小學(xué)生計(jì)算思維與編程教學(xué)切入點(diǎn)

魏秀格 武廷榮 劉娜

摘要：計(jì)算思維作為一種創(chuàng)新型思維是信息教育研究的熱點(diǎn)，它是有數(shù)學(xué)，工程學(xué)的思維方式結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)的綜合性思維，他讓人用計(jì)算機(jī)的方式思考和解決問(wèn)題。小學(xué)生作為思維發(fā)展的黃金時(shí)期，正式對(duì)思維培養(yǎng)的重要階段。本文以編程教學(xué)為切入點(diǎn)，以Scratch編程教學(xué)為例，研究編程教學(xué)對(duì)小學(xué)生計(jì)算思維的影響

關(guān)鍵字：計(jì)算思維;編程教學(xué);切入點(diǎn);Scratch

1.引言

計(jì)算思維作為一種解決問(wèn)題的方式，給人們一種抽象的概念。使人們很難理解什么使計(jì)算思維。計(jì)算思維是什么，我們?cè)趺礃訉⒂?jì)算思維和實(shí)際教學(xué)建立橋梁。隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展可視化軟件的出現(xiàn)，給出了人們新的出路（可視化軟件可以將計(jì)算過(guò)程直觀的顯現(xiàn)出來(lái)）。學(xué)生們可以根據(jù)可視化軟件了解計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)構(gòu)和法則，是學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維的最好切入點(diǎn)。

教育學(xué)家維果茨基認(rèn)為搭建教學(xué)模型并給予學(xué)生們必要的指導(dǎo)，幫助他們理解和掌握相應(yīng)的概念，幫助他們思維發(fā)展是有必要的[1]。現(xiàn)在市面上常用于教學(xué)的軟件主要由Scratch和APP inventor。APP inventor因?yàn)槟K不齊全，不適用于編程零基礎(chǔ)的小學(xué)生使用。所以我們?cè)诒敬窝芯恐胁捎肧cratch編程教學(xué)，來(lái)討論如何將編程教學(xué)為切入點(diǎn)來(lái)進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)。

2.基于計(jì)算思維培養(yǎng)的Scratch編程實(shí)例

我們現(xiàn)在以Scratch編程軟件中的《小貓避障》為例來(lái)演示如何通過(guò)可視化編程教學(xué)為切入點(diǎn)，來(lái)對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行培養(yǎng)。很顯然，我們這次編程的目的是讓圖2-1的小貓躲避障礙物并成功的到達(dá)終點(diǎn)。

《小貓避障》實(shí)例

2.1? 提出問(wèn)題，情景再現(xiàn)

好奇是人類進(jìn)步的源動(dòng)力[2]。小學(xué)生們的好奇心尤為的中，教師在上課時(shí)先拋出問(wèn)題（老師能給用電腦給你們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)小貓避障，你們信不信？）。勾起學(xué)生們的好奇心。使學(xué)生們從一個(gè)老師那里接受信息的接收著，變?yōu)橐粋€(gè)想探索真相的求知者。一個(gè)聰明的教育工作者，尤其是小學(xué)教育工作者。一定要讓孩子們有種身臨其境的感覺(jué)，讓他們感覺(jué)自己就是這次活動(dòng)的主角。進(jìn)一步的使孩子們有更加強(qiáng)烈的求知欲望，我們本節(jié)課布置的情景是《小貓避障》。我們會(huì)先把游戲中的場(chǎng)景帶入現(xiàn)實(shí)問(wèn)同學(xué)們，你們?cè)诂F(xiàn)實(shí)中躲避過(guò)障礙物嗎？是同學(xué)們身歷其境步入角色，使他們有更強(qiáng)的求知欲，在進(jìn)一步提出你們?cè)敢庠O(shè)計(jì)一個(gè)小貓避障的游戲嗎？最終是同學(xué)們由游戲的旁觀者到游戲的決策者改變。景認(rèn)知理論認(rèn)為，知識(shí)能在情境中體現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)我們?cè)谇榫爸袠?gòu)建出與現(xiàn)實(shí)中有用的橋梁。就會(huì)與參與者的的心理產(chǎn)生強(qiáng)烈的共鳴[3]。

2.2? 有效分析，呈現(xiàn)任務(wù)

教師在這一過(guò)程的任務(wù)是將避障這個(gè)大任務(wù)，分解成幾個(gè)有關(guān)連的小任務(wù)同時(shí)將計(jì)算思維展示給學(xué)生們看，和同學(xué)們一道分析要完成這幾個(gè)小任務(wù)我們需要做哪些準(zhǔn)備，這些小任務(wù)之間有哪些聯(lián)系，這些小任務(wù)經(jīng)過(guò)怎樣的邏輯可以完成大任務(wù)。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)的初期現(xiàn)提出這些問(wèn)題，同學(xué)們?cè)谶@些問(wèn)題中自主思考從而有所收獲。在小貓避障的實(shí)例中，我們遇到的主要問(wèn)題，背景的選擇，小貓尺寸的選擇，小貓和障礙物之間的關(guān)系，小貓通過(guò)怎樣的指令才可以通過(guò)實(shí)際的障礙物。

2.3? 思維加工，設(shè)計(jì)任務(wù)

我們這時(shí)給同學(xué)們一定時(shí)間的思考，讓他們開(kāi)動(dòng)腦筋，找出幾個(gè)獨(dú)立任務(wù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，并尋找相應(yīng)的任務(wù)指令。我們?cè)谶@一環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了任務(wù)卡，是同學(xué)們將自己的想法填入任務(wù)卡中，這樣做的目的是老師可以在任務(wù)卡中看出每個(gè)同學(xué)的想法是否正確。同學(xué)們也可以通過(guò)任務(wù)卡交流自己思考的過(guò)程。優(yōu)秀的作品還可以拿出來(lái)供大家參考，學(xué)習(xí)。使這次學(xué)習(xí)可以在同學(xué)們之間實(shí)現(xiàn)良性的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系最終實(shí)現(xiàn)同學(xué)之間的共同進(jìn)步。

