基于计算思维培养的小学编程教学模式研究

    张晓东

    

    

    

    小学教育作为基础教育的重要阶段，如何在信息技术学科中培养学生的计算思维能力？如何评价学生的计算思维？笔者认为，计算思维不能简单地认为是编程思维，计算思维是人类的基础思维。小学编程教学起点比较低，以程序设计为主体来培养学生的计算思维，适合成为中小学开展计算思维教育的载体。本文立足计算思维培养研究，以小学生Scratch编程教学为例来探讨计算思维培养的模式、策略及评价方法，为计算思维教学以及计算思维在其他领域的应用提供一些参考。

    通过分析苏教版五年级Scratch程序设计内容，发现共有三大主题，学生从易到难探究不同类型的创意表达和作品形式，在整个过程中逐步发展计算概念和计算实践，从而培养计算思维的熟悉度和流畅性。程序设计每一课的内容基本上都是围绕一个有趣的任务进行，完全适合应用任务驱动理论下基于计算思维培养的教学模式。教学内容从易到难，涉及排序、循环、判断、选择等与计算思维密切相关的概念与方法。在Scratch教学中，一般采用任务驱动法创设情境，引导学生探索与实践，师生紧紧围绕一个共同的任务展开教学，在精确的问题动机的驱动下，学生通过对学习资源的主动应用，积极进行自主探索和互动协作的学习，并在完成既定任务的同时，引导学生产生一种学习实践活动。所以，在任务驱动法基础上，我们把问题看作任务，分解问题就是分解成多个不同的小任务，由逐个解决到总体解决。基于此，构建了基于计算思维培养的编程教学模式（如图1）。该模式把师生活动、流程与操作细化，主要分五大步骤，在任务驱动法理论下，编程教学都可以采用这种模式进行教学设计与实施。

    下面以苏教版信息技术教材五年级《穿越迷宫》一课教学为例，阐述如何利用这种基于计算思维培养的小学编程教学模式进行教学。

    ● 问题提出，创设情境

    融入计算思维，最重要的其实是教学方法的改革。计算思维不是教学内容的改变，也不是工具的改变，而是教学方法、方式的改变。情境是一节课的开始，创设一个来源于生活并且有趣的真情境是非常重要也是十分必要的，好的情境不仅能带出课题，还能适时把问题融入其中。本节课中，教师以现实生活中学生特别爱玩的传统迷宫游戏为入口，把学生带到了生活中最快乐的回忆中，然后运用启发式提问“你们想不想自己建造一个迷宫？”引导学生思考，把真实迷宫与计算机上的迷宫产生联系，学生由游戏玩家变为游戏设计者，激发学生的学习欲望，启发学生思考。

    情境认知理论认为：知识是情境化的，通过活动不断地向前发展。构建与现实生活产生勾连的情境创设最易让学生产生心灵共鸣，从而充分调动学生学习的欲望与兴趣，为整个教学学生参与度打下坚实的基础。

    ● 有效分解，呈现任务

    任务驱动就是教师通过各种“任务”来引导学生主动学习的过程，教师呈现的任务就是要学生做一个开发者，设计与制作一个迷宫游戏。问题提出后，把大任务分解成小任务，要完成任务碰到的问题是什么？问题意识是思维的动力，所以基于任务的相关问题需要学生思考如何解决。

    在《穿越迷宫》一课中，教师引导学生细化问题，需要解决的问题如下：

    第一，要有一个迷宫场景，如何通过背景功能建立？

    第二，要有一个走迷宫的角色，角色的大小如何选择？

    第三，角色会跟随操作者指针进行移动，面向对象的指令会用吗？

    第四，当角色碰到黑色的栏板返回起点，如何应用判断指令实现？

    第五，角色如果安全走到终点会提示说“I Win！”，应该用什么指令？

    ● 思维加工，设计任务

    确定每个问题对应的任务后，进行抽象建模等思维加工，进行任务设计过程，用程序流程图说明思考与问题解决的流程。小学生虽然之前没有接触过流程图，但我们可以用流程图的形式来表示思维思考过程，如“穿越迷宫”思维流程图（如图2），这里设计的任务是“用流程图的方式表现迷宫的实现过程”。

    在这个环节中，学生积极接受教师的任务，在不断思考小问题的解决过程中，可以不断地涉及计算思维的相关概念，教师适时提出包括判断分支、循环、事件等在内的多个计算思维概念，以加深理解和熟练运用这些概念，并不断提升学生系统思考和创意思维能力。

    ● 测试调试，程序开发

    分解的小任务通过问题解决方式设计完成后，就可以开始实施了。这里主要是指进行Scratch程序开发，在流程图的引导下，把指令模块按顺序装配，小任务逐个解决完毕后就解决了大任务。在这个过程中，要不断地进行测试与调试（如下页图3）。

    学生在流程图的指引下，从易到难把一个个小问题用指令程序解决，在解决任务的过程中，既让学生体会到了编程的快乐、解决问题的快乐，也在整个过程中潜移默化地有效培养了小学生的计算思维能力。

    ● 内化迁移，总结评价

    经过前面各阶段的学习，教师和学生一起顺利完成了“穿越迷宫”游戏这一任务，教师和学生在此阶段要做好总结评价工作。

    一方面，由教师组织学生对作品进行评价，并回顾通过编程解决问题的过程，可以有效地锻炼学生的评价和概括思维能力，这是计算思维培养中不可缺少的内容。

    另一方面，教师还应在此基础上继续拓展，让学生做后续研究与练习。例如，可以将问题迁移到设置不同的迷宫线路、给迷宫设置障碍等，通过多路径问题加大难度，促使学生进一步思考如何解决这些难度更高的问题。同时，这种计算思维的方法与能力同样还可以迁移到如吃豆游戏、赛车游戏等其他游戏问题中。

    由以上环节可知，教师在教学内容和整个教学环节都贯彻了计算思维，同时引导学生积极参与并使用计算思维方法分析、求解问题。更进一步地，在以后的教学中采用的工具可以从图像化语言循序渐进地转化到Python语言。通过编程教学可以培养学生的编程思维和计算思维能力，当然，计算思维的培养不是信息技术一门课程、几节课时就可以培养的，可能需要其他课程如数学、语言艺术等一起培养。

    ● 結束语

    当前国内信息技术课程的主要目标是培养学生的信息素养，随着可视化编程工具的出现，信息素养中最关键的计算思维培养也日益受到重视，相关理论与实践研究也在不断深入，需要教师运用合适的教学模式，发挥主导作用，精心设计教学过程，以可视化编程为抓手，让学生在情境中分析问题，用程序方法与计算思维方式解决问题。重视并培养学生计算思维教育的目的，是培养学生的计算思维意识和方法，最终是为学生的整体发展与终身发展服务。中小学的计算思维教育是基础，是为以后高等教育做基础，所以必须从基础做起。计算思维说到底是一种问题解决的思维，生活中的很多问题都需要运用计算思维进行解决，因此提高计算思维应用能力和解决实际问题能力是非常必要的。