义务教育阶段编程教学的思考与实践

    刘志超 张杨

    教育部办公厅印发的《2019年教育信息化和网络安全工作要点》中提出，要“推动在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”。随着国家相关文件的出台，编程教育跃然纸上，作为义务教育阶段的信息技术教学研究人员，笔者感受到时代在召唤，那么义务教育阶段的编程教学路在何方？

    君子务本，本立而道生

    追本溯源，编程教育的育人价值在哪？我们不妨从编程的本源来理解。编程就是编定程序，是让计算机代为解决某个问题，对某个计算体系规定一定的运算方式，使计算体系按照该计算方式运行，并最终得到相应结果的过程。

    学习编程可以让学生更透彻地理解计算机是如何工作的，继而学生可以利用计算机科学技术思想和方法分析问题，这为学生适应信息社会的学习、工作和生活奠定了坚实的基础。学习编程能够很好地落实“提升智育水平，促进思维发展”和“信息技术核心素养”。一定的运算方式可以理解为算法，解决问题的算法呈现多样性的特点，多样性表现为“一题多解”，这就为学生思维能力的发展提供了适宜的土壤。爱因斯坦曾说过：“教育的价值，不在于学习很多事实，而在于训练大脑会思考。知识当然重要，但知识不是教育的全部内容，超越知识的另一个维度就是思维能力。”我们一定要认识到学习编程就是训练大脑会思考，就是促进思维能力发展这个方向，只有方向对了，我们的努力和付出才有价值和意义。

    “四有”并举，促进思维发展

    1.有情境

    教育是什么？教育不是灌输，而是点燃与唤醒：点燃学生的学习热情，唤醒学生潜在的自我。在编程教学中，问题情境能够很好地实现“点燃与唤醒”，而且凸显了编程解决问题的独特价值。学生在解决问题过程中选择工具与资源，落实信息技术核心素养中的“信息意识、数字化学习与创新”，并在解決问题过程中投入思考，发展思维，在情境中学习，感受学习编程就是学习生活。

    2.有体验

    情境中的问题是具体的、形象的，解决问题需要对问题进行抽象与建模，体验就是具体形象与抽象建模之间的桥梁与纽带。在体验中深入理解问题，为问题的解决奠定坚实基础，为实现抽象与建模提供强有力的支撑，让抽象与建模不再高不可攀、遥不可及，让信息技术核心素养中的计算思维的培养自然而然、水到渠成。

    3.有空间

    学生的潜能是无限的，只要给予学生思考的空间，学生会给我们带来别样的精彩，这点在编程教学中体现得尤为突出。教师把学生的思维点燃，学生在理解问题的基础上，在抽象与建模的模糊状态下，迫不及待地想求解问题，这时候学生需要的就是思维的空间、试错的空间、静静地思考的空间。

    4.有对话

    对话是启发，是碰撞，是升华，是编程教学将思维引向深入的手段与方式。作为启发的师生对话，是鼓励，是发现，是潜移默化的引领;作为碰撞的生生对话，是鞭策，是借鉴，是互通有无的启迪;作为升华的与思维的对话，是审视，是成长，是醍醐灌顶的通透。

    “四有”并举，促进思维发展的实践

    笔者所在地区2015年将Scratch纳入信息技术教材，信息技术教师对Scratch编程教学已有一定的思考与实践，但受传统软件教学方式的禁锢，还没有把握编程教学的核心与实质。下面，笔者以《棋盘麦粒》为例对“四有”进行教学实践，这是对“四有”的具象化，以此希望更多的教师能够投入更多的思考与实践，为编程教育的全面发展、编程教学的稳步推进以及学生信息素养的不断提升贡献力量。

    1.呈现故事，提出问题

    同学们，你们听说过《棋盘麦粒》的故事吗？故事的情节是这样的：

    古时候，印度有个国王很爱玩。一天，他对大臣们说，希望得到一种玩不腻的玩意儿，谁能贡献给他，将有重赏。

    不久，有个聪明的大臣向他献上一种棋子，棋盘上有64个格子，棋子上刻着“皇帝”“皇后”“车”“马”“炮”等字。下这种棋子，是玩一种变化无穷的游戏，确实让人百玩不厌。国王就对那个聪明的大臣说：“我要重赏你。说吧，你要什么，我都能满足你。”

    那个大臣说：“我只要些麦粒。”

    “麦粒？哈，你要多少呢？”

    “国王陛下，你在第一格棋盘上放1粒，第二格上放2粒，第三格上放4粒，第四格上放8粒……照这样放下去，把64格棋盘都放满就行了。”

    国王想：“这能要多少呢？最多几百斤吧，小意思。”于是就对管粮食的大臣说：“你去拿几麻袋的麦子赏给他吧。”

    故事讲到这，你想提出什么问题？

    学生不约而同地问道：“到底要给多少粒麦子呢？”

