基于計算思維培養的中小學編程教育校本課程開發與實踐

周明

【摘 要】編程教育是培養學生計算思維的有效方式，被越來越多的國家所重視。本文結合筆者多年的軟件編程經歷，談開發編程教育校本教材的一些心得，即如何通過編程教育培養學生的計算思維，提高問題解決能力，通過問題解決和批判性思考，最終實現創造力的培養。

【關鍵詞】計算思維；校本課程；信息技術

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2017）03-0061-05

隨著有關計算思維培養理論與實踐的不斷深入，單純由“信息素養”觀念所主導的信息技術教育越來越不適應當前國內的中小學信息技術教育。重視計算思維培養的發展趨勢，讓學生全面理解在信息時代的生活環境，并利用所學到的技術，利用學科思維的方式去解決生活中碰到的實際問題。編程教育作為學校校本課程的內容，可以很好地補充當前中小學信息技術課程的不足，滿足不同學生的興趣需求。在編程的過程中，掌握一些算法的知識，擴大學生的視野，增強問題解決能力，給學生帶來快樂、減輕壓力，使學生在繁重的學習中得到放松。

根據當前信息技術教育學術界主流的思想以及國內外形勢的分析，我們認為，編程教育對學生在計算思維的培養方面有著得天獨厚的優勢，有助于培養學生的問題分析能力和問題解決能力。《上海市中小學拓展型課程指導綱要》指出，拓展課程的科目方案的編制，應充分考慮各年級學生的認知基礎、興趣特點等要素，以提升學生對科目的關注程度與投入程度。由此可見，在中小學開發編程教育校本課程是非常有必要的。

編程教育校本課程開發的策略和方法

編程教育校本課程開發，除遵守基本的校本課程開發要素外，也要有一定的策略和方法。

1. 以項目引領，注重問題分析、解決

通過編程教育發展和培養學生的計算思維，我們需要改變以往學習編程語言的方法。很多計算機專業的學生都學習過計算機編程語言，但是卻不能寫出一個完整的程序。原因在于，其學習過程中，只是學習表達式、循環、條件判斷等命令行，最終只能學到該編程語言的語法結構，而不能應用于現實問題的解決。周以真指出，計算思維培養的關鍵是“抽象”和“自動化”，不孤立地教編程，一開始就讓學生把抽象和實現“自動化”的編程結合起來，這也是我們開發校本教材的總原則。編程只是實現問題“自動化”解決的一個部分，學生通過了解項目中提出的問題和需要解決的問題，一開始就把解決問題的思路與解決實際問題結合起來。在解決問題的過程中，分析問題、規劃制定解決方案，并引導學生用批判性思維來衡量方案的可行性，然后再著手實現。

編程教育校本教材，在如何選擇項目上，需要遵循一定的方法。

（1）項目主題選擇從身邊實際問題出發。為培養學生解決實際問題的能力，項目主題要選擇接近生活、能切身感受到的主題，這樣容易引起學生的共鳴。如日常生活中常碰到平均數的問題，計算商品的平均價格、平均成績等，讓學生考慮如何用計算機科學的思維去解決相應的問題，通過學生對問題的分析和實踐操作，推動到相似問題的一般性解決方案中去。

（2）項目主題選擇的趣味性。編程教育校本教材項目選擇的主題還應該考慮到學生的年齡特點和認知程度，項目主題的趣味性直接影響項目開展和學生實踐的效果。選擇學生感興趣、容易理解的項目，可以促進學生對問題的深入思考，并觸動其對問題的分析。

2. 以Scratch為載體，降低編程準入門檻

編程教育的開展需要依托一門程序語言。繼LOGO語言之后，美國麻省理工學院多媒體實驗室推出了一種新的程序式語言——Scratch。這是一種類似于搭積木的可視化程序編寫方式，一經推出，就受到了廣大初學者的青睞。

