探思《綠化小衛(wèi)士》積木式編程教學(xué)設(shè)計(jì)

◇霍文蘭（江蘇：太倉高新區(qū)第三小學(xué)）

當(dāng)今社會(huì)編程教育發(fā)展迅速，越來越多的學(xué)生通過不同方式接觸、學(xué)習(xí)編程。與編程教育密切相關(guān)的計(jì)算思維也得到更多的關(guān)注和重視。在小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科中，計(jì)算思維更關(guān)注學(xué)生對現(xiàn)象的判斷，能否從表面化、可視化、情境化的問題中發(fā)現(xiàn)其背后隱藏的核心問題，從而在學(xué)習(xí)過程中不斷抽絲剝繭，形成思維意識，逐步形成自己的思維方式，拓展思維層面，培養(yǎng)計(jì)算思維，以此來解決學(xué)習(xí)和生活中遇到的越來越廣泛和豐富的信息技術(shù)學(xué)科問題。

編程是培養(yǎng)計(jì)算思維的重要方式之一，但學(xué)生在編程和實(shí)際操過程中會(huì)遇到一定的困難。教師需要準(zhǔn)確把握學(xué)生在編程學(xué)習(xí)中遇到的前概念問題，合理編寫教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)前概念的同化與順應(yīng)，以促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展。遵循由溫特比爾特認(rèn)知與技術(shù)小組提出的拋錨式教學(xué)策略建議，采用真實(shí)的生活情境、有效的問題驅(qū)動(dòng)、合理的自主探究、良好的小組互助和針對性的效果評價(jià)五個(gè)步驟，提升教學(xué)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可操作性，真正為學(xué)生服務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的思維意識。

一、問題驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)思考，形成思維過程

計(jì)算思維能力發(fā)展的指向是問題化地看待目標(biāo)對象，能夠在不同情境中假設(shè)并進(jìn)行有效推理，提出可行的策略和計(jì)劃。根據(jù)皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論，學(xué)生現(xiàn)處于思維發(fā)展的初步階段，抽象概念處于初級階段。教師要根據(jù)實(shí)際情況，把計(jì)算思維的培養(yǎng)蘊(yùn)含在教學(xué)任務(wù)中，通過有效的問題引導(dǎo)，把抽象的知識點(diǎn)融入可操作的問題中，幫助學(xué)生逐步形成思考方式，使計(jì)算思維得到同步發(fā)展。

在教學(xué)過程中，以問題求解作為驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向，以任務(wù)目標(biāo)作為貫穿手段，從而推動(dòng)教學(xué)過程的整體開展。演示+分析+操作的傳統(tǒng)教學(xué)方法，未能給學(xué)生足夠的概念認(rèn)知和多方面思考的機(jī)會(huì)，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)認(rèn)知偏差的問題。所以，開門見山的方法雖“簡單粗暴”，卻很好地避免了不必要的麻煩，讓學(xué)生在上課伊始就能高效進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。以問題驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和實(shí)踐，擺脫傳統(tǒng)機(jī)械地學(xué)習(xí)模仿，有效地自我構(gòu)建，逐步形成思維的過程。

（一）常規(guī)設(shè)計(jì)

先出示《綠化小衛(wèi)士》作品，讓學(xué)生看一看、說一說作品有幾個(gè)角色、各個(gè)角色的動(dòng)畫效果如何、可能使用到的相關(guān)控件等，再分角色一個(gè)一個(gè)來做一做，最后在任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下完成作品。

（二）思考焦點(diǎn)

學(xué)生看似最后也能順利完成程序的搭建，但細(xì)想教學(xué)設(shè)計(jì)的過程，其實(shí)一開始學(xué)生的側(cè)重點(diǎn)就發(fā)生了偏移，放在了所有控件的選擇上。程序搭建涉及方方面面，學(xué)生往往顧此失彼，所以可能課堂教學(xué)結(jié)束了也沒有非常清楚地認(rèn)識到所有控件中最重要的那幾個(gè)，導(dǎo)致重點(diǎn)不突出，難點(diǎn)沒突破。課后反饋時(shí)，多數(shù)學(xué)生出現(xiàn)知其然不知其所以然的尷尬狀態(tài)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中少了自主思考，仍舊相對機(jī)械，并非我們現(xiàn)在所倡導(dǎo)的提升核心素養(yǎng)、培養(yǎng)思維。

（三）修改后的設(shè)計(jì)