    在此环节，教师为学生创设问题情境，激发学生学习的积极性，问题驱动学生投入思考。

    2.走进故事，分析问题

    其实，这个游戏就是国际象棋（如下图），国际象棋有64个格子，那么，我们只要在第一格棋盘上放1粒，第二格棋盘上放2粒，第三格棋盘上放4粒，第四格棋盘上放8粒……以此类推，64格棋盘放满，棋盘上所有的麦粒就是应该赏给大臣的。

    首先，我们思考，一共放多少次？

    其次，我们思考，后一个格子放的麦粒数和前一个格子放的麦粒数的关系？

    3.尝试解决，抽象建模

    好，我们共同尝试解决，老师手中的这个盒子用来放麦粒，老师叫到哪位同学，哪位同学就往盒子里扔麦粒（只要说出扔的麦粒数即可），其他同学判断这位同学扔的麦粒数是否正确，如果正确，算出盒子里的麦粒数。第一位同学，扔1粒，那么盒子里有1粒麦子。第二位同学，扔2粒，对不对？那么盒子里有几粒麦子？……扔的同学很容易把握规律，就是前一位同学麦粒数的2倍，当扔到一定数量时，计算的同学发现没法计算了，因为数量太大了，那么怎么办呢？

    有的学生说可以用纸笔计算，有的学生说可以用计算器计算，教师让学生尝试用想到的方法计算，最终大家都说数量太大，用这些方式都不好计算。

    同学们，回顾刚刚扔麦子的过程，不难发现，我们重复地往盒子里扔麦子，只是每次扔的数量在发生变化，而且数量变化是有规律的，我们想一想解决这种简单重复的问题，什么工具最擅长？对了，Scratch啊，计算机的计算速度是我们人类无法企及的，我们可以通过程序让计算机帮助我们解决这个问题啊！

    在此过程中，学生在体验中深入思考，理解问题的本质，学生被引向对具体问题的抽象，对问题进行初步、模糊的建模。

    4.算法运用，求解问题

    教师请学生启动Scratch，开动脑筋，尝试解决问题，学生全神贯注地投入思考，尝试运用合理算法解决问题，同时，教师引导学生进行讨论，交换思想。渐渐地，有学生举手示意问题解决了，教师引导学生通过读程序的方式检验自己的程序：第一次循环，麦粒数是多少？麦子总数是多少？第二次循环……读着读着，学生就发现自己程序的问题了。教师为学生提供一个检验自己程序的思路，同时也将学生的思维引向深入，在读程序过程中，学生一次又一次发现问题、解决问题，进而发展了思维。

    再次举手示意的学生，一定是已经解决问题的学生，他们在运用合理算法求解问题的过程中建模，发展计算思维。

    在此环节，学生开动脑筋，倾情投入，大胆尝试，在对话中，深入思考，运用各种算法解决问题，收获成功的喜悦。

    5.价值体认，情感升华

    当学生发现应该给的麦粒数如此庞大时，教师提问：“如果你是国王，你给不给？”学生的回答五花八门、千奇百怪，但总体上学生认为不给，因为给不起。教师引导学生齐背“社会主义核心价值观”，同时强调社会主义核心价值观对个人层面有哪些要求，指向“诚信”的个人层面核心价值为学生提供正向的思考，践行社会主义核心价值观是我们每个公民的义务。师生达成共识：必须给！

    6.智慧碰撞，思维发展

    教师追问：“那怎么给呢？”

    有的学生说“分期付款”，有的学生说“给种子”，有的学生说“让大臣自己制作棋盘，装多少，给多少”……

    教师呈现故事的结局。

    管粮食的大臣说：“请您下令打开粮仓，然后请献棋的大臣自己一粒一粒地数出那些麦子就行了。”

    “那么要数多长时间呢？”

    管粮食的大臣计算了一下说：“假设每秒钟能数2粒麦子的话，他每天数上12小时，就是43200秒，数上10年才能数出20立方米，要数完那个数目将需要2900亿年呢。他能活多少年呢？再说，枯燥的生活能折磨人，他这样下去岂不要短寿？因此我想，他的本意并不是想要得到那些不可能得到的麦粒，他只是试试有没有比他更聪明的人罢了。”

    国王大喜，夸奖道：“看来，至少你比他还要聪明呢！智慧人物治理国家，国家才能兴旺发达。我决定提拔你俩当我的左右宰相！”

    这是一次智慧与智慧的对话，这是一次思维与思维的碰撞，在这样的过程中，学生收获思维的发展、品格的形成、能力的提高。

    结束语

    随着人工智能时代的到来，编程教育与编程教学迎來了前所未有的发展机遇，也给我们信息技术人带来了的前所未有的挑战，大浪淘沙沉者为金，编程教育的回归彰显其育人价值，促进学生思维发展，为学生的人生奠基。