（1）可視化編程。相比之前在中小學學生中推行的LOGO、Basic語言，其最大的優勢是不需要學生記憶命令行，使用者可以不認識英文單詞，也可以不會使用鍵盤。其構成程序的命令和參數通過積木形狀的模塊來實現，用鼠標拖動模塊到程序編輯欄就可以輕松實現程序編寫。熟悉程序開發的人都知道，不同的程序語言只是實現的語法命令不同，在問題解決的思路上是一致的，只是解決問題所編寫的代碼不同而已。培養學生的計算思維，注重的是培養學生的解決問題的思路，與編寫代碼的語法沒有太大的關系。Scratch正是這樣一款可視化的，忽略命令行代碼的編程軟件，不需要學生去記憶枯燥乏味的命令行，為學生最終實現編程大大降低了門檻。

（2）積木模塊類型豐富。Scratch作為一門編程語言，提供了與其他編程語言一樣的語法模塊，積木模塊共分8類，100多種功能。通過模塊分類呈現的方式，學生只需要選擇合適的模塊，將其拖曳到程序的編輯欄，即可使用。

（3）支持的硬件越來越多。隨著Scratch編程軟件被廣大使用者不斷青睞，與其對接的外部硬件設備也越來越多，如MakeBlock、Labplus、樹莓派等產品。這些產品都結合了硬件傳感器，使編程的內容不僅僅局限于電腦屏幕，而是可以通過編程控制外部設備，拓展了Scratch的可編程應用空間。

3. 以STEAM為課程框架，拓展學生視野

STEAM（科學、技術、工程、藝術、數學）教育五個學科跨界結合，打破常規了學科界限。在編寫編程教育校本課程時，我們也考慮把這些領域的項目有序地放到一起，以此讓學生有機會接觸各個領域的問題、知識，激發其興趣愛好。STEAM教育注重與現實世界的聯系，注重學生的學習過程。它讓學生們自己動手完成他們感興趣的并且和他們生活相關的項目，從過程中學習各種學科以及跨學科的知識。

選擇與STEAM教育相關領域的項目，并且與現實生活結合，我們在開發教材的過程中，設計了如表1的課程目錄。

選擇這些項目的同時，還需要考慮以下幾個方面的內容。

（1）程序設計相關知識點的合理分布。作為編程教育的校本教材，選擇Scratch編程語言為載體，需要考慮針對Scratch8大模塊知識點的合理分布，學生通過系列項目的實踐，熟練掌握基于Scratch的基本程序設計。對于初學程序設計的學生而言，控制、偵測、數字和邏輯運算以及變量四大模塊中一些基本功能有一定的難度，學生只有在不斷的實踐中慢慢體會與提高。對于一些相似的功能，如動作、外觀中的大部分功能，學生使用一次后，就可以基本理解。針對這些功能，可設計在教材的練習部分，鼓勵學生進行創造性的使用，而無須覆蓋在教材的主題部分。

（2）項目跨學科特性、拓展性。校本教材雖然基于STEAM教育的五種類型進行了項目的劃分，但是每個項目內部還存在著跨學科的知識。有些知識學生可能沒有接觸過，就需要在項目中進行必要的知識拓展，以幫助學生理解項目闡述的問題或者幫助學生解決碰到的實際問題。如針對三年級學生而言，還沒有接觸過坐標的概念，要把角色移動到某個坐標位置，就需要把坐標的概念闡述清楚，便于學生理解計算機屏幕是由無數個點組成的，每個點都有橫、豎兩個維度的值，以確定點的位置，我們稱之為點在屏幕上的坐標。角色所在的位置，其實就是屏幕上的某個點的位置，也是一個坐標……通過類似的知識拓展，學生可以了解更多跨學科的知識。

4. 以學生認知規律為基礎，遵循編程學習的一般規律

對于學生而言，學習計算機編程有利于發展抽象思維，有利于學會一種新的解決問題的技能，從而能自覺將之應用到未來的日常生活、學習和工作中去。學生在學習編程的時候，由于其年齡特征、知識結構和生活經驗的限制，在分析問題和解決問題的過程中還需要不斷的引導。

