基于“暢學(xué)編程”平臺的低年級計算思維培養(yǎng)探究

姜 琪

著名計算機(jī)科學(xué)家周以真教授提出，計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)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(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。［1］隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，“計算思維”正逐漸成為眾多教育學(xué)者研究的重點(diǎn)。作為信息技術(shù)教師，如何將抽象的計算思維在課堂中呈現(xiàn)出來并在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力至關(guān)重要。

“暢學(xué)編程”是為低年級學(xué)生定制的計算機(jī)在線編程課程，其教學(xué)內(nèi)容符合基礎(chǔ)教育的要求，可以系統(tǒng)化培養(yǎng)學(xué)生的計算思維?！皶硨W(xué)編程”一級課程相對簡單易學(xué)，包含指令、算法、程序控制、調(diào)試、循環(huán)、創(chuàng)建故事等內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)對應(yīng)的課程，學(xué)生可初步創(chuàng)建計算機(jī)程序，用編程語言創(chuàng)建動畫故事、開發(fā)交互式游戲并分享到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺。通過具體的程序模塊搭建、程序調(diào)試和運(yùn)行程序，學(xué)生的邏輯思維能力得到鍛煉，信息素養(yǎng)得到進(jìn)一步提升。

本文以“暢學(xué)編程”一級課程為例，通過課堂上真實(shí)的學(xué)習(xí)交流讓思維可見，探索低年級高效的編程課堂，從而更好地培養(yǎng)低年級學(xué)生的計算思維能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)編程課程打下了良好基礎(chǔ)。

一、低年級計算思維培養(yǎng)路徑

根據(jù)江蘇省最新的信息技術(shù)課程改革通知，考慮到小學(xué)編程教學(xué)的基礎(chǔ)特點(diǎn)，筆者所在學(xué)校將“暢學(xué)編程”一級課程加入二年級信息技術(shù)課程。二年級的學(xué)生思維正處于具體運(yùn)算階段，對圖形化、模塊化的編程課程更容易掌握。［2］

（一）“循環(huán)”闖關(guān)，自我挑戰(zhàn)

“循環(huán)”課程的教學(xué)目標(biāo)是熟練掌握“循環(huán)指令”，用以簡化重復(fù)的程序動作；能夠創(chuàng)建一個循環(huán)單一類型的單個或多個指令任務(wù)；學(xué)會運(yùn)用組合動作循環(huán)指令搭建程序；通過重復(fù)簡單的序列，創(chuàng)建藝術(shù)圖形；在闖關(guān)的過程中培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識、解決實(shí)際問題的能力；通過使用簡單的圖形和線條組合，提升對圖形排列的邏輯思維能力。

在低年級的信息技術(shù)課堂中，如何讓學(xué)生對編程語言有更深刻的認(rèn)識很重要。單一的以闖關(guān)形式完成課堂任務(wù)對二年級的學(xué)生來說并不難，但無法深入培養(yǎng)計算思維能力。因此，筆者考慮將學(xué)生在課堂中的思考過程呈現(xiàn)出來，將思維可見化，從多維度引導(dǎo)學(xué)生，找到課程中解決問題的關(guān)鍵所在，生成更高效有趣的編程課堂。［3］

（二）初級探索，指令梳理

教師在教授第11課“江南·循環(huán)”之前，讓學(xué)生通過“重復(fù)做一件事”的游戲環(huán)節(jié)，了解什么是“循環(huán)”。學(xué)生對“循環(huán)”的初步認(rèn)識是，一次又一次地做某件事或者多次重復(fù)一個動作，比如“跳繩時需要重復(fù)跳的動作”，“上樓梯時重復(fù)抬高腿邁步的動作”等?；氐健敖稀ぱh(huán)”這一教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生將認(rèn)識一個新的指令“循環(huán)”，它是循環(huán)去做某一件事的指令。當(dāng)課程內(nèi)容進(jìn)到第一關(guān)卡，學(xué)生確定了小魚和需要到達(dá)的荷葉位置后，使用方向指令完成闖關(guān)。第二關(guān)卡需要使用循環(huán)指令，學(xué)生學(xué)會確定小魚移動的方向和重復(fù)的次數(shù)，就可以將循環(huán)指令模塊插入“當(dāng)運(yùn)行時”的下方（數(shù)字代表指令重復(fù)的次數(shù)），再將方向指令模塊插入循環(huán)指令右側(cè)的凹槽處即可。學(xué)生通過對比多個單一方向的指令和循環(huán)指令的使用，確定了循環(huán)指令的作用——縮減煩瑣的重復(fù)指令。

第一關(guān)和第二關(guān)是非?；A(chǔ)的內(nèi)容，課堂上反饋闖關(guān)成功率達(dá)到100%，由此可以判斷學(xué)生能輕松掌握使用循環(huán)指令來簡化繁雜的單一方向指令。隨著關(guān)卡的增加，學(xué)習(xí)內(nèi)容逐漸變難，對學(xué)生的思維挑戰(zhàn)也越來越大。以第四關(guān)、第五關(guān)、第七關(guān)的課程內(nèi)容來進(jìn)行大比拼，學(xué)生闖關(guān)的成功率逐漸降低，這時需要教師引導(dǎo)學(xué)生正確搭建程序。班級里總會有思維能力不錯的學(xué)生，教師可以請闖關(guān)成功的學(xué)生做小老師，將“小秘訣”分享給大家。同時，教師要把學(xué)生的語言信息轉(zhuǎn)化為可見的信息呈現(xiàn)給其他學(xué)生，也就是說把學(xué)生的思維方式通過指示箭頭呈現(xiàn)在黑板上，使每個學(xué)生都清晰地認(rèn)識小魚到達(dá)荷葉的路程，這也會加深對程序設(shè)計的理解。

