基于計(jì)算思維構(gòu)建編程校本課程體系

◇朱程璇（江蘇：南京曉莊學(xué)院實(shí)驗(yàn)小學(xué)）

世界各國將編程能力的培養(yǎng)落實(shí)到國家政策中，根據(jù)青少年不同學(xué)習(xí)階段制定相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并將編程教育充分融入校內(nèi)課程。我國部分省市的中小學(xué)雖然已開設(shè)編程必修課，但是都處在探索階段，課程體系并不完善。本文針對當(dāng)前適合小學(xué)生的編程語言進(jìn)行分析，并根據(jù)小學(xué)各學(xué)段學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，總結(jié)出一套相對完善的編程校本課程體系，嘗試給后來者提供幫助，希望他們能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新和提升。

一、核心概念界定

（一）計(jì)算思維的概念

計(jì)算思維最早由周以真教授在2006年提出，計(jì)算思維是指應(yīng)用與計(jì)算基本原理相關(guān)的理念來解決問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)、理解人類行為的一種思維方式。計(jì)算思維是人類的思維方式，建立在計(jì)算過程的能力和限制之上，是每一個(gè)人的基本技能，而不僅僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家。

2016年《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》明確提出，計(jì)算思維是指“個(gè)體在運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動”。

（二）校本課程體系

校本課程是與國家課程、地方課程相互補(bǔ)充、相互協(xié)調(diào)，以教師為主體，結(jié)合學(xué)校辦學(xué)理念，充分利用社區(qū)和學(xué)校的課程資源開發(fā)的課程。校本課程體系則是尋求國家、地方、校本三級課程在課程目標(biāo)、內(nèi)容、資源等方面的共通點(diǎn)，使其像立交橋一樣形成層級化的發(fā)展態(tài)勢，實(shí)現(xiàn)課程的貫通與融合。

二、構(gòu)建基于計(jì)算思維的編程校本課程體系

我們根據(jù)小學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律、身心發(fā)展?fàn)顩r以及各項(xiàng)能力水平，針對編程教育的特點(diǎn)與小學(xué)生編程思維能力培養(yǎng)的過程，結(jié)合學(xué)校“整合教育”理念中培養(yǎng)“智慧”的小學(xué)生這項(xiàng)要求，對照不同學(xué)段將編程校本課程劃分為五個(gè)階段。二到五年級主要利用學(xué)校開設(shè)的每周一次的選學(xué)課程進(jìn)行教學(xué)，六年級由于學(xué)校缺乏機(jī)器人及物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)設(shè)備，所以摒棄信息技術(shù)教材，以Python 為主要教學(xué)內(nèi)容，利用信息課進(jìn)行教學(xué)。如表1所示。

表1.基于計(jì)算思維的編程校本課程體系

（一）低年級開設(shè)以Scratch Jr 為主的編程課程

Scratch Jr 是一款基于平板電腦的編程語言，可以用于編程教學(xué)的啟蒙。學(xué)生只需要通過拖拽圖形化的編程模塊，就可以創(chuàng)造出互動故事和游戲。

Scratch Jr 上用圖標(biāo)的形式表示事件、運(yùn)動、外觀、控制等編程模塊，讓低年級的學(xué)生更加容易理解積木塊的作用。學(xué)生搭建積木完成作品的過程中能夠體會和感知到順序、選擇和循環(huán)三種基本的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，形成對算法的初步認(rèn)識。

第一階段（Level1）通過Scratch Jr的學(xué)習(xí)，了解簡單編程概念，熟悉Scratch Jr 界面基本操作；培養(yǎng)邏輯思維能力，理解程序設(shè)計(jì)機(jī)制，培養(yǎng)創(chuàng)造力，可以為后續(xù)Scratch 的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

（二）中年級開設(shè)以Scratch 為主的編程課程

Scratch 是美國麻省理工學(xué)院面向青少年開發(fā)的一款圖形化編程軟件，與Scratch Jr 相比，它將指令模塊擴(kuò)充為動作、聲音、外觀、控制、畫筆、偵測、數(shù)字與邏輯運(yùn)算、變量八大類。每個(gè)大類下面又包含若干小的指令塊，并輔以適當(dāng)?shù)奈淖终f明，學(xué)生只要根據(jù)指令塊的文字就可以明白該指令塊的作用。

第二階段（Level2）學(xué)會使用Scratch 進(jìn)行順序、判斷、循環(huán)等程序編寫，了解不同模塊的使用，完成稍復(fù)雜的項(xiàng)目，初步鍛煉學(xué)生編程、邏輯及空間思維能力。