課堂教學(xué)開門見山，直接出示編程貓控制模塊中三種重復(fù)執(zhí)行控件，學(xué)生對今天要學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)一目了然。然后出示《綠化小衛(wèi)士》的作品，課堂情境以保護(hù)自然為主，在沙漠中種樹，激發(fā)學(xué)生興趣。觀看的同時(shí)，要求學(xué)生把三種角色動(dòng)畫與可能使用到的循環(huán)結(jié)構(gòu)相匹配，先從主觀上進(jìn)行第一步自主思考：可能是哪個(gè)？為什么呢？它們之間的區(qū)別在哪里？簡單體驗(yàn)過后，根據(jù)學(xué)生的回答完成三個(gè)重復(fù)執(zhí)行控件與角色的配對，然后根據(jù)學(xué)生的知識遷移、所掌握的內(nèi)容，從簡到難地完成教學(xué)任務(wù)。

師：編程貓控制模塊中有三個(gè)有關(guān)循環(huán)的控件，請你們找一找。

（學(xué)生快速查看控件，相對容易找到。）

師：今天這節(jié)課我們主要通過完成角色程序來體驗(yàn)三種控件的區(qū)別和聯(lián)系。（學(xué)生一邊體驗(yàn)程序，一邊進(jìn)行思考。）

師：小組進(jìn)行交流討論后共同完成導(dǎo)學(xué)單中角色與重復(fù)控件的連線題。

（四）教學(xué)評析

基于計(jì)算思維的教學(xué)設(shè)計(jì)，教師側(cè)重于調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，由依葫蘆畫瓢完成作品的表層深入到對教師提出的問題是否有自己的思考和認(rèn)識，能否將教師的驅(qū)動(dòng)性問題上升到自己對問題進(jìn)行思考和解惑，從而逐步形成自己處理問題的方式，逐步形成自己的思維方式。導(dǎo)學(xué)單、小組合作等形式讓基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生解決了走彎路、費(fèi)時(shí)間的問題，從上課伊始就進(jìn)入高效課堂。不僅提高了課堂效率，也促發(fā)了學(xué)生的思考，學(xué)生思維得到了開啟，帶著問題進(jìn)入課堂的下一個(gè)環(huán)節(jié)。

二、強(qiáng)調(diào)對比分析，讓學(xué)生加深理解

五六年級的學(xué)生處于皮亞杰認(rèn)知理論中的第三階段：從前運(yùn)算階段的“表象圖式”演化為“運(yùn)算圖式”，心理活動(dòng)會(huì)趨于抽象的演算推理，雖仍需要具體外物的思維支持，但已能獨(dú)立運(yùn)算，具有一定的邏輯性。

《綠化小衛(wèi)士》這節(jié)課的計(jì)算概念為循環(huán)，也就是重復(fù)執(zhí)行。重復(fù)執(zhí)行是編程貓學(xué)習(xí)知識點(diǎn)中的一個(gè)難點(diǎn)，是從單一命令逐步過渡到抽象復(fù)合命令。因此相比教材中零散知識點(diǎn)的教授，筆者認(rèn)為如果學(xué)生不進(jìn)行幾個(gè)重復(fù)執(zhí)行命令的對比，對編程貓程序中重復(fù)執(zhí)行的三個(gè)控件就不能很好地理解和掌握，只是停留在表面，認(rèn)為可以用該控件，也可以用另外一個(gè)控件完成，但具體哪個(gè)更好、更適宜，并沒有非常明確認(rèn)識。因而，筆者在課堂上進(jìn)行了知識點(diǎn)的補(bǔ)充和重組，把程序中涉及的三個(gè)重復(fù)執(zhí)行控件“重復(fù)執(zhí)行”“重復(fù)執(zhí)行n 次”和“重復(fù)執(zhí)行直到”放在一個(gè)作品中，進(jìn)行進(jìn)一步學(xué)習(xí)和對比，讓學(xué)生知其然，更知其所以然。

（一）常規(guī)設(shè)計(jì)

一般教學(xué)流程為：出示作品—教師介紹控件—演示搭建教學(xué)—學(xué)生練習(xí)編寫完成。第一個(gè)控件，什么作用，完成怎樣的效果；第二個(gè)控件，什么作業(yè)，完成怎樣。

（二）思考焦點(diǎn)

