小學生計算思維培養

羅川蘭 張川 鄧江華

【摘 要】計算思維是當前國際信息技術教育領域廣為關注的一個重要內容。中小學信息技術課程應承擔起發展學生計算思維的重要任務。圖形化編程采用高度可視化的界面和積木組合式程序設計方法，能有效地培養中小學生的計算思維。本文綜合計算思維和圖形化編程的特點，以計算思維的分解、抽象、概括、算法思維、評估優化等五要素為導向，結合重慶地方特色，設計了“吃火鍋”的編程教學案例，以培養學生的計算思維，期望為教學工作者的實際教學提供參考。

【關鍵詞】計算思維;圖形化編程;中小學;信息技術教育

教學背景

計算思維是當前國際信息技術教育領域廣為關注的一個重要內容。在國內外中小學信息技術教育領域，計算思維已成為信息技術學科核心素養培養的重要內容。

2013年，英國南安普敦大學Cynthia Selby和John Woollard提出計算思維由算法思維、評估、抽象、分解、概括等要素組成[1]。華東師范大學教授謝忠新認為，使用計算思維來解決問題的一般過程如下：首先將復雜問題分解成一系列小的問題（分解）;分別仔細研究這些小的問題，僅關注重要的特征，同時忽略不相關的細節（抽象）;然后概括解決問題的思路（概括）;接著編寫解決問題的程序（算法）;對設計的解決方案進行評估（評估），是否最好地解決復雜問題[2]（圖1）。

傳統的基于代碼的編程方式對于小學生來說十分困難，而圖形化編程通過視覺化的方式將思維設計過程外化地呈現出來，不僅能提高程序設計學習的有效性，還能提供多種方式幫助學生建構知識，能有效地培養學生的計算思維能力[3]。

本文以計算思維的分解、抽象、概括、算法思維、評估優化五要素為導向，利用圖形化編程的優點，結合重慶地方特色，設計了“吃火鍋”的編程教學案例，以培養學生的計算思維?！俺曰疱仭本幊探虒W是程序內容的啟蒙課，是在學生掌握計算機基本操作的基礎上進行設計的。該課結合學生生活實際，采用學生熟悉的“吃火鍋”為教學內容，創設教學案例并開展實際教學，引領學生初識圖形化編程，培養計算思維能力。

“吃火鍋”包括“五任務、五步驟、一思維”的核心內容?！拔迦蝿铡笔窃趧撛O的“吃火鍋”情境下，編寫程序完成去美食街、進火鍋店、找到座位、往返取菜、燙煮毛肚這五個任務。

“五任務”利用圖形化編程軟件的自定義塊功能，將復雜的程序邏輯進行封裝整合，使學生不受程序細枝末節的影響，專注于計算思維的建立（圖2）?！拔宀襟E”是在實際課堂中以計算思維的分解、抽象、概括、算法思維、評估五要素為導向，開展任務驅動教學?！耙凰季S”則是學生按照五個步驟完成五個任務后形成的計算思維。

1.創設情境，分解任務

首先創設“吃火鍋”的情境，引出要解決“吃火鍋”的任務。并將此情境任務拆分為“去美食街、進火鍋店、找到座位、往返取菜、燙煮毛肚”五個任務，并設定五個不同的場景。在教師的引導下，學生抽象地表達所要解決的問題（抽象概念），從起點出發前進找到美食街、進入火鍋店、找到座位、取菜、燙菜。

該環節用貼近學生生活的故事情境，激發學生的學習興趣和學習動機，并訓練學生分解任務的能力，滲透計算思維“分解”要素。學生抽象地表達所要解決的問題，將具體與抽象互相轉化，滲透了計算思維“抽象”“概括”等要素。