第三階段（Level3）熟練掌握Scratch，了解復(fù)雜設(shè)計(jì)，了解簡單算法原理和實(shí)現(xiàn)方法，能夠?qū)?shí)際問題抽象成數(shù)學(xué)模型，能發(fā)揮自己獨(dú)特的想象力和創(chuàng)造力，獨(dú)立設(shè)計(jì)出精彩紛呈的小游戲或情節(jié)豐富的小故事，從而大幅提升思維能力、設(shè)計(jì)能力和溝通表達(dá)等各方面的綜合素養(yǎng)。

（三）高年級開設(shè)以Python 為主的編程課程

Python 編程語言相對于C++、Java等其他編程有著“優(yōu)雅、明確、簡單”的特點(diǎn)，與自然語言很接近，小學(xué)生能夠容易理解和編寫Python 語言相關(guān)程序。同時(shí)，Python 提供了極為豐富的第三方模塊，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)Python 的基礎(chǔ)語法后，可以立刻利用它來解決實(shí)際的生活問題。

第四階段（Level4）熟悉Python 語言基礎(chǔ)語法知識，適應(yīng)從圖形化編程到代碼編程的轉(zhuǎn)變。可以讓學(xué)生利用Py‐thon 語言來實(shí)現(xiàn)以前Scratch 做過的例子，完成自然過渡，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生思維轉(zhuǎn)化能力。

第五階段（Level5）掌握Python 基本數(shù)據(jù)類型、語句結(jié)構(gòu)和函數(shù)的使用；對實(shí)際問題可以抽象出數(shù)學(xué)模型并解決，逐漸形成利用編程解決實(shí)際問題的意識。

三、基于計(jì)算思維的編程校本課程的教學(xué)策略

（一）基于學(xué)科融合的教學(xué)策略

我們可以將編程教學(xué)與音樂學(xué)科融合，利用Scratch 的“播放聲音”模塊，來給我們做的游戲或者故事加上適當(dāng)?shù)囊粜В蛊涓由鷦樱焕谩奥曇簟蹦K的“彈奏音符”控件修改音高和節(jié)拍時(shí)長，進(jìn)行樂曲的腳本編寫，彈奏出學(xué)生耳熟能詳?shù)母枨纭秲芍焕匣ⅰ贰缎⌒切恰返龋粚σ魳匪捷^高的學(xué)生，甚至可以再結(jié)合“設(shè)定樂器”模塊，改變音色，進(jìn)行多人合奏或者實(shí)現(xiàn)個(gè)人編曲。

我們也可以將編程教學(xué)與美術(shù)學(xué)科融合，利用Scratch“畫筆”模塊或者Py‐thon 語言中的turtle 海龜庫，讓學(xué)生畫一些簡單圖形或者設(shè)計(jì)個(gè)性化的圖案。比如我們可以改變畫筆的顏色和半圓的半徑，繪制出彩虹；利用隨機(jī)數(shù)、圖章等控件繪制出漫天煙花；利用定義變量結(jié)合遞歸的方法繪制出雪花；等等。

我們還可以將編程教學(xué)與數(shù)學(xué)學(xué)科融合，利用Scratch 的“變量”和“數(shù)字與邏輯運(yùn)算”，結(jié)合四年級數(shù)學(xué)《認(rèn)識多位數(shù)》，利用編程實(shí)現(xiàn)從個(gè)位開始依次輸出一個(gè)多位數(shù)的每一位數(shù)字；結(jié)合五年級的《倍數(shù)與因數(shù)》，利用編程尋找一個(gè)數(shù)的全部因數(shù)；結(jié)合六年級的《解決問題的策略——假設(shè)》中的雞兔同籠問題，利用編程來求解雞和兔的數(shù)量；等等。

（二）基于游戲化理念的教學(xué)策略

游戲化是使用游戲機(jī)制和游戲化體驗(yàn)設(shè)計(jì)，數(shù)字化地鼓勵(lì)和激勵(lì)人們實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)。游戲化教學(xué)策略主要有兩種形式，第一種是將計(jì)算思維的內(nèi)容理念等融入游戲，利用小學(xué)生天生愛玩游戲的特質(zhì)，把所要講授的知識點(diǎn)融入游戲關(guān)卡，學(xué)生掌握了相關(guān)知識即可過關(guān)。大量有趣的關(guān)卡，讓學(xué)生對語言的應(yīng)用有一個(gè)比較直觀的認(rèn)識。第二種是從學(xué)生常玩的經(jīng)典小游戲入手，例如打地鼠、飛機(jī)大戰(zhàn)、貪吃蛇、植物大戰(zhàn)僵尸等等，把知識點(diǎn)融入游戲設(shè)計(jì)，將學(xué)生從游戲玩家轉(zhuǎn)變?yōu)橛螒蛟O(shè)計(jì)者，讓學(xué)生在游戲設(shè)計(jì)過程中提升計(jì)算思維。

