基于計算思維培養的小學可視化編程支架式教學探究

洪朝宗 鄭剛

摘要：計算思維是信息技術學科核心素養之一，它的重要性不言而喻。通過支架式教學，在信息技術學科中培養學生的計算思維。可視化編程是一種圖形編程，學生樂于接受它;它對于學生的計算思維培養是一個很好的著力點。計算思維培養是目的，支架式教學是方法，可視化編程是手段，把三者有機結合起來;既可傳承計算機原有的知識與概念，又可開發、拓展學生的計算思維，提升學生思維的嚴謹性與邏輯性。

關鍵詞：計算思維;支架式教學;可視化編程

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）35-0105-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

支架式教學來源于建構主義教學思想，為培養學生解決問題和自主學習的能力，為學生提供適當的線索或者提示作為支架。計算思維是一種思維活動，就像計算機科學家一樣去思考、去處理問題;通過系統化、條理化地思考，把需要解決的問題模塊化、程序化。可視化編程就是圖形與語言相結合編程方式。計算思維、支架式教學、可視化編程，三者分別對應的是思維方式、教學方法、操作手段。在可視化編程語言教學中應用支架式教學培養學生的計算思維，從而達到信息學科核心素養在信息技術教學中真正落實。

1 融入環節? 鍛煉思維

根據計算思維的定義，我們可以將它融入教學的各個環節中。把基于計算思維的培養教學過程設計分為幾個教學環節：（1）發現問題;（2）分析問題（抽象特征，建立模型）;（3）解決問題（評估方案）;（4）遷移應用。

1.1 發現問題然后分解問題，思維導圖支架有利于學生理清問題脈絡

分解問題，類似計算機流程處理問題的方式，把復雜的問題簡單化、程序化。我們可以把需要解決的問題轉化為幾個問題模塊，再把這幾個問題模塊細化到各個對象及其要操作的各項動作。這樣從大問題變成幾個小問題，學生的學習難度降低。不管用表格，還是用思維導圖，甚至是一張白紙信手涂鴉都可以，只要把問題細化，未知就能慢慢地向已知靠近，解題思路就能夠整理清楚，后面的學習任務就逐步清晰。因為思路是學生自主設計的，所以他們的學習興趣較高漲、分工合作較明朗。

1.2 分析問題，任務單支架有利于學生抽象特征、建立模型、合理組織數據

分析問題，把問題轉化為任務單的每一個小項目是比較困難的一個事情。而分析“誰干什么”，分析每個對象做什么動作相對比較容易。所以在可視化編程教學中，任務單的設計可以偏向于哪個對象應用哪個模塊和如何拼接。把各個模塊的應用以任務單的方式呈現出來，學生都較容易接受。在編程教學中，把問題用表格的形式轉化出來，針對每一個角色從三個方面“效果設想”“腳本搭建”“操作方法”來制作表格，也就是建立模型與組織數據。

1.3 解決問題，一題多解策略支架有利于學生選擇最優方案

一題多解可以發散學生的思維，從多種解決的策略中選擇最佳的方案。通過評估各種算法，選擇最佳的方案。計算思維在這個環節中，擇優當選。角色的變化與造型的變化不同是學生較難理解，角色大小的改變可以通過命令模塊來實現，也可以通過改變造型的樣式來實現。體現了多種解題方法，在教學過程中可以采用支架式教學策略，不斷引導學生，從而掌握模塊命令，培養計算思維。

2 明確目標? 建立框架

2012 年，美國麻省理工學院媒體實驗室（MIT）終身幼兒園研究小組（Lifelong Kindergarten Group）提出了計算思維的三維框架，即計算概念、計算實踐以及計算觀念。我們可以將其與教學設計中的三維目標相結合，形成基于計算思維培養的編程教學的三維目標，以Scratch編程課《魔術表演》為例（見表1）。

