從“模仿”走向“探究”：讓計(jì)算思維融入編程教學(xué)

吳敏娜 江蘇省蘇州市吳江區(qū)程開甲小學(xué)

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》）中明確提出信息科技課程的核心素養(yǎng)由信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)要素組成，進(jìn)一步明確了計(jì)算思維的培養(yǎng)在信息科技教學(xué)中的重要作用。計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案過程中產(chǎn)生的抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)等一系列思維活動(dòng)，它是一個(gè)問題解決的過程。小學(xué)信息課堂中的圖形化編程軟件，則是讓計(jì)算思維落地生根的一個(gè)良好平臺(tái)。學(xué)生通過簡(jiǎn)便的積木式指令模塊的操作，學(xué)習(xí)程序組件，掌握分析問題、解決問題的思維方法，進(jìn)而發(fā)展計(jì)算思維，這對(duì)信息科技核心素養(yǎng)的培育很有必要。

● 問題審視：計(jì)算思維面臨效率的教學(xué)“缺位”

首先，空——只有操作，沒有思考。為了追求任務(wù)的完成度，大多數(shù)教師會(huì)選擇采用“教師演示，學(xué)生模仿”的方法來(lái)展開教學(xué)，并沒有引導(dǎo)學(xué)生思考、探索，而是直接將知識(shí)教授給學(xué)生。

其次，略——只有任務(wù)，沒有指導(dǎo)。有的教師認(rèn)為，完成一個(gè)完整的編程任務(wù)很難，因此會(huì)選擇將大項(xiàng)目分解為小任務(wù)的方式來(lái)開展教學(xué)。但教師會(huì)認(rèn)為小任務(wù)已經(jīng)很簡(jiǎn)單，無(wú)需再講解或指導(dǎo)，于是放手讓學(xué)生自己去完成。學(xué)生憑借個(gè)人感覺進(jìn)行實(shí)操，缺乏具體的、系統(tǒng)的編程方法的指導(dǎo)。

最后，虛——只有結(jié)果，沒有過程。大部分教師認(rèn)為，編程課堂上的學(xué)習(xí)內(nèi)容，無(wú)非就是為了完成某一個(gè)具體的編程任務(wù)，但在這個(gè)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量無(wú)法預(yù)估的“錯(cuò)誤”，而當(dāng)這些“錯(cuò)誤”產(chǎn)生的時(shí)候，他們都避而遠(yuǎn)之，急于改錯(cuò)為對(duì)。這些寶貴的“錯(cuò)誤”，一旦被忽視，學(xué)生將錯(cuò)失計(jì)算思維培養(yǎng)的好時(shí)機(jī)。

● 解決路徑：小步切入，逐層進(jìn)階

1.項(xiàng)目分解，化繁為簡(jiǎn)

《新課標(biāo)》指出，要以真實(shí)問題或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運(yùn)用過程、計(jì)算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，建構(gòu)知識(shí)，提升問題解決能力。以項(xiàng)目作為驅(qū)動(dòng)開展教學(xué)，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生從應(yīng)對(duì)和解決驅(qū)動(dòng)問題發(fā)展到利用團(tuán)隊(duì)合作的力量去創(chuàng)造性解決問題，還能夠培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題的素養(yǎng)。

2.問題導(dǎo)向，逐個(gè)突破

教師在利用真實(shí)情境激發(fā)學(xué)生的好奇心后，有針對(duì)性地及時(shí)提出與情境相關(guān)的核心問題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行討論與分析，讓學(xué)生主動(dòng)融入到情境中。通過設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)的問題鏈，驅(qū)動(dòng)學(xué)生不斷思考和主動(dòng)建構(gòu)，逐步地將計(jì)算思維的培養(yǎng)融入其中。

3.化用“錯(cuò)誤”，思維進(jìn)階

不論是在生活還是在學(xué)習(xí)中，我們總是在追求“對(duì)”“好”，對(duì)于那些“錯(cuò)”“差”，總是避而遠(yuǎn)之。但在編程過程中，“錯(cuò)誤”是無(wú)法避免的，正是有這些“錯(cuò)誤”的存在，才能讓學(xué)生碰撞出思維的火花。在錯(cuò)誤中找尋正確，在正確中找尋錯(cuò)誤，可以幫助學(xué)生在錯(cuò)中思辨，逐漸建立起強(qiáng)大的算法思維。

