基于UbD模式的小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)

路唱天 劉潔

【摘 要】《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出，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，在問(wèn)題解決過(guò)程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)等思維活動(dòng)。本文結(jié)合UbD教學(xué)模式，探索Scratch編程教學(xué)實(shí)踐和研究，從抽象建模、設(shè)計(jì)算法、巧用流程圖、描述算法，糾錯(cuò)反思、調(diào)試算法等方面探討如何在編程課堂上，引導(dǎo)學(xué)生全面剖析問(wèn)題、建模分析和解決問(wèn)題，從而達(dá)到有效培養(yǎng)和提升小學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)目的。

【關(guān)鍵詞】Scratch編程教學(xué)；計(jì)算思維；算法

【中圖分類號(hào)】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2023）06-053-02

UbD（Understanding by Design）指的是理解為先的教學(xué)設(shè)計(jì)，是一種以明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)為起點(diǎn)、以促進(jìn)學(xué)生有意義學(xué)習(xí)為宗旨，強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)先于課程設(shè)計(jì)和教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展的創(chuàng)新型教學(xué)設(shè)計(jì)模式。計(jì)算思維是信息科技課程四大核心素養(yǎng)之一，也是小學(xué)信息科技教學(xué)的關(guān)鍵培養(yǎng)目標(biāo)。計(jì)算思維可以借助編程作為載體來(lái)培養(yǎng)。Scratch作為小學(xué)生可視化圖形編程教學(xué)的學(xué)習(xí)軟件，自帶的拖拽積木式指令模塊能非常便捷地開(kāi)啟學(xué)生學(xué)習(xí)探索模式：通過(guò)問(wèn)題的提出，進(jìn)一步從問(wèn)題中建模（分析問(wèn)題）、巧妙利用流程圖設(shè)計(jì)算法（解決問(wèn)題），進(jìn)而發(fā)展和提升小學(xué)生的計(jì)算思維能力。

UbD理念指導(dǎo)小學(xué)編程教育與學(xué)生培養(yǎng)的意義

計(jì)算思維是我們?cè)谛纬蓡?wèn)題和建模解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列信息化思維設(shè)計(jì)[1]。計(jì)算思維是中小學(xué)信息科技學(xué)科要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一，是信息科技學(xué)科本質(zhì)的重要體現(xiàn)，也是新課標(biāo)提出的中小學(xué)核心素養(yǎng)在信息科技學(xué)科呈現(xiàn)的重要表達(dá)。

計(jì)算思維能夠提高學(xué)生在信息時(shí)代的適應(yīng)性，幫助學(xué)生建立起更加科學(xué)的思維方式，在理解計(jì)算方法、靈活運(yùn)用計(jì)算技能的基礎(chǔ)上全面提高信息素養(yǎng)。

計(jì)算思維對(duì)于提高小學(xué)生對(duì)數(shù)字世界的辨別能力具有重要作用，這就要求教師在平時(shí)的教育教學(xué)中不斷地提升和鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力、問(wèn)題分析與解決的能力，進(jìn)而綜合性地提升學(xué)生的創(chuàng)造力與發(fā)散思維能力。

信息科技課程學(xué)習(xí)重在幫助學(xué)生對(duì)信息技術(shù)處理信息建立基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)，教師在具有趣味性的編程教學(xué)中逐漸引導(dǎo)學(xué)生建立起對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)原理、信息化概念的基本認(rèn)知，普及和提升學(xué)生計(jì)算思維，為學(xué)生以后更深入地進(jìn)行信息技術(shù)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

UbD理念下小學(xué)Scratch編程教學(xué)策略

1.抽象建模，設(shè)計(jì)算法

新課標(biāo)指出，具備計(jì)算思維的學(xué)生能對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象、分解、建模。所謂抽象、分解、建模，就是對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中涉及的問(wèn)題進(jìn)行抽象和形式化表達(dá)，為編寫(xiě)程序提供依據(jù)[2]。學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題進(jìn)行抽象，就找到了解決問(wèn)題的切入口。

例如，在趣味編程課“垃圾分類小達(dá)人”中，如何判斷“垃圾圖片”是屬于“可回收垃圾”“有害垃圾”“廚余垃圾”還是“其他垃圾”，是學(xué)生們急需解決的問(wèn)題。很明顯學(xué)生對(duì)于每一個(gè)掉落下來(lái)的垃圾圖片都要進(jìn)行判斷，那么有16個(gè)垃圾就要做16個(gè)角色，并編寫(xiě)16段類似的腳本，如果垃圾種類變多了，程序看起來(lái)必然十分冗余。

于是，教師引導(dǎo)學(xué)生把垃圾分成四大類，將一個(gè)個(gè)垃圾圖片抽象成角色的一個(gè)個(gè)造型，利用“造型編號(hào)”和“求余數(shù)”兩個(gè)積木代碼相結(jié)合進(jìn)行判斷。把16個(gè)垃圾圖片作為一個(gè)角色的16個(gè)造型，每個(gè)造型的編號(hào)依次為1到16，我們把“可回收垃圾”放在1、5、9、13編號(hào)造型里，1、5、9、13除以4余數(shù)都為1，那么這些就是“可回收垃圾”。如此一來(lái)，學(xué)生將現(xiàn)實(shí)生活中的“垃圾”抽象成一個(gè)個(gè)造型編號(hào)，借助一個(gè)數(shù)整除4的余數(shù)有4種結(jié)果，巧妙地將“垃圾”分成四類。