在常規(guī)的教學(xué)設(shè)計(jì)中，思路并無問題，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)完成教學(xué)目標(biāo)。但仔細(xì)思考會(huì)發(fā)現(xiàn)：知識點(diǎn)零碎、分散，這節(jié)課中會(huì)應(yīng)用了，換個(gè)場景問題，學(xué)生可能就不會(huì)應(yīng)用了。同時(shí)，循環(huán)結(jié)構(gòu)知識點(diǎn)既是難點(diǎn)又對后續(xù)學(xué)習(xí)程序有著至關(guān)重要的作用，特別是條件與循環(huán)的結(jié)合使用，只有真正理解了，才能入編程的門。

（三）修改后的設(shè)計(jì)

白云空中飄，沒有停止，先完成無限循環(huán)語句的應(yīng)用；仙人掌出現(xiàn)，錯(cuò)落有致，完成計(jì)數(shù)型循環(huán)語句的應(yīng)用；最后小樹成長，結(jié)合大小條件，完成條件型循環(huán)語句的應(yīng)用。

師：通過交流，大家是否贊成用“重復(fù)執(zhí)行”完成白云的動(dòng)作？

生：是的。

師：那仙人掌出現(xiàn)呢？

生:“重復(fù)執(zhí)行n次”控件。

師：使用“重復(fù)執(zhí)行n 次”控件比“重復(fù)執(zhí)行”控件好的理由是什么？

生:白云一直飄動(dòng)不停止，用無限循環(huán)的“重復(fù)執(zhí)行”控件，而沙漠中仙人掌零零散散，數(shù)量合理，所以用具體的次數(shù)來控制比較好，當(dāng)然也能用一定區(qū)間的隨機(jī)數(shù)來表示。

師：數(shù)量合理、大小不一、陸陸續(xù)續(xù)這些在程序中可以通過哪些控件依次完成？

（學(xué)生思考完成。）

（四）教學(xué)評析

角色設(shè)計(jì)程序從易到難，學(xué)生在完成作品的同時(shí)產(chǎn)生思考：“為什么這個(gè)角色用‘重復(fù)執(zhí)行’而不是‘重復(fù)執(zhí)行n 次’控件？”“是否可以交換？”學(xué)生真正進(jìn)行了角色對比、控件對比的思考，并且能在思考的過程中深入了解控件的區(qū)別和聯(lián)系。整個(gè)教學(xué)的重點(diǎn)從教師單一講解程序的編寫過程轉(zhuǎn)變?yōu)橄茸寣W(xué)生進(jìn)行程序分析，再加深理解，繼而對角色進(jìn)行編寫創(chuàng)新，加深了對程序的理解，提高了思維過程的嚴(yán)密性，提升了思維判斷能力，把思維練習(xí)和培養(yǎng)落到實(shí)處。

三、轉(zhuǎn)概念為規(guī)則，提高學(xué)生思維能力

皮亞杰認(rèn)為學(xué)生在第三發(fā)展階段，即計(jì)算思維形成階段時(shí)，會(huì)接觸并理解規(guī)則的含義，基于一定的規(guī)則條件學(xué)習(xí)如何更抽象地思考，從而由形成向發(fā)展產(chǎn)生質(zhì)的變化。基于計(jì)算思維的教學(xué)設(shè)計(jì)，通過層層抽絲剝繭問題分析的引導(dǎo)，變概念性知識為規(guī)則性知識，學(xué)生可以相對較為輕松地實(shí)現(xiàn)程序搭建，將學(xué)生解決問題的思維逐漸引入運(yùn)用程序語言、計(jì)算機(jī)的思維來解決問題。

本課的前概念問題主要涉及三個(gè)重復(fù)執(zhí)行程序的異同和使用。幫助學(xué)生把概念性問題轉(zhuǎn)化為規(guī)則性問題，同時(shí)進(jìn)行分析理解并能使其合理使用，是本課的難點(diǎn)。

學(xué)習(xí)內(nèi)容規(guī)則性知識重復(fù)執(zhí)行概念性知識事件循環(huán)的定義思想無限循環(huán)怎樣實(shí)現(xiàn)無限循環(huán)重復(fù)執(zhí)行20 次循環(huán)的定義有限循環(huán)怎樣實(shí)現(xiàn)有限循環(huán)重復(fù)執(zhí)行直到循環(huán)的定義條件循環(huán)怎樣實(shí)現(xiàn)條件循環(huán)，確定滿足的條件

（一）常規(guī)設(shè)計(jì)

