淺談在圖形化編程中落實(shí)計(jì)算思維的幾點(diǎn)思考

江蘇省常州市香梅小學(xué) 葛 軍

Scratch圖形化編程軟件是一款面向青少年的圖形化編程工具，近幾年逐漸被引入中小學(xué)編程教學(xué)中。

由于圖形化的界面具有方便操作等特點(diǎn)，圖形化編程深受廣大師生的歡迎。教師首先將Scratch圖形化編程課程以社團(tuán)形式在校內(nèi)展開(kāi)，全國(guó)多地也將Scratch圖形化編程課程作為信息技術(shù)課程的必修模塊加入小學(xué)高年段和初中學(xué)段。借助Scratch圖形化編程，青少年編程教育在全國(guó)大部分地區(qū)得到推廣。常州市較早地開(kāi)展了Scratch編程教育的普及研究工作，一線教師在教學(xué)過(guò)程中積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，也為在圖形化編程課程中學(xué)生計(jì)算思維的落地打下了一定的基礎(chǔ)。

教育部在2022年發(fā)布了最新的信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)，中小學(xué)原來(lái)的信息技術(shù)課程從綜合實(shí)踐課程中獨(dú)立出來(lái)，成為一門國(guó)家課程，并且改名叫“信息科技”課程?！靶畔⒖萍肌闭n程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)主要包括信息意識(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。那么何為計(jì)算思維呢？信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)是這樣解讀的：它是指?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)。從現(xiàn)有研究來(lái)看，計(jì)算思維主要有三種來(lái)源：（1）計(jì)算思維操作性定義中包含的計(jì)算思維過(guò)程階段要素、核心概念和能力；（2）抽象；（3）其他教育內(nèi)容。信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于計(jì)算思維的概念界定，主要是針對(duì)第一種來(lái)源情況。計(jì)算思維并不等同于大家比較熟悉的算法，算法只是計(jì)算思維中的一項(xiàng)。而計(jì)算思維作為信息科技學(xué)科的核心素養(yǎng)，被寫入課程標(biāo)準(zhǔn)之中，這值得一線教師反思：在教學(xué)過(guò)程中，我們有沒(méi)有將計(jì)算思維這一核心素養(yǎng)落實(shí)到圖形化編程教育中去呢？我們只有在教學(xué)實(shí)踐中將計(jì)算思維這一核心素養(yǎng)落地，才能真正提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的一代新人。結(jié)合信息科技新課標(biāo)，筆者認(rèn)為需要從以下幾個(gè)環(huán)節(jié)入手，可以在圖形化編程中落實(shí)計(jì)算思維。

一、基于學(xué)生認(rèn)知，描述解決問(wèn)題的過(guò)程

根據(jù)國(guó)外編程教育的研究發(fā)現(xiàn)，圖形化編程較之文本編程方式，能在很大程度上降低學(xué)生編程的難度，學(xué)生不用花過(guò)多的時(shí)間在語(yǔ)法拼寫上，而能夠?qū)Ｗ⒂诰帉懗绦虮旧?。圖形化編程，讓學(xué)生可以直觀地看到舞臺(tái)場(chǎng)景、作品角色、編寫程序用的模塊腳本。但是對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，還存在一個(gè)從直觀形象到抽象邏輯轉(zhuǎn)換的過(guò)程，而計(jì)算思維的核心其實(shí)就是抽象。如果學(xué)生無(wú)法用自己熟悉的方式描述解決問(wèn)題的過(guò)程，那學(xué)生就無(wú)法通過(guò)編寫程序的方式來(lái)解決問(wèn)題。

因此，在講授圖形化編程課程時(shí)，在任務(wù)情境的驅(qū)動(dòng)下，筆者和學(xué)生一起做的第一件事就是用自己熟悉的方式描述問(wèn)題解決的過(guò)程。學(xué)生可以用自己熟悉的自然語(yǔ)言、流程圖、流程表等方式描述解決問(wèn)題的過(guò)程。教師作為任務(wù)的指導(dǎo)者，要幫助學(xué)生梳理這個(gè)流程是否清晰、有無(wú)錯(cuò)誤，在學(xué)生能夠清晰地表述解決問(wèn)題的過(guò)程之后，學(xué)生就能相對(duì)容易地用程序模塊來(lái)描述處理問(wèn)題的過(guò)程，從而較容易地實(shí)現(xiàn)從具體形象向抽象邏輯過(guò)渡。以“自我介紹作品”為例，這是學(xué)生初識(shí)Scratch的第一課，在教學(xué)過(guò)程中，教師不要首先就教學(xué)生如何來(lái)編寫程序，而是要讓學(xué)生用自然語(yǔ)言的方式，描述進(jìn)行自我介紹的一個(gè)過(guò)程。有一個(gè)學(xué)生想按照“我想先走兩步→說(shuō)‘大家好’→翻一個(gè)跟頭→說(shuō)‘謝謝大家’”的程序進(jìn)行自我介紹。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生能夠清晰地描述介紹的步驟，但是學(xué)生還需要將這些熟悉的自然語(yǔ)言用程序塊的方式來(lái)進(jìn)行連接，才能完成程序的編寫，但是因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)能夠用自然語(yǔ)言清晰地描述，在實(shí)際程序的編寫過(guò)程中，這個(gè)認(rèn)知負(fù)荷相較之前就明顯降低了，學(xué)生只需要學(xué)會(huì)程序編寫的一個(gè)基本流程，就能順利完成程序的編寫。

