基于計(jì)算思維培養(yǎng)的編程教學(xué)設(shè)計(jì)

劉笑文

摘要：計(jì)算思維涉及運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。 “在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。”中小學(xué)信息技術(shù)教材中的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)了由Logo語(yǔ)言到Scratch編程的變化，作為可視化編程工具，非常契合培養(yǎng)計(jì)算思維的課程設(shè)計(jì)理念，提高學(xué)生應(yīng)用能力，教學(xué)中倡導(dǎo)STEAM理念的項(xiàng)目式教學(xué)，在教學(xué)中可采用“情境導(dǎo)入——確定問題——自由搭建——調(diào)試修改——展示互評(píng)——拓展提升——總結(jié)反思”七步教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維 圖形化編程 教學(xué)模式

一、中小學(xué)編程教學(xué)現(xiàn)狀分析

在中小學(xué)編程教育總體處于初級(jí)發(fā)展階段，在教學(xué)教育中要注重理論與實(shí)踐并重，初期教學(xué)需要教師耐心講解編程的基礎(chǔ)模塊、分析邏輯結(jié)構(gòu)，不斷引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮想象創(chuàng)作腳本并多加實(shí)踐。現(xiàn)有信息技術(shù)學(xué)科課時(shí)量較少，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用編程思維解決實(shí)際問題的能力需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，想要利用這極少的課時(shí)達(dá)到以應(yīng)用為目的的教學(xué)效果，是非常困難的。編程教學(xué)的執(zhí)教教師也多處于初級(jí)學(xué)習(xí)階段，多依賴教材中實(shí)例，對(duì)于編程內(nèi)容深度拓展不夠，未能突出學(xué)生主體地位，沒有體現(xiàn)獨(dú)立思考能力與創(chuàng)新能力。

二、中小學(xué)編程教育的優(yōu)化策略

1.多形式促進(jìn)編程教育開展

針對(duì)中小學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的課時(shí)普遍偏少的情況，除了每周固定的編程課時(shí)外，教師還應(yīng)合理利用課外時(shí)間，讓學(xué)生在課余時(shí)間接觸編程，將編程融入學(xué)生的生活。

2.基于STEAM教育理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

STEAM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合、團(tuán)隊(duì)協(xié)作進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)，更注重過程體驗(yàn)及創(chuàng)新思想的激發(fā)。以創(chuàng)作作品、解決實(shí)際問題為目標(biāo)，組織學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)、借助多樣化資源合作探究學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體地位，教師根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，讓學(xué)生在項(xiàng)目中自主建構(gòu)知識(shí)體系。在中小學(xué)編程教育中創(chuàng)建項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組，為完成編程任務(wù)分工合作，首先要分析問題本身、輸出結(jié)果、需要的變量以及使用的邏輯結(jié)構(gòu)等問題，其次才是對(duì)程序的編寫和調(diào)試。在完成編程任務(wù)的過程中，遇到問題大家會(huì)有討論、爭(zhēng)執(zhí)，這能促使學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行理性的思考與分析，從而加強(qiáng)其合作學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

3.以設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力

設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)是以問題為核心，將項(xiàng)目設(shè)計(jì)與知識(shí)學(xué)習(xí)密切結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造力和個(gè)性化學(xué)習(xí)能力。設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式主要強(qiáng)調(diào)“發(fā)現(xiàn)問題—設(shè)計(jì)構(gòu)建”的循環(huán)過程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐。

在編程課堂中，可嘗試七步探索學(xué)習(xí)模式“情境導(dǎo)入——確定問題——自由搭建——調(diào)試修改——展示互評(píng)——拓展提升——總結(jié)反思”。

（一）教學(xué)目標(biāo)分析

知識(shí)與技能：理解全局變量與局部變量，能夠用“變量”、“運(yùn)算”積木表達(dá)自己想法創(chuàng)意的簡(jiǎn)單程序。

過程與方法：通過計(jì)算思維實(shí)踐探索變量的使用。深入理解變量的內(nèi)涵。

情感、態(tài)度與價(jià)值觀：養(yǎng)成清晰表達(dá)思想、大膽嘗試、知識(shí)融合、樂于交流分享的創(chuàng)客思維品質(zhì);建立計(jì)算思維意識(shí)。