● 支持策略：助力計(jì)算思維拾階而上

1.由“直”轉(zhuǎn)“曲”：設(shè)計(jì)完整的學(xué)習(xí)經(jīng)歷

小學(xué)生編程主要是以觀察、分析、模仿為主，如他們看到打地鼠游戲好玩，就想自己編程實(shí)現(xiàn)，但是，這么復(fù)雜的游戲，自己怎么編呢？首先，得從觀察、分析開始。觀察是一種有意識(shí)的智力活動(dòng)，不僅僅是用肉眼去看，更多的是要?jiǎng)幽X筋，要用心去感受。觀察力是對(duì)周圍事物的內(nèi)心“敏感力”，在編程學(xué)習(xí)中，一定要具備一顆愛觀察的心，通過有針對(duì)性的訓(xùn)練，由易到難、循序漸進(jìn)地磨煉觀察的敏銳感與想象力。

（1）從整體到個(gè)體

教師要引導(dǎo)學(xué)生，在觀察時(shí)，既要觀察程序的整體面貌，也要觀察其中的部分或個(gè)體的獨(dú)特之處，這些與眾不同的地方，需要觀察得更加細(xì)致入微。例如，在《花朵繽紛》一課中，整體觀察，滿屏的鮮花盛開很美麗，學(xué)生覺得程序肯定很復(fù)雜。仔細(xì)觀察，所有花朵長(zhǎng)得一樣，只是位置不同罷了；每一朵花由五個(gè)花瓣組成，這五個(gè)花瓣又一模一樣。所以，只需掌握一個(gè)花瓣的制作，即可獲得“整個(gè)花園”。

（2）從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)

靜態(tài)的事物可以反復(fù)看，如一個(gè)長(zhǎng)在樹上的蘋果，它的位置永遠(yuǎn)是固定的。但動(dòng)態(tài)的事物，稍不留神，你就看不清它的活動(dòng)過程，前一秒它的坐標(biāo)值還是(X：0，Y：0)，后一秒，它的坐標(biāo)就變成了(X：0，Y：-145)。雖然動(dòng)態(tài)的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)瞬即逝，但仔細(xì)觀察，便能發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

（3）從虛擬到現(xiàn)實(shí)

圖形化教學(xué)中的很多案例，靈感都源于生活中的實(shí)際問題。例如，在講解《賽車游戲》一課時(shí)，學(xué)生利用已有的知識(shí)儲(chǔ)備能夠很快地完成賽車的前進(jìn)功能，但當(dāng)賽車遇到彎道時(shí)，問題出現(xiàn)了：如何才能讓賽車自動(dòng)識(shí)別前面的障礙物呢？這對(duì)于初次接觸的學(xué)生而言有些困難，那么不妨回到實(shí)際生活中來(lái)思考。在現(xiàn)實(shí)中，汽車如果快要碰撞到物體，會(huì)有什么反應(yīng)？學(xué)生很快能夠想到“滴滴滴滴”的警報(bào)聲。那么，汽車是通過什么設(shè)備感應(yīng)的呢？這樣將現(xiàn)實(shí)和虛擬對(duì)比，雖然學(xué)生對(duì)“設(shè)備”的概念可能依舊是模糊的，但至少在回到虛擬的編程世界中時(shí)，他們能夠想到，也要借助一個(gè)“設(shè)備”讓賽車自動(dòng)識(shí)別障礙物。由此，本堂課的難點(diǎn)得以突破。

2.聚“散”為“整”：形成深度的計(jì)算思維

（1）從模糊到清晰，用自然語(yǔ)言表述詳細(xì)功能

在圖形化編程教學(xué)中，教師在正式授課前，通常會(huì)展示優(yōu)秀的作品供學(xué)生欣賞。那么，如何將它轉(zhuǎn)換為學(xué)生自己的作品呢？首先要進(jìn)行分析，分析的過程是對(duì)學(xué)生進(jìn)行有意識(shí)的引導(dǎo)，旨在培養(yǎng)學(xué)生在“動(dòng)手做”之前先要“動(dòng)腦思”。學(xué)生將頭腦中“思”的結(jié)果轉(zhuǎn)化為描述性語(yǔ)言的過程，實(shí)際上就是形成利用編程思想解決實(shí)際問題的意識(shí)的過程。

例如，在講授《防疫助手卡達(dá)鴨》一課時(shí)，最終要呈現(xiàn)的效果是：卡達(dá)鴨自動(dòng)地不停出示健康碼和行程碼。如何做呢？教師引導(dǎo)學(xué)生在操作前先分析，并將分析的結(jié)果用自己的語(yǔ)言表述出來(lái)。這一過程，實(shí)則是在對(duì)算法進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述。算法的形成會(huì)經(jīng)歷一個(gè)從模糊到清晰的漸變過程，“說(shuō)”可以加速這個(gè)進(jìn)程。因此，算法教學(xué)要重視“自然說(shuō)”的過程。