（三）基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)理念的教學(xué)策略

以項(xiàng)目（問題）為導(dǎo)向的教學(xué)方法（problem based learning，PBL）包含提出問題、規(guī)劃方案、解決問題、評價(jià)和反思五個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在課堂上，教師引導(dǎo)學(xué)生思考如何根據(jù)實(shí)際問題，完成程序的編寫，鼓勵(lì)學(xué)生用不同的方法表達(dá)自己的觀念，與其他同學(xué)進(jìn)行交流合作；同時(shí)，教師作為監(jiān)督者，控制學(xué)生討論的范圍及時(shí)間，防止學(xué)生偏離主題。學(xué)生在交流過程中發(fā)現(xiàn)別人作品的閃光點(diǎn)，與他人發(fā)生思維碰撞，再繼續(xù)完善自己的作品，讓作品呈現(xiàn)出更多創(chuàng)意，從而培養(yǎng)他們團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新思考的能力。學(xué)生在不斷調(diào)試程序、尋找和解決bug的過程中，也提升了發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、反思問題的能力，在此基礎(chǔ)上逐步地培養(yǎng)出計(jì)算思維。

（四）基于可視化理念的教學(xué)策略

思維導(dǎo)圖和流程圖是編程教學(xué)中普遍使用的可視化編程工具。在學(xué)習(xí)編程的過程中，學(xué)生根據(jù)教師設(shè)計(jì)的情境，思考解決問題的方案；教師利用流程圖將思考的過程記錄下來，并理順邏輯關(guān)系，學(xué)生基于流程圖完成基礎(chǔ)編程。這是教師通過思維導(dǎo)圖引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，讓學(xué)生在已完成的作品上進(jìn)行改編，對作品進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)造活動。可視化技術(shù)對計(jì)算思維培養(yǎng)方式基本遵循了“隱性思維顯性化—顯性思維工具化—高效思維自動化”的規(guī)律。

四、基于計(jì)算思維的編程校本課程的教學(xué)評價(jià)

（一）課堂評價(jià)

學(xué)生在組內(nèi)展示并講解作品，聽取教師和其他同學(xué)的建議，得到反饋后繼續(xù)改進(jìn)作品，以小組為單位進(jìn)行成果的展示和交流。教師通過觀察記錄，從小組分工合理性、合作機(jī)制的完善、交互協(xié)作的深度、成員參與的積極性等方面進(jìn)行考量。

（二）等級考試

通過一學(xué)年的學(xué)習(xí)，教師結(jié)合學(xué)校要求的校本課程考級制度，對學(xué)生個(gè)人的自主學(xué)習(xí)能力和知識技能水平進(jìn)行客觀的評價(jià)。以此激勵(lì)學(xué)生在鞏固課堂知識的基礎(chǔ)上，通過自我學(xué)習(xí)和自我提升來挑戰(zhàn)自我，從而學(xué)到更多的知識技能，取得更高的榮譽(yù)等級。

（三）作品競賽

我們組織學(xué)生參加教育主管部門以及社會團(tuán)體每年定期舉辦的相應(yīng)的比賽，學(xué)生參加比賽，可以了解學(xué)習(xí)效果，還可以獲得獎(jiǎng)勵(lì)證書，對未來的繼續(xù)學(xué)習(xí)益處良多。

我們通過對編程校本課程體系、課程教學(xué)策略和評價(jià)方式等方面的梳理發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)編程不僅有利于學(xué)生對學(xué)科知識的理解提高，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。未來社會是人類與機(jī)器高度融合共存的社會，懂得機(jī)器語言和運(yùn)行模式的人，將占得先機(jī)。因此，編程教育是新時(shí)代基礎(chǔ)教育的必修課，也是保障青少年未來成功的基石。校本課程的開發(fā)與實(shí)施是一個(gè)開放動態(tài)的過程，越來越多的學(xué)校在開設(shè)校本課程，編程校本課程體系化可使后來者站在已有課程的基礎(chǔ)上創(chuàng)新提升，不僅能避免教師的重復(fù)勞動，也有助于課程質(zhì)量的保障和提升。