輔助數(shù)學(xué)問題解決的。[5]教學(xué)中，筆者會有意識地創(chuàng)設(shè)數(shù)學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生把編程作為工具來求解數(shù)學(xué)問題。比如在“小貓判斷奇偶數(shù)”“編程實現(xiàn)地磚鋪設(shè)”“幾何圖形我來繪”等項目任務(wù)中，教師可以讓學(xué)生利用Scratch程序設(shè)計來求解小學(xué)數(shù)學(xué)相關(guān)習(xí)題，體會編程和數(shù)學(xué)兩者之間的關(guān)聯(lián)及區(qū)別。

除了與數(shù)學(xué)學(xué)科進行整合，筆者還積極創(chuàng)設(shè)情境，讓編程與其他學(xué)科有效整合。學(xué)生學(xué)完Scratch基本知識和技能后，會選做一系列跨學(xué)科的編程項目，比如“顏色冷暖我知道”“智能讀書小程序”“我是小小鋼琴家”“根據(jù)天氣來穿衣”等。這些任務(wù)有一個共同點，就是貼合學(xué)科、適合學(xué)生、契合學(xué)情。在編程與學(xué)科的碰撞中、在一個個編程任務(wù)的完成中，學(xué)生不斷學(xué)習(xí)、摸索直到最終收獲。這些項目的學(xué)習(xí)使學(xué)生在面對新項目或新問題時不再茫然無措，而是能結(jié)合相應(yīng)學(xué)科知識利用程序的思路去分析具體問題、擬定對應(yīng)流程、搭建相應(yīng)程序。實踐證明，編程與學(xué)科整合可以有效提高學(xué)生的計算思維水平。

綜上所述，計算思維無論是對信息技術(shù)本身的學(xué)習(xí)還是對學(xué)生今后的終身發(fā)展都具有重要作用。因此，在小學(xué)Scratch學(xué)習(xí)階段，信息技術(shù)學(xué)科教師應(yīng)重視對學(xué)生進行計算思維的有效培養(yǎng)，在用好、用足教材的基礎(chǔ)上，不斷向深處挖掘、往高處引領(lǐng)，通過問題驅(qū)動、項目引領(lǐng)、學(xué)科整合、難點突破、糾錯強化等，提升小學(xué)生計算思維水平，最終為學(xué)生的信息技術(shù)核心素養(yǎng)提升以及未來可持續(xù)學(xué)習(xí)奠定堅實的基礎(chǔ)。

【參考文獻】

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[2]周佳偉，王祖浩.科學(xué)教育中的計算思維：理論框架與課程設(shè)計[J].中國電化教育，2018（11）：72-78.

[3]王榮良.計算思維對中小學(xué)信息技術(shù)課程的影響初探[J].中國教育技術(shù)裝備，2012（27）：56-57.

[4]李陽.計算思維導(dǎo)向的跨學(xué)科兒童編程教育模式研究——基于芬蘭兒童編程教育的經(jīng)驗與啟示[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2020（6）：19-25.

[5]李雨婷.面向計算思維培養(yǎng)的問題解決學(xué)習(xí)活動設(shè)計研究[D].無錫：江南大學(xué)，2020.

【作者簡介】肖玉峰，江蘇省泰興市鼓樓小學(xué)（江蘇泰州，225400）信息技術(shù)學(xué)科教研組長，一級教師，主要研究方向為小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)。