例談基于計算思維的 圖形化編程教學策略

陳露遙

隨著人工智能的快速發展，編程逐漸成為信息技術學科教學的主要方向之一，但在實際教學中，存在學生思維理解差異大，機械性記憶、訓練，課程學習不成體系、關聯性差等問題，這在很大程度上影響了學生對編程學習的興趣，限制了學生思維的發展，無法有效提升學生的綜合素養能力。面對這些問題，筆者在教學實踐中將計算思維與圖形化編程融合，從教學情境選擇、教學目標設置、教學內容設計、教學活動設計和教學評價設計五方面進行策略探究，以期讓課堂教學更富情境性與融合性，讓教學設計更富整體性與規劃性，讓學科思維更富有序性與結構性，助力學生思維能力的提升。

● 教學情境：基于已有經驗，有效鏈接生活

筆者基于日常教學經驗的總結，發現已有經驗與現實生活對學生有著較大的吸引力，因此，通過以往案例和生活情境引入和衍生到圖形化編程教學，讓學生基于真實的情境學習編程，能有效激發學生的興趣與探索動力。

例如，在初識圖形化編程軟件時，對于控件的認識與操作、腳本的搭建，可將學生熟悉的搭積木、“俄羅斯方塊”游戲等相似情境衍生到課堂，將不同形狀的控件組合完成腳本搭建。又如，在學習繪制角色時，將之前學習畫圖的經驗與方法引入到“角色”新建、繪制中，在提升學生學習動力的同時提高課堂效率。將這些已有經驗引入圖形化編程教學，與學生已有認知建立有意義的關聯，讓學生在現有認知與概念的基礎上學習新技能，把原有對積木搭建的思維遷移到編程腳本的搭建上，更容易促進學生對編程概念、模塊、語法與操作思維、方法的理解，以計算思維能力的遷移與轉化激發學生學習激情。

● 教學目標：分層設置目標，關注學生差異

學生是教學的主體，教學設計首先要考慮學生的特征與差異，了解學生真實的學習能力與需求。在圖形化編程教學中，融入計算思維問題解決的層次性，按難易程度分層設計教學目標，即將教學目標按學生學習能力層次劃分為入門、進階、提高三個層級，讓不同能力程度的學生對應達到不同層次的教學目標，這樣能使每一位學生都能在原有基礎上得到提升。

例如，在“火柴人跳舞”一課中，針對“掌握繪制角色造型和切換造型的方法”目標，可將其按入門、進階、提高三個層級進行細化。①入門目標：能夠繪制3種簡單的“火柴人”造型，學會利用“下一個造型”與“等待1秒”控件的結合，重復疊加起來讓火柴人跳起來。②進階目標：能夠繪制3種不同的“火柴人”造型，且造型美觀;學會運用“下一個造型”“重復執行”與“等待1秒”控件的結合，實現火柴人跳舞的效果。③提高目標：能夠繪制3種連續變化的“火柴人”造型，且造型美觀;學會運用“將造型切換為……”“重復執行”與“等待1秒”控件的結合，讓火柴人跳舞動畫更加逼真。

● 教學內容：系統設計內容，建構有序思維

在圖形化編程教學中，融入計算思維問題解決過程的結構化與思維活動的有序性，能使教學內容設計更加有序，更賦邏輯。在實際教學中，很多學生在運用編程進行問題解答時，往往無法準確、有效地鏈接前后所學習的知識、技能，只能零散地呈現不完整的程序語句，使得知識零存而無法整取。圍繞教學目標，對教學內容進行系統性、結構性設計，讓零散的知識有序地存儲到學生的認知中，即將知識按類別劃分、設定標簽，與軟件中對應的模塊關聯，并在教學過程中潛移默化地熏陶、引導學生模仿與思考，有序地輸入知識，能幫助學生建構自身的知識體系，便于知識的有效激活與運用。

例如，在“火柴人跳舞”一課中，要實現“火柴人跳舞”的動畫效果，首先，要明確本課主要教學內容分為三部分：①創建新角色。②讓“火柴人”跳起來，實現動畫效果。③改變舞臺背景，營造絢麗多彩的舞臺;按照先后順序開展教學。其次，劃分類別、設定標簽：將“火柴人”繪制這類使用繪圖編輯器的應用，歸入“繪圖工具”應用庫中;將“火柴人”跳起來、營造絢麗舞臺這類造型切換、背景顏色改變的應用，與編程模塊中“外觀”建立聯系，歸入“外觀”應用庫中;對于需要重復執行的程序，與編程模塊中“控制”建立聯系，歸入“控制”應用庫中。讓每種應用類型、方法，與程序模塊建立聯系，歸類到相應的知識應用庫中，建立同一庫中新舊知識的聯系，結構化處理各類編程應用，幫助學生歸類、劃分知識結構。以計算思維的結構化、有序化設計教學，提升學生的編程思維能力和計算思維能力。

● 教學活動：微項目式教學，強化問題解決

編程課程是基于程序基礎語法知識、算法思維，培養學生問題解決能力和思維能力的課程，強調知識技能到思維能力的轉化。在圖形化編程教學中，將知識、技能融入到動畫、情境故事、小游戲等微項目作品中，讓學生基于特定的項目任務或問題，探索并理解編程的模塊功能應用與問題解決過程，在實踐體驗中強化對學生計算思維能力的培養。