二、基于重難點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)任務(wù)

在信息科技新課標(biāo)的學(xué)習(xí)中，課程專家明確指出，我們的任務(wù)設(shè)計(jì)要貼合學(xué)生實(shí)際，根據(jù)本校的校情、學(xué)情來(lái)設(shè)計(jì)適合本校、本班學(xué)生的任務(wù)。因此，在任務(wù)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，筆者總是結(jié)合當(dāng)下學(xué)習(xí)生活的熱點(diǎn)來(lái)進(jìn)行任務(wù)的設(shè)計(jì)。如教學(xué)蘇教版信息科技五年級(jí)“青蛙過(guò)河”一課時(shí)，這節(jié)課主要是學(xué)習(xí)用坐標(biāo)的方式實(shí)現(xiàn)角色的移動(dòng)。坐標(biāo)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)難點(diǎn)，要突破這個(gè)難點(diǎn)，就應(yīng)該變教師講授為學(xué)生主動(dòng)探究。因此，在“認(rèn)識(shí)坐標(biāo)”這個(gè)環(huán)節(jié)，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)“吃糖”的小游戲，學(xué)生在控制角色吃糖的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)坐標(biāo)變化的規(guī)律，認(rèn)識(shí)到可以用坐標(biāo)的方式來(lái)表示角色在舞臺(tái)中的位置。為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，在教學(xué)中，筆者結(jié)合熱播電影《勇攀珠峰》，讓學(xué)生制作一個(gè)動(dòng)畫(huà)作品，獻(xiàn)給我們的登山英雄。在提高學(xué)生興趣的同時(shí)，教師也借此課對(duì)學(xué)生進(jìn)行了愛(ài)國(guó)主義教育，讓學(xué)生明確了勇攀珠峰的重要意義。

三、基于PBL項(xiàng)目學(xué)習(xí)，構(gòu)建任務(wù)群

多元智能理論告訴我們，不同學(xué)生的多元智能所擅長(zhǎng)的方面是不同的，如果要求整齊劃一，所有學(xué)生達(dá)到統(tǒng)一的高度，是不科學(xué)的。如何讓這些能力不同的學(xué)生在圖形化編程學(xué)習(xí)過(guò)程中，計(jì)算思維能力都能有所提升呢？筆者在教學(xué)過(guò)程中構(gòu)建了基于PBL項(xiàng)目學(xué)習(xí)的任務(wù)群，取得了較好的效果。PBL即項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，也稱為基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)。在學(xué)生掌握了圖形化編程軟件的基礎(chǔ)后，教師可以通過(guò)構(gòu)建基于PBL項(xiàng)目學(xué)習(xí)的任務(wù)群，以任務(wù)群的方式，促進(jìn)不同學(xué)生在完成基于自身興趣的任務(wù)的過(guò)程中，提升其計(jì)算思維等核心素養(yǎng)。任務(wù)群的創(chuàng)建遵循能力互補(bǔ)、興趣互補(bǔ)的原則。在創(chuàng)建任務(wù)群之初，教師會(huì)以發(fā)放問(wèn)卷的形式了解不同學(xué)生的興趣愛(ài)好、能力特長(zhǎng)，然后進(jìn)行合理地編排。在任務(wù)群中，有的學(xué)生擅長(zhǎng)畫(huà)畫(huà)，有的學(xué)生擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)，有的學(xué)生擅長(zhǎng)演講……發(fā)布的任務(wù)往往是開(kāi)放的，如結(jié)合尋訪“常州文脈”，制作一個(gè)動(dòng)畫(huà)故事；用鼠標(biāo)控制，制作一個(gè)躲避的小游戲；等等。教師只是給出一個(gè)任務(wù)的基本方向，具體要做一個(gè)怎樣的作品、需要做哪些準(zhǔn)備工作，由任務(wù)群學(xué)生共同商討后確定，教師給予必要的指導(dǎo)和幫助。通過(guò)任務(wù)群的方式，學(xué)生創(chuàng)作的熱情得到了進(jìn)一步的提升。在完成項(xiàng)目的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)用到計(jì)算思維的多種方法，學(xué)生核心素養(yǎng)在完成項(xiàng)目的過(guò)程中也進(jìn)一步得到了提升。