教師提出小樹生長使用“重復(fù)執(zhí)行直到”控件，當(dāng)角色大小大于100 時(shí)，停止生長。教師一邊講解，一邊拖動(dòng)控件進(jìn)行演示。然后學(xué)生再進(jìn)行相關(guān)的練習(xí)。

（二）思考焦點(diǎn)

這個(gè)知識點(diǎn)按照正常的理解順序就有點(diǎn)難度，特別是條件判斷使用規(guī)則：符合滿足條件時(shí)，跳出循環(huán)體往下；沒有滿足條件時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行重復(fù)結(jié)構(gòu)中的程序。與之前的順序結(jié)構(gòu)有所不同，學(xué)生由于思維定式，理解錯(cuò)誤，很容易認(rèn)為滿足大小>100 時(shí)反而是運(yùn)行重復(fù)結(jié)構(gòu)中的程序。整個(gè)設(shè)計(jì)沒有對程序進(jìn)行詳細(xì)分解，學(xué)習(xí)的過程總體單調(diào)，難以深入理解。

（三）修改后的設(shè)計(jì)

教師將“重復(fù)執(zhí)行直到”所需條件使用和“重復(fù)執(zhí)行n 次”進(jìn)行比較，要素重疊分析：兩者在程序搭建時(shí)是否可以互通？既然有時(shí)候可以相互使用，為什么使用前者而不是后者？兩者的聯(lián)系和區(qū)別又是什么？在問題驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生深入思考和探究，在學(xué)生嘗試時(shí)，又進(jìn)行要素的疊加對比和解惑，思維得到充分發(fā)展。

師：小樹慢慢長大，用“重復(fù)執(zhí)行n 次”控件可以嗎？試試看。

（小組交流討論。）

生：我們小組認(rèn)為可以，如果初始大小為10，每次角色增大10，重復(fù)10 次，這樣角色大到110 時(shí)就停止生長了。

師：你們小組很愛動(dòng)腦，那如果每次增大5，重復(fù)多少次？

生：重復(fù)20 次，就是重復(fù)執(zhí)行里面的程序與外面的次數(shù)要進(jìn)行計(jì)算，如果數(shù)值大，好像有點(diǎn)麻煩。

師：很多時(shí)候，為了程序更有邏輯性和符合自然現(xiàn)象，我們會(huì)用隨機(jī)數(shù)，代表生長有快有慢，那這時(shí)候，次數(shù)怎么判斷？

生：好像不太方便。

師：確實(shí)，所以當(dāng)進(jìn)行重復(fù)執(zhí)行需要滿足一定條件時(shí)，我們有更好的選擇，那就是“重復(fù)執(zhí)行直到”控件，直到大小大于100 就可以停止了。根據(jù)導(dǎo)學(xué)單提供的文字描述和控件，再思考一下，可以怎樣搭建腳本。

（四）教學(xué)評析

在此處的設(shè)計(jì)中，教學(xué)的主導(dǎo)是計(jì)算思維，學(xué)生借助程序描述和控件的提示，運(yùn)用邏輯推理的方式對教師提出的驅(qū)動(dòng)問題進(jìn)行思考、實(shí)踐和優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。學(xué)生在已經(jīng)掌握的“重復(fù)執(zhí)行n次”控件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行知識的疊加和延伸對比，慢慢理解和學(xué)習(xí)“重復(fù)執(zhí)行直到”控件的使用方法。在完成小樹生長后，通過教師的其他案例小結(jié)，進(jìn)一步掌握此控件的使用技巧。在課堂上，基本功較為扎實(shí)的學(xué)生可以較為順利地完成程序的搭建，基礎(chǔ)相對薄弱的學(xué)生在小組成員的互幫互助下，基本也能完成搭建，教學(xué)效果良好。

綜上所述，計(jì)算思維教學(xué)實(shí)踐與教學(xué)策略的探究是驗(yàn)證計(jì)算思維在小學(xué)積木式教學(xué)中可行可用的關(guān)鍵之舉。基于計(jì)算思維的信息技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)對知識點(diǎn)進(jìn)行整體重構(gòu)，通過梳理、分析、解惑等方法，給學(xué)生搭建思維發(fā)展的腳手架。通過多方面要素的疊加，鼓勵(lì)學(xué)生深入思考，創(chuàng)作更優(yōu)秀成熟符合生活實(shí)際情況的作品，最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，體驗(yàn)程序設(shè)計(jì)的感受，培養(yǎng)開發(fā)計(jì)算思維。