（三）高階提升，技能遞進(jìn)

在第11課“江南·循環(huán)”課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上，第12課“松鼠·循環(huán)”這一課增加了新的動作指令（取得和種植），增添了編程課的趣味性。

在“松鼠·循環(huán)”這一課的學(xué)習(xí)中，許多學(xué)生沒有到達(dá)指定的位置就開始“取得松果”和“種植松樹”，導(dǎo)致在運(yùn)行程序的時候報錯，那么教師需要適時引導(dǎo)學(xué)生明確方向指令的數(shù)量。經(jīng)過第一關(guān)和第二關(guān)的基礎(chǔ)闖關(guān)練習(xí)，學(xué)生能夠很快掌握這一課的基礎(chǔ)知識，能夠自行觀察取得松果和種植松樹的數(shù)量，并按照闖關(guān)要求使用循環(huán)指令來完成任務(wù)。

經(jīng)過練習(xí)，學(xué)生對這一課的內(nèi)容已經(jīng)不再陌生，可以放手自主探究練習(xí)。教師將準(zhǔn)備好的教學(xué)微視頻分發(fā)到學(xué)生電腦，為學(xué)生提供相關(guān)的學(xué)習(xí)支持服務(wù)，以幫助有需要的學(xué)生進(jìn)行有選擇性的課堂探究。由循環(huán)的“移動指令”和循環(huán)的“動作指令”相結(jié)合的循環(huán)指令是第一次學(xué)習(xí)。組合動作的循環(huán)簡化了復(fù)雜的指令，學(xué)生要在程序設(shè)計和程序調(diào)試的過程中學(xué)會動腦筋。

（四）創(chuàng)意無限，自我實(shí)現(xiàn)

通過第11課和第12課的學(xué)習(xí)，學(xué)生對程序設(shè)計里的“循環(huán)”有了更深刻的認(rèn)識。第13課“小畫家·循環(huán)”是對前兩節(jié)課的拓展練習(xí)，本節(jié)課結(jié)合了編程的邏輯性與藝術(shù)的創(chuàng)造性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)編程的同時插上藝術(shù)的翅膀，開啟自由想象，進(jìn)行個性化創(chuàng)作，從而把編程的思維運(yùn)用到藝術(shù)、數(shù)學(xué)甚至生活的各個方面。

二、對培養(yǎng)策略的反思

（一）課堂中有方向地滲透問題意識，可以提高學(xué)生求知欲

培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性是信息技術(shù)學(xué)科的重要目標(biāo)之一。由江蘇省最新的信息技術(shù)課程改革可見，信息技術(shù)課程從一、二年級開始試點(diǎn)教學(xué)，低年級開展編程課也是為后面的學(xué)科學(xué)習(xí)做鋪墊。引導(dǎo)低年級學(xué)生掌握思考方式，能有效增強(qiáng)課堂的趣味性，從而提高教學(xué)效率。

（二）多角度引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決問題，可以提高學(xué)生的參與度

在“暢學(xué)編程”循環(huán)課里，相同的課堂知識以不同的闖關(guān)形式展開，更有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的多樣性和變通性。［4］通過3節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生不斷變換思維，積極討論和交流，勇于挑戰(zhàn)和探索，在新的關(guān)卡中通過模塊搭建感受循環(huán)指令的實(shí)用性，在創(chuàng)意中閃現(xiàn)思維的火花，鍛煉邏輯思維，提升信息素養(yǎng)。

（三）分層次自主探究學(xué)習(xí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力

培養(yǎng)低年級學(xué)生的計算思維要循序漸進(jìn)。對課堂中遇到的實(shí)際問題需要進(jìn)行交流討論，給學(xué)生提供不同的學(xué)習(xí)支持服務(wù)，讓學(xué)生思考如何在滿足條件要求的情況下，以最優(yōu)的程序設(shè)計完成闖關(guān)任務(wù)。比如在“江南·循環(huán)”這一課，“小魚找荷葉”的闖關(guān)任務(wù)步步升級，提高了學(xué)生對編程課的興趣，也提高了課堂的教學(xué)質(zhì)量。

（四）思維可見化，有利于培養(yǎng)計算思維

“學(xué)而不思則罔?！眲?chuàng)新來源于不斷的思考。教師在教學(xué)中要讓學(xué)生養(yǎng)成思考的好習(xí)慣，［5］在編程課中通過問題分析啟發(fā)學(xué)生的高階計算思維，培養(yǎng)學(xué)生的拆分思維和完整思維。那么，如何進(jìn)行問題分析呢？學(xué)生的思考過程尤為重要。筆者認(rèn)為，如果把學(xué)生的思考過程展現(xiàn)出來供大家探究，對促進(jìn)學(xué)生計算思維的發(fā)展將大有裨益。比如在“小畫家·循環(huán)”課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過繪畫將思考過程展現(xiàn)在紙上，往往會更好地體現(xiàn)思考動態(tài)，激發(fā)創(chuàng)新思維。