重難點(diǎn)：

1.理解變量的用法。

2.通過數(shù)學(xué)建模模擬函數(shù)變化

（二）教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：情境導(dǎo)入

設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容相契合的教學(xué)情境，以及富有啟發(fā)性的語(yǔ)言有助于引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

由一次函數(shù)知識(shí)引入，激發(fā)學(xué)生用程序表現(xiàn)、模擬的創(chuàng)作欲望。

環(huán)節(jié)二：確定問題

往往是學(xué)生思維的起點(diǎn)，編程如同寫劇本，用特有的編程語(yǔ)言符號(hào)系統(tǒng)去表達(dá)自己的想法。引導(dǎo)學(xué)生用常用語(yǔ)言把要程序要表現(xiàn)的內(nèi)容表達(dá)出來，梳理思路，如確定“角色、舞臺(tái)、做什么、如何實(shí)現(xiàn)”，可利用表格、思維導(dǎo)圖、流程圖的方式完成。

利用思維導(dǎo)圖法，學(xué)生對(duì)自己將要進(jìn)行的任務(wù)有一人清晰的統(tǒng)籌安排，從而對(duì)不同的角色或舞臺(tái)進(jìn)行有的放矢的程序設(shè)計(jì)。對(duì)于初中生可以制作程序流程圖對(duì)不同情況進(jìn)行分析。

程序中需要建立三個(gè)角色，制作舞臺(tái)背景坐標(biāo)系，需要設(shè)置的變量數(shù)值6個(gè)，兩個(gè)點(diǎn)的A（x1，y1），B（x2，y2）坐標(biāo)值，k和b的值。

環(huán)節(jié)三：調(diào)試修改

編寫程序的過程中學(xué)生難免會(huì)遇到一些小的難，出現(xiàn)一些小的bug，這時(shí)可通過小組成員之間的相互找“臭蟲（bug）”的方法找出運(yùn)行程序的漏洞，二是可以通過查看參考程序，找出自己程序的不足之處，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)。

環(huán)節(jié)四：展示互評(píng)

當(dāng)學(xué)習(xí)者把自己習(xí)得的知識(shí)或技能講授給他人時(shí)，學(xué)習(xí)效率最高。該部分學(xué)生以演講答辯的形把對(duì)自己編寫的程序進(jìn)行展示，并且說明編寫程序時(shí)的想法和思路、遇到的困難及解決方法介紹給全班同學(xué)，在此過程中學(xué)生相互提問，思維進(jìn)行碰撞，對(duì)編程會(huì)有更進(jìn)一步的理解。

環(huán)節(jié)吳：拓展提升

根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的程序，提升程序?qū)崿F(xiàn)功能，以練習(xí)的形式讓學(xué)生進(jìn)行程序擴(kuò)展。

相信制作完這個(gè)程序，同學(xué)們對(duì)一次函數(shù)解析式的理解更深了，那么拋物線的方程式該如何求解呢？ 拋物線方程就是指拋物線的軌跡方程，是一種用方程來表示拋物線的方法。在幾何平面上可以根據(jù)拋物線的方程畫出拋物線。拋物線在合適的坐標(biāo)變換下，也可看成二次函數(shù)圖像。

環(huán)節(jié)七：總結(jié)反思

以教師為主導(dǎo)，對(duì)學(xué)生作品提出修改和優(yōu)化的建議，并對(duì)共性問題進(jìn)行集中講解答疑，鼓勵(lì)學(xué)生再次編寫程序，以期效果的最優(yōu)化。

中小學(xué)編程教育是教育信息化發(fā)展的必然產(chǎn)物，中小學(xué)編程教育有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、創(chuàng)新能力、專注力，是未來成長(zhǎng)道路中必備的一項(xiàng)技能。