2.4? 測(cè)試調(diào)試，程序開(kāi)發(fā)

在完成編程前的初步準(zhǔn)備階段之后，我們要對(duì)小貓避障這個(gè)程序進(jìn)行建模，而對(duì)小貓避障這個(gè)任務(wù)的難點(diǎn)是讓小貓如何避障，為了解決小貓如何避障的問(wèn)題，老師現(xiàn)已如何躲避下障礙為例，為了避免學(xué)生出錯(cuò)，先讓學(xué)生們進(jìn)行口述，老師認(rèn)為學(xué)生的計(jì)劃切實(shí)可行時(shí)，和同學(xué)們一道編寫(xiě)小貓避障的系統(tǒng)流程圖，在解決完下障礙物之后，解決上障礙物就變得簡(jiǎn)單多了。最終落實(shí)到程序上，看小貓是否能按設(shè)計(jì)這得意愿成功避障，到達(dá)終點(diǎn)。

編程不可能一簇而就，在編程中難免會(huì)遇到這樣，那樣的各種問(wèn)題。當(dāng)學(xué)生們?cè)诰幊淌r(shí)，首先，讓設(shè)計(jì)者進(jìn)行自我的審查，閱讀自己的程序，閱讀程序本身就是一種自我學(xué)習(xí)的進(jìn)步。在自己差錯(cuò)失敗后，我們選擇分組差錯(cuò)，分組差錯(cuò)可以提高同學(xué)們的人際交流能力，也可使同學(xué)們?cè)趧e人的錯(cuò)誤中找出自己的不足，并可以學(xué)習(xí)別人程序中的優(yōu)點(diǎn)，在以上兩個(gè)步驟之后同學(xué)們可能會(huì)遇到一些疑難雜癥，這是老師應(yīng)動(dòng)用自己的智慧去幫同學(xué)們?nèi)ソ鉀Q掉它。解決之后要對(duì)所出現(xiàn)的問(wèn)題給學(xué)生們認(rèn)真的分析和指導(dǎo)。

2.5? 內(nèi)化遷移，總結(jié)評(píng)價(jià)

在老師和同學(xué)們的共同努力下小貓成功的越過(guò)障礙到達(dá)了終點(diǎn)。現(xiàn)在就是對(duì)前面各階段任務(wù)的總結(jié)，總結(jié)在整個(gè)過(guò)程中同學(xué)們是怎么通過(guò)一步步的思考，克服重重險(xiǎn)阻，最終使小貓成功的到達(dá)終點(diǎn)。在這之中同學(xué)們盡力了怎樣的思考過(guò)程在思考中，學(xué)習(xí)到了什么。并且對(duì)小朋友的作品進(jìn)行展示，讓小朋友感到成功的喜悅。在課后我們也應(yīng)進(jìn)行發(fā)散式的教育，讓學(xué)生們學(xué)到的東西不能只停留到表面，比如我們的程序可不可以變得更加簡(jiǎn)潔，可不可以將障礙物的形狀改變，或者說(shuō)是否能改變障礙物的顏色。使同學(xué)們對(duì)編程有更深的理解。由以上環(huán)節(jié)可知，教師在教學(xué)內(nèi)容和整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都貫徹了計(jì)算思維，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生積極參與并使用計(jì)算思維方法分析、求解問(wèn)題。更進(jìn)一步的讓同學(xué)們理解計(jì)算性思維[4]。

3.結(jié)束語(yǔ)

與我國(guó)之前以傳授知識(shí)為主的應(yīng)試教育不同，現(xiàn)代教育更加注重思維的培養(yǎng)，計(jì)算思維作為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必要思維，如何培養(yǎng)計(jì)算思維在我國(guó)依舊是個(gè)難題，但是伴隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)。計(jì)算思維作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的學(xué)科思維，主要是在計(jì)算機(jī)專業(yè)的知識(shí)與技能學(xué)習(xí)過(guò)程中滲透的。因此，編程學(xué)習(xí)也應(yīng)該是計(jì)算思維教育的有效途徑[5]。本文通過(guò)對(duì)可視化軟件Scratch的實(shí)例進(jìn)行分析，闡明了可通過(guò)編程軟件為切入點(diǎn)對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]汪紅兵，姚琳，武航星等（2014）. C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程中的計(jì)算思維探析[J]. 中國(guó)大學(xué)教學(xué)，（9）：59-62.

[2]王移芝，魯凌云，周圍（2012）. 以計(jì)算思維為航標(biāo) 拓展計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革的新思路[J]. 中國(guó)大學(xué)教學(xué)，（6）：39-41.

[3]楊男才（2013）. 基于計(jì)算思維的高中信息科技《算法與程序設(shè)計(jì)》教學(xué)探究[D]. 上海：海師范大學(xué).

[4]姚天昉（2012）. 在程序設(shè)計(jì)課程中引入“計(jì)算思維”的實(shí)踐[J]. 中國(guó)大學(xué)教學(xué)，（2）：61-62，76.

[5] 任 友 群， 隋 豐 蔚， 李 鋒 （2016）. 數(shù) 字 土 著 何 以 可 能——也談?dòng)?jì)算思維進(jìn)入中小學(xué)信息技術(shù)教育的必要性和可能性[J]. 中國(guó)電化教育，（1）：2-8.