1.細化項目模塊，優化問題解決

在項目活動設計中，按照分解、模式識別、抽象、算法思維、評估和遷移的思維過程設計活動。①分解：有效組織學生對活動總目標進行分析、分解，按照教學內容設計把總項目分為若干個相關聯的子項目，將知識要點、內容與程序模塊功能融入到子項目中，明確各子項目的目標任務，以驅動維持學生對問題探究的興趣與激情。②模式識別：依據子任務目標，引導學生探索問題解決的最優路徑，將目標任務或問題轉化為可實施的問題解決流程圖，讓學生系統性地理解問題解決的思路與過程。以連貫的問題對該過程重用，明確程序解決問題的方法與思維邏輯。③抽象與算法思維：將流程圖的每個關鍵步驟，轉化成編程模塊，并組合搭建腳本，通過不斷地運行調試、迭代完善程序，助力學生理解模塊的功能用途。④評估：提供同伴間互動交流的機會，表達并分享經驗打造共生資源，通過真實的問題解決體驗和項目展現、質疑、辯論，尋求模塊功能的真實應用和用法，強化學生知識技能的運用與觀察能力。⑤遷移：擴展程序功能，進一步優化程序，強化學生對所學知識、技能的運用能力，提升學生的問題解決能力和知識遷移能力。

例如，在“小貓出題”一課中，要求由“小貓”隨機產生2個加數來構成加法計算題，學習者輸入答案，程序自動判斷答案的正確性，學習變量的建立方法、計算與比較大小。①分解任務：引導學生分析問題，并把總項目分成三個子項目——“小貓”隨機出題、學習者回答、“小貓”判斷答案;每個子項目融入相應的知識點，在“小貓”隨機出題子項目中學習變量的建立與賦值，在“小貓”判斷答案子項目中學習變量的計算與比較，在學習者回答子項目中解決“詢問”的問題。②繪制思維流程圖：分別在每個子項目中將問題解決的思維方法轉化成流程圖。③尋找程序模塊，搭建腳本，根據流程圖的思維路徑，搭建腳本，運行調試效果。④學生展示交流：對學生作品進行評價，表揚好作品，發現問題與不足。⑤拓展遷移：將加法計算題修改成乘法運算題，然后將出題數量設置成5道，讓學生自主探索，提升學生編程思維的遷移能力。通過整個項目作品的制作，深化對學生計算思維觀念的培養，讓學生系統性地理解問題解決的思路與過程。

2.搭建學習支架，助力思維發展

中小學是編程教育的起始階段，學生對圖形化編程中的模塊功能、語法涵義較為陌生，學習探究中難免會遇到一些難以理解或不了解的知識和過程方法，教師應及時搭建相應的學習支架，為學生排疑解難，有效促進學生的探究效能和思維發展。

①搭建知識支架。運用計算思維相關概念解釋說明編程中涉及的模塊、語法知識等，促進學生對各模塊功能用法的了解，完善學生的程序知識結構和思想，提高學習效率。如在運用“變量”時，可將其形容設計為會變魔法的盒子，能隨機變出不同的數字，結合形象的圖例幫助學生理解。

②搭建思維支架。圖示化的項目分析與問題解決框架，為學生解決問題提供思路和算法思維觀念的引導，指明學習方向。例如，在搭建腳本過程中，教師可在投影上展示師生共同分析的程序思維流程圖或算法思維導圖，供學生搭建腳本時參考問題解決的過程，發展學生的邏輯思維能力。在支架學習運用相對成熟時及時撤掉，讓學生能夠獨立而有效地完成任務，形成自己的認知與思維。

● 教學評價：持續跟蹤教學，多元融合評價

教學評價是教學過程中的一個重要環節，全面地了解學生學習狀況，及時反饋教學效果，是課堂教學質量提升的關鍵。在基于計算思維的圖形化編程教學中，不僅要注重對學生學習過程的觀察和學習目標達成度的評判，而且要加強對學生計算思維能力發展情況的考查。

例如，在教學過程中，可從學生的課堂參與度、自主學習能力、協作能力和創新情況四個維度對學生課堂表現進行觀察總結，通過自評（占30%）、組內互評（占30%）和師評結合（占40%）的方式綜合評測學生的表現，及時反饋教學設計與關鍵環節的有效性。在課程結束后，利用Dr.Scratch工具對學生提交的編程作品進行評價，從作品的代碼或功能方面了解學生的計算思維能力發展程度。與過程性評價相結合，分析出學生在哪些知識點、哪一教學環節存在困難，精準反饋，有利于教師針對性地指導學生，助力學生編程技能的提高，進而提升學生計算思維能力和課堂學習成效。

計算思維是學生編程學習和思維能力培養的關鍵素養，也是數字時代的一項基本素養。對編程興趣的培養與計算思維能力的提升，在于選擇適合課程的教學策略和方法。面對不同學生的差異，教師應立足于圖形化編程特點，有效融合計算思維思想，在項目探索中促進學生理解，加強學生思維表達練習，提高學生問題解決能力，助力學生計算思維能力的培養，提升編程教學效能。