3 選擇策略? 形成流程

以廣東省版Scratch教材第2課編程課《魔術表演》為案例，說明基于計算思維的編程教學多元策略。

3.1 情境導入? 理清問題

（1）情境導入

師：美麗的廈門是我的家，請大家看一看廈門的版圖，我們的廈門就像一只什么樣的海洋生物？

師展示地圖并放大。生觀看，并思考。

生：像海馬、像鯊魚、像海豚……

師：只要你喜歡它像什么就是什么，老師覺得它像只大螃蟹。今天，有一位魔術師來到我們美麗的鷺島。讓他來為美麗的廈門變變身吧！師展示作品。

（2）理清問題

分析項目的設計思路：請學生思考，這個程序有幾個角色，它們分別做了哪些動作？

生，回答。（兩個角色。魔術師說話，螃蟹外觀變化。）

[策略說明]明晰問題，理清思路。用表格或樹圖分析問題。

3.2 基于問題? 任務導向

通過以任務驅動的方式，提出活動任務。

（1）讓學生學會如何新建舞臺、新建角色，并且如何給角色添加造型。學生大膽嘗試后，教師及時地講解示范操作。（板書：魔術表演、畫表格;建立模型）

（2）為魔術師加腳本。這個任務主要讓學生學會如何制作故事類程序。通過學習“說……”模塊增加項目的講故事情境。

（3）為螃蟹加腳本。螃蟹換造型。角色造型就像角色不同的“衣服”一樣，它可換成不一樣的“衣服”出場，但是角色的名稱依然不變。角色的大小、顏色，可以通過外觀來改變。

[策略說明]教師采用了多種教學策略，通過任務驅動、提問法、自主探究、小組討論等多種教學方法，引導學生突破學習“外觀”這一模塊。

3.3 拓展思維? 方法多樣

（1）引導學生應用學習支架，通過不斷嘗試找一找什么命令可以讓螃蟹變大小。

方法一：在“外觀”模塊類中，找到“將角色的大小增加多少”的指令模塊。讓學生自主改變數值，體驗不同數值帶來的變化，從而引導學生把參數改成正數就變大，把參數改成負數就變小。

方法二：在“外觀”模塊類中，找到“將角色的大小設定為多少”的指令模塊，并加以嘗試。得到：將角色的大小設定為多少，參數為100圖形大小為原來的100%。參數大于100就變大。參數小于100就變小。

方法三：先在角色的造型中復制一個造型再修改它的大小，然后，在“外觀”模塊類中，找到“將造型切換為多少”的指令模塊。改變參數，為事先改變好的大小的造型。

[策略說明]引導學生尋找更多的方法。教師以啟發教學為主，不斷地把學生的思維發散。從而達到培養計算思維的目的。

（2）教師提出活動任務之后，引導學生舉一反三，通過“改變大小”這一活動的探究，遷移至如何讓螃蟹改變顏色。

方法一：在“外觀”模塊類中，找到“將顏色特效增加多少”的指令模塊。改變參數，從而改變顏色。不停雙擊對應模塊，重復執行操作。

方法二：在“外觀”模塊類中，找到“將顏色設定為多少”的指令模塊。改變參數，從而改變顏色。

方法三：先在角色的造型中增加一個不同顏色的造型，然后，在“外觀”模塊類中，找到“將造型切換為多少”的指令模塊。改變參數，為事先改變好的不同顏色造型。

[策略說明] 測試可以通過“清除所有圖形特效”還原成原來的狀態。并引導學生觀察“外觀”中的其他命令，學會遷移，并讓學生大膽應用。學會歸納總結程序設計的方法。

3.4 自主探究 遷移應用

教師提出任務后，引導學生向已知的舊知識靠攏。找一找什么命令可以讓螃蟹變成鯊魚并且慢慢游走。

（1）變身：螃蟹變成鯊魚

方法一：在學會改變造型的基礎上，增加一個“鯊魚”造型，然后，在“外觀”模塊類中，找到“將造型切換為多少”的指令模塊。改變參數，為事先改變好的“鯊魚”造型。

方法二：在學會“顯示、隱藏”的基礎上，把原來“螃蟹”角色隱藏，把“鯊魚”角色顯示。

（2）游走：慢慢游走

方法一：坐標法，明確最初位置與最終位置。在“運動”模塊類中，找到“移到X幾Y幾”的指令模塊定義初始坐標，放置于程序的開始位置。在“運動”模塊類中，找到“在幾秒內滑行動到X幾Y幾”的指令模塊，定義到最終的位置坐標。

方法二：移動法，明確方向與移動長度。在“運動”模塊類中，找到“移到X幾Y幾”的指令模塊定義初始坐標，放置于程序的開始位置。找到“面向幾方向”的指令模塊，確定移動的方向，加上“移動幾步”模塊。

教師通過此環節，引導學生嘗試變換不同的角色造型或顯示隱藏角色的方法來達到目的，完成后，展示學生作品，引導學生進行生生互評。比一比，誰有更多種方法，誰的方法最新穎。計算思維的遷移應用還可以進一步的拓展。

[策略說明]鯊魚游走的方法有多種多樣，引導學生自主探究，學會知識的遷移。為了有更明顯的視覺效果還可以應用“小步等待，重復執行”的方式，就引入了重復模塊。也就是有限循環與無限循環兩個模塊的應用。

由此可見，可視化編程教學中，利用支架式教學模式，能夠很好地培養學生的計算思維，從而引導學生在未來的學習生活中更好地運用。

參考文獻：

[1] 莊小云.巧用微課促進高中學生“計算思維”的培養[J].中國教育學刊，2018（9）：104.

[2] 顧堅.計算思維在初中信息科技課程中的實踐研究[D].上海：上海師范大學，2018.

[3] 王麗娜，杜玫芳，趙燕麗.基于計算思維的計算機基礎教育的實踐研究[J].電腦知識與技術，2012，8（15）：3632-3633，3641.

[4] 史文崇，劉茂華，楊大志.計算思維教育的困惑與博弈[J].中國遠程教育，2019（8）：59-67.

【通聯編輯：代影】