2.任務驅動，思維訓練

任務一：去美食街

教師打開“去美食街”程序，并指明任務，編寫程序，讓角色走到美食街。接著，帶領學生分解問題，請學生將問題思路補充完整。

當“黑色小旗”被點擊，從人民廣場出發，前進 三 步 ，最后進入美食街 。

學生在完成填空的同時，進行了一次思路總結。接著學生根據思路抽象概念，編寫、完善程序（概括思路、算法思維）。

任務二：進火鍋店

進入美食街后，還需走進火鍋店。同樣地，打開“進火鍋店”程序。帶領學生分解問題，將問題思路補充完整。

進入火鍋店線路分為三個部分。

當“黑色小旗”被點擊，前進三步，向右轉，然后前進兩步，向左轉，再前進三步，進入火鍋店。

任務二是任務一的鞏固練習，并在程序中增加了轉彎的內容，提升難度，進一步訓練學生思維。完成任務一和任務二后，教師進行小結，回顧前兩個任務的操作，先分解任務與抽象概念，最后概括思路，完成程序的編寫，形成算法思維。在此過程中，一步一步培養學生的計算思維（概括思路、算法思維）。

任務三：找到座位

在“找到座位”任務中，學生自主編寫程序，讓角色走到空桌子旁。學生在編寫程序時發現，拼接二十幾個“前進一步”程序塊很費時，而且程序很長。教師引導學生尋找重復使用程序塊，引出使用“重復執行幾次”程序塊優化程序，提高編寫效率。任務完成后進行小結，當有多個相同的程序塊時，可以使用“重復執行幾次”優化程序，提高效率。學生在此過程中，對程序進行評估，并找出優化程序的辦法（優化程序），滲透計算思維“評估優化”“算法思維”等要素。

任務四：往返取菜

在“往返取菜”程序中，角色需要到取菜處取菜，并放到桌子上，一次取一盤菜，共取六盤菜。為簡化任務、優化程序，教師先帶領學生分解問題，總結第一次取菜的思路，并編寫程序。接著與學生共同完成第二次取菜的程序，對比兩次取菜的程序，發現有相同的程序段。再次引導用“重復執行幾次”優化程序。并且任務四強調必須思考判斷重復執行的是多個程序塊組成的程序段（概括思路、算法思維）。

學生完成任務后，總結用“重復執行幾次”，將程序長度變短，操作變少的過程是對程序的評估、優化（優化程序）。

任務五：燙煮毛肚

打開“燙煮毛肚”程序，燙煮毛肚。重慶火鍋燙毛肚的秘訣是先放到鍋里、煮一煮、拿起來，再放到鍋里、煮一煮、拿起來。重復三或四次，最后吃掉。請學生分析問題，總結思路，并說給同桌聽聽，然后編寫程序實現燙煮毛肚的動畫效果。

學生綜合前面所學知識，獨立完成該任務。教師要向學生強調不能急于操作，應先分解任務、抽象思路，并與同桌交流。交流完成后，編寫、優化程序。至此，學生初步掌握了計算思維方式。

3.回顧深化，思維提升

最后教師將和學生再次回顧解決程序問題的步驟和思維方式。啟發學生：應用計算思維不僅能解決程序問題，還能解決學習和生活中的實際問題?！俺曰疱仭币徽n源于學生的生活實際，學生通過對“吃火鍋”問題的分步解決，完成了計算思維的遷移運用。在學習過程中，學生不但表現出極大的興趣，而且通過對抽象問題的主動探究，提升了利用計算思維解決問題的能力。

總? 結

編程教學是培養計算思維的有效途徑。筆者設計并實施了“吃火鍋”一課，開展基于計算思維培養的圖形化編程教學，將內容分解為五大任務，并將“抽象”“概括”“算法”“評估”等要素融入教學，使學生在學習中體驗編程帶來的樂趣，提高了利用計算思維解決問題的能力。

總之，基于計算思維培養的圖形化編程教學能夠吸引學生興趣，培養學生的計算思維，說明其具有適用性和可行性。將來要根據小學生的特點，以生活實際問題為出發點，系統地開發圖形化編程課程，并且開展實證研究，探究編程課程培養計算思維新的教學模式。

Selby C ， Woollard J . Computational thinking： the developing definition[C]// Special Interest Group on Computer Science Education. 2013.

謝忠新. 關于計算思維進入中小學信息技術教育的思考[J]. 中小學信息技術教育，2017（10）.

郭守超， 周睿， 鄧常梅等. 基于App Inventor和計算思維的信息技術課堂教學研究[J]. 中國電化教育，2014（3）： 91-96.