在編程教學(xué)中，教師要時(shí)刻利用貼近生活中的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生把相關(guān)問(wèn)題抽象成數(shù)學(xué)模型，這樣能更加有效地提高學(xué)生的計(jì)算思維。

2.巧用流程圖，描述算法

新課標(biāo)要求學(xué)生能用自然語(yǔ)言、流程圖等方式描述求解簡(jiǎn)單問(wèn)題的算法。流程圖使學(xué)生解決問(wèn)題的思路更加清晰，它具有清晰的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的邏輯性，起到了自然語(yǔ)言和程序語(yǔ)言之間的橋梁作用，能夠科學(xué)地幫助學(xué)生分析、理清任務(wù)需求和順序，讓學(xué)生輕松地明白和理解所設(shè)計(jì)的算法需注意與考慮的關(guān)鍵點(diǎn)，讓學(xué)生在搭建腳本時(shí)有序可循，從而有效地輔助學(xué)生抽象建模。

如在趣味編程“小貓過(guò)隧道”一課中，師生共同分析小貓角色的動(dòng)作。第一步：對(duì)小貓進(jìn)行初始化設(shè)置，如大小、位置、旋轉(zhuǎn)模式；第二步：小貓由鍵盤方向鍵控制前進(jìn)穿越隧道；第三步：如果小貓碰到隧道墻壁，則回到起點(diǎn)；第四步：如果小貓碰到終點(diǎn)的禮物盒，則說(shuō)“我成功了”，游戲結(jié)束。用自然語(yǔ)言描述分析小貓角色的動(dòng)作后，教師引導(dǎo)學(xué)生合作交流，共同完成流程圖中缺少的部分，將流程圖補(bǔ)充完整。小學(xué)生的抽象思維較弱，通過(guò)流程圖能清晰地看清整體思路，順利搭建腳本，從而解決問(wèn)題。

3.糾錯(cuò)反思，調(diào)試算法

新課標(biāo)提出，要引導(dǎo)學(xué)生利用編程驗(yàn)證解決問(wèn)題的過(guò)程，反思解決問(wèn)題的方案。當(dāng)我們運(yùn)行程序時(shí)，只要最終的結(jié)果與期望的不符合，就證明腳本中肯定有錯(cuò)漏。但是，腳本中的缺陷常常不是一下就能找到的，這就需要學(xué)生把腳本一段一段分開(kāi)運(yùn)行，或者不斷調(diào)整參數(shù)，一遍一遍運(yùn)行，同時(shí)觀察每一次的運(yùn)行結(jié)果。不斷糾錯(cuò)反思，是學(xué)生解決問(wèn)題過(guò)程中非常重要的優(yōu)秀品質(zhì)。

如在趣味編程課“老鼠循跡”一課中，小老鼠一直在向前運(yùn)動(dòng)，小老鼠的前面有兩個(gè)有顏色的點(diǎn)，相當(dāng)于兩個(gè)傳感器，當(dāng)紫色點(diǎn)碰到黑色，就讓小老鼠左轉(zhuǎn)一定的角度，當(dāng)橙色的點(diǎn)碰到黑色就讓小老鼠右轉(zhuǎn)一定的角度。這個(gè)小游戲的算法不難，但是黑線的粗細(xì)、兩個(gè)傳感器的距離、小老鼠的速度、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)的角度都是不確定的，然而這些因素都會(huì)影響小老鼠的軌跡。學(xué)生在操作的時(shí)候就得根據(jù)實(shí)際情況對(duì)這些參數(shù)不斷地進(jìn)行調(diào)整。

在一次次測(cè)試中，得到不同執(zhí)行效果的反饋，學(xué)生在不斷探索中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、剖析問(wèn)題、理解問(wèn)題、解決問(wèn)題。在這個(gè)循序漸進(jìn)、勇于探究的過(guò)程中，學(xué)生的思維活力被一次次地喚醒，從而真正提高了他們的計(jì)算思維能力。

結(jié)? 語(yǔ)

在UbD理念的指導(dǎo)下，學(xué)生能夠進(jìn)行問(wèn)題分析、抽象建模，將實(shí)際生活中的問(wèn)題抽象出來(lái)，利用自然語(yǔ)言和流程圖語(yǔ)言描述算法，提出解決問(wèn)題的步驟。教學(xué)以解決問(wèn)題為明線，以提高學(xué)生計(jì)算思維為暗線，兩者相輔相成，相互促進(jìn)。在不斷地糾錯(cuò)反思、算法調(diào)試中，學(xué)生的計(jì)算思維得到深度發(fā)展，學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)與技能培養(yǎng)的總目標(biāo)落地開(kāi)花。

注：本文系江蘇省2022年基礎(chǔ)教育內(nèi)涵建設(shè)前瞻性項(xiàng)目“基于教育信息化的減負(fù)提質(zhì)縣域行動(dòng)”（項(xiàng)目編號(hào)：2022JSQZ0309）的研究成果

參考文獻(xiàn)

賈翠菊. 面向計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)生Scratch編程教育教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究[D]. 保定：河北大學(xué)，2020.

張景川. 高專師范生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)與實(shí)踐研究——以Scratch編程課為例[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2021，34（7）.