（2）從自然到規(guī)范，借助流程圖探究編程過程

學(xué)生通過觀察、分析、表達(dá)，在軟件中找尋與自然語(yǔ)言一一對(duì)應(yīng)的控件，許多不完整的、零散的控件已經(jīng)逐步呈現(xiàn)。那么，如何將它們進(jìn)行有效、準(zhǔn)確地拼搭，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能呢？繪制流程圖是促進(jìn)學(xué)生理解程序邏輯關(guān)系的有效手段。

例如，在教學(xué)《防疫助手卡達(dá)鴨》時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生：大家已經(jīng)找到了許多零散的控件，如何將它們拼搭起來(lái)呢？請(qǐng)大家按照找到的零散控件，將流程圖補(bǔ)充完整。通過控件之間有效的組合、拼搭，學(xué)生能一目了然，并清晰地知道，要完成任務(wù)，應(yīng)先用到哪個(gè)控件，再用到哪個(gè)控件。學(xué)生腦袋里的抽象想法，在“流程圖”的助力下，一下子就有順序、有目的地外顯出來(lái)。

（3）從基礎(chǔ)到創(chuàng)新，在交流分享中碰撞思維火花

在教學(xué)中，教師可以通過開放性和挑戰(zhàn)性的主題任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，培養(yǎng)思維品質(zhì)，形成創(chuàng)新意識(shí)和能力。

例如，在教學(xué)《防疫助手卡達(dá)鴨》時(shí)，教師提出如下問題：①電子版的卡達(dá)鴨有什么缺點(diǎn)？②如何解決？有的學(xué)生提出利用3D打印軟件，自己設(shè)計(jì)一款真實(shí)的卡達(dá)鴨；有的學(xué)生建議可以加上一些硬件作為輔助，如加上舵機(jī)，讓它的手能真的動(dòng)起來(lái)，還可以加上一些傳感器，讓它的功能更豐富，等等。通過生生互動(dòng)、師生互動(dòng)，學(xué)生的探究興趣被大大激發(fā)，學(xué)生認(rèn)識(shí)了同伴、認(rèn)識(shí)了自我，從而激發(fā)了學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。

3.重構(gòu)個(gè)體的心智模式

在教學(xué)中，教師要將“錯(cuò)誤”作為重要的教學(xué)資源，合理并充分利用，要讓“錯(cuò)誤”發(fā)揮最大的功效，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。

（1）“錯(cuò)誤”的經(jīng)驗(yàn)反思

在程序的調(diào)試過程中，總是會(huì)遇到各種各樣不同的“錯(cuò)誤”，當(dāng)這些寶貴的“錯(cuò)誤”產(chǎn)生時(shí)，學(xué)生需要不斷地思考更新解決問題的思路，進(jìn)而不斷優(yōu)化自己的程序。在程序的優(yōu)化階段，學(xué)生可以不斷優(yōu)化自己的流程圖設(shè)計(jì)，以此發(fā)現(xiàn)最佳的問題解決方案。在這一階段，學(xué)生會(huì)反反復(fù)復(fù)修改自己的設(shè)計(jì)，這一方面呈現(xiàn)了他們抽象和優(yōu)化問題的思維過程，另一方面也為下一步實(shí)現(xiàn)方案的具體程序開發(fā)提供指導(dǎo)。

（2）“思維”的交互生成

圖形化編程教學(xué)具有一定的開放性，非常適合開展合作學(xué)習(xí)活動(dòng)，能夠給學(xué)生提供更多質(zhì)疑、討論的機(jī)會(huì)，促進(jìn)學(xué)生形成批判性思維品質(zhì)。

（3）“認(rèn)知”的結(jié)構(gòu)重建

《新課標(biāo)》在計(jì)算思維第三學(xué)段（5～6年級(jí)）目標(biāo)中提到：“通過生活中的實(shí)例，了解算法的特征和效率。能用自然語(yǔ)言、流程圖等方式描述算法。知道解決同一問題可能會(huì)有多種方法，認(rèn)識(shí)到采用不同方法解決同一問題時(shí)可能存在時(shí)間效率上的差別?！币虼耍處熆梢酝ㄟ^師生融合互動(dòng)的“學(xué)習(xí)共同體”，把圖形化編程的過程變成師生共同創(chuàng)造、豐富、整合課程資源的過程，促進(jìn)師生之間的交流互動(dòng)，建構(gòu)和發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，促進(jìn)師生共同成長(zhǎng)。

● 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算思維是信息科技核心素養(yǎng)的關(guān)鍵要素，它不是靠教師“教”出來(lái)的，而是靠學(xué)生踏踏實(shí)實(shí)、認(rèn)認(rèn)真真“做”出來(lái)的。計(jì)算思維的培養(yǎng)也不僅僅存在于信息課堂或編程教學(xué)中，它滲透在人們工作、學(xué)習(xí)、生活的方方面面，只要有需要解決的問題，就有計(jì)算思維的參與。從這一角度看，對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)有著不可估量的作用與價(jià)值。