（1）在內容的編排上，遵循由淺入深的規律。編程教育培養的解決問題的方式，自然是通過程序設計解決某些實際問題。在此之前，作為校本教材，也需要做好程序設計的相關鋪墊工作。如在項目的先后順序編排上，需要考慮程序設計所需知識的循序漸進。在教材的前面部分所安排的項目，程序實現不能過于復雜，可用一些情景影片、知識介紹性的項目，如太空探險、生態園等，學生制作一個以介紹為主的程序，或制作一段情景動畫，在培養學生興趣的同時，實踐程序設計的相關模塊功能的應用方法。接下來，可引入控制類模塊的功能，如條件判斷、循環等，學生在了解計算機強大的運算能力及規范的運行流程的情況下去運用這些控制類功能。學生可以體會到在什么情況下需要用到循環，在什么情況下需要進行條件的判斷，通過項目的不斷實踐，慢慢體會。最后，再上升到程序功能的綜合應用，如開發一些小游戲，對游戲中的角色、變量、狀態加以控制等。

（2）編程教育解決問題的標準化流程。編程教育還關注一個重要的問題：學生學會從碰到問題到解決問題的標準化處理流程以及養成良好的編程習慣，即解決問題的習慣。有過程序開發經驗的人都知道，要開發一個應用通常要經過需求設計、詳細設計、代碼編寫、調試、發布這樣的基本流程。在中小學實施編程教育，我們不是以培養程序員作為目標，但學生需要清晰地了解解決問題的一般過程。我們需要引導學生對問題進行認識和分析、探討問題的關鍵之處、選擇性地使用合適的方法并對解決過程的關鍵步驟進行深入的探討。如問題考慮是否存在缺陷，是否還有其他可能存在的情況發生等，不斷地提出質疑，通過不斷地思考和分析問題規劃程序開發的流程，最后上機進行實踐。

編程教育校本課程開發與實踐的注意事項

1. 課程開發的注意事項

校本課程要依據課程目標和國家課程理念進行課程開發，應該體現課程的系統性。在開發編程教育校本課程的過程中，還有以下幾個注意事項。

（1）課程內容選擇要有廣度。所謂廣度是指在課程開發的過程中，不但考慮基礎性的知識，而且需要考慮內容的新穎性和實時性，能使學生在學習課程的過程中接觸較新的技術，了解當前最新的技術發展，開拓眼界，為激發其創造能力提供基礎。如需要考慮融入外部硬件的控制編程，尤其在中高年級。編寫與外部設備交互的程序，能激發學生的興趣，同時培養其動手實踐能力，消除技術的神秘感。

（2）課程內容實施要有梯度。所謂梯度是指課程內容的選擇要適合不同年齡學生的不同需求。如低年級學生宜選擇一些以動畫設計為主的內容，在學習編程工具和編程知識的同時培養興趣；中高年級的內容則偏向于算法思維和問題解決能力的培養。

（3）課程內容呈現要有智度。作為中小學信息技術課程的補充教材，要規避編程純技術的內容呈現方式，如為了讓學生能自己編寫程序，把程序中的表達式、循環和條件判斷語句先進行教授。在問題解決的過程中，用到一個教授一個，讓學生體會程序語法的實際用法和作用。中小學編程校本課程是為了培養學生的計算思維，在教材編寫過程中，要體現問題解決的過程，通過一些提示性的語言激發學生的思維，或引導其對問題進行思考和分析，或激發其創造性思維進行程序的拓展和延伸。

2. 課程實施的注意事項

（1）鼓勵學生進行創作。創作的過程同樣是反復實踐的過程，把課內的知識遷移到其他問題的解決中去。在編程教育中，學生通過自身的努力每完成一個項目，定會收獲編程教育帶來的喜悅。在教材的編寫過程中，每個項目的課后練習部分，可鼓勵學生在項目的學習基礎上，創作屬于個人的作品，激發其創造性思維。

（2）鼓勵學生進行作品的改編。教材中的實例可以幫助學生理解如何用計算機科學來解決一些實際問題，在此基礎上學生更容易收獲成果。在編程教學的過程中，可以鼓勵學生對實例作品進行修改或改編，學生對程序的改編，有助于學生對問題再次進行深入的思考，融入個人的想法。學生在思考的過程中有助于激發創造性思維，在不斷調試的過程中發展邏輯思維能力。

（3）注重作品的分享。激發學生創作興趣的另一種措施是提供學生展示個人作品、小組作品的舞臺，延伸學習活動的時間和空間。學生通過展示、交流，相互借鑒、共同提高。在分享的過程中碰撞出思想的火花，激發創作的靈感。

（作者單位：上海市浦東新區建平實驗小學）

參考文獻

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