四、基于學(xué)生發(fā)展，重視評(píng)價(jià)反饋

基于客戶端的圖形化編程軟件Scratch 3.0在大班化教學(xué)過(guò)程中，教師的評(píng)價(jià)和反饋往往是碎片化的，無(wú)法對(duì)每個(gè)學(xué)生作品中的問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)和反饋，因此，出現(xiàn)了很多在線版圖形編程軟件，其中有一些是收費(fèi)的，有一些是免費(fèi)的。在一線教學(xué)過(guò)程中，筆者選擇了免費(fèi)且易用的卡搭在線編程平臺(tái)?；谶@個(gè)平臺(tái)，教師可以為每個(gè)學(xué)生創(chuàng)建賬號(hào)，基于班級(jí)創(chuàng)建任務(wù)和活動(dòng)。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，我們利用客戶端進(jìn)行教學(xué)，利用卡搭在線編程平臺(tái)上傳作業(yè)，這樣教師就可以對(duì)每個(gè)學(xué)生的作品進(jìn)行評(píng)價(jià)及問(wèn)題的反饋，指出學(xué)生在程序編寫過(guò)程中流程不清晰、流程錯(cuò)誤等計(jì)算思維過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的錯(cuò)誤。以小小計(jì)算器為例，學(xué)生要制作一款個(gè)性化的出題小軟件，整個(gè)過(guò)程包括“界面制作—計(jì)算機(jī)出題—用戶答題—評(píng)價(jià)反饋”，但是在實(shí)際批改的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生處理問(wèn)題的邏輯卻是“用戶答題—計(jì)算機(jī)出題”，從而出現(xiàn)了一些邏輯性錯(cuò)誤。借助平臺(tái)，學(xué)生可以根據(jù)教師的評(píng)價(jià)及反饋及時(shí)修改程序編寫過(guò)程中的錯(cuò)誤或者進(jìn)一步完善自己的作品。通過(guò)每一次的及時(shí)評(píng)價(jià)及反饋，相較于純客戶端的教學(xué)，學(xué)生對(duì)于程序編寫本身以及利用計(jì)算思維抽象處理問(wèn)題的能力得到了明顯的提升。

基于卡搭在線平臺(tái)進(jìn)行的評(píng)價(jià)和反饋主要依靠教師本人的經(jīng)驗(yàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)和反饋，那么有沒(méi)有智能化的評(píng)測(cè)工具，可以通過(guò)數(shù)據(jù)的形式來(lái)智能評(píng)測(cè)學(xué)生計(jì)算思維相關(guān)能力的變化呢？通過(guò)查閱資料，筆者了解到有一個(gè)在線評(píng)測(cè)工具Dr.Scratch，它可以通過(guò)在線提交網(wǎng)址或上傳本地文件的方式，從以下七個(gè)方面推斷出作者的計(jì)算思維能力并給出評(píng)分。這七個(gè)方面分別是流程控制、數(shù)據(jù)表示、抽象、用戶交互、同步、并行、邏輯思維。

首次使用Dr.Scratch需要先進(jìn)行賬號(hào)注冊(cè)。在實(shí)際評(píng)測(cè)過(guò)程中，建議通過(guò)本地上傳的方式進(jìn)行測(cè)試，作品上傳后，測(cè)評(píng)工具將給計(jì)算思維七個(gè)維度分別進(jìn)行打分。對(duì)于比較簡(jiǎn)單的作品，平臺(tái)會(huì)認(rèn)為作者是個(gè)初學(xué)者，因此僅會(huì)給出一個(gè)基本的評(píng)價(jià)。對(duì)于較復(fù)雜的作品，評(píng)測(cè)工具將給出更為詳細(xì)的診斷意見(jiàn)。通過(guò)分析程序，對(duì)于這個(gè)作品中所呈現(xiàn)的非常熟練的部分用綠色表示，對(duì)于作品中所呈現(xiàn)較少的能力點(diǎn)，則用紅色表示。它還會(huì)列出作者在程序編寫過(guò)程中的一些壞習(xí)慣。通過(guò)這些提示信息，也可以指導(dǎo)教師更加規(guī)范地進(jìn)行任務(wù)項(xiàng)目的再設(shè)計(jì)。

以上幾點(diǎn)做法是基于本校實(shí)際情況，探索如何將計(jì)算思維這一核心素養(yǎng)落實(shí)到圖形化編程教育中。我們將繼續(xù)加強(qiáng)自身學(xué)習(xí)，以期為培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的新一代學(xué)生而努力。