淺談圖形化編程中學(xué)生編程思維的培養(yǎng)

鄧堅

【摘要】由于信息化技術(shù)的發(fā)展越發(fā)快速，信息技術(shù)教育越來越被重視，近幾年來，隨著以圖形化編程的興起，普及編程教育也成了一種必然的趨勢，早在之前，日本、韓國以及歐美各國已經(jīng)將編程教學(xué)納入為小學(xué)的必修課。然而，編程教育的發(fā)展離不開編程思維的培養(yǎng)。筆者根據(jù)自身的教學(xué)經(jīng)驗，就如何培養(yǎng)學(xué)生的編程思維提出自己的建議。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)信息技術(shù);圖形化編程;編程思維

2000年，教育部發(fā)布了《在中小學(xué)普及信息技術(shù)教育的通知》和《中小學(xué)信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要》，此后，我國信息技術(shù)教育改革在基礎(chǔ)教育階段邁出了第一步。在接下來的十年中，中小學(xué)的信息技術(shù)教育將將繼續(xù)引起國內(nèi)學(xué)校和國際社會的大幅度范圍的關(guān)注，并將逐漸發(fā)展成為當(dāng)代我國基礎(chǔ)教育不可或缺的一部分。隨著圖形編程工具的出現(xiàn)，促進(jìn)編程教育的發(fā)展已成為我國中小學(xué)教育的重要選擇。2017年7月，國務(wù)院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展計劃》，倡導(dǎo)在基礎(chǔ)教育階段發(fā)展兒童程序教育。2018年，教育部發(fā)布《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年新版）》，提出信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)以信息意識、計算思維、數(shù)字學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任的四個核心要素組合而成。由此可見，在學(xué)校教育中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力尤為重要，而編程能力的培養(yǎng)將成為培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的良好切入點。2019年3月，教育部公布《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點》，明確提出在中小學(xué)教育中開設(shè)人工智能相關(guān)課程，逐步擴(kuò)大程序化教育發(fā)展。由此可見，隨著時代的變遷，編程越來越受到重視。特別是圖形編程平臺的出現(xiàn)，給中小學(xué)編程教學(xué)帶來了新的機(jī)遇。目前，兒童編程教育課程已進(jìn)入教學(xué)階段。少兒編程教育課程能有效地提高學(xué)生的創(chuàng)造力，使他們在實踐活動中愉快地學(xué)習(xí)。在這種學(xué)習(xí)氛圍中，學(xué)生的創(chuàng)新能力可以得到顯著提高。少兒編程教育對我國教育發(fā)展而言既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。

一、圖形化編程

圖形編程是一種新的編程模式。它不像以往的編程軟件，學(xué)生們不需要程序員來學(xué)習(xí)如何用C語言和Python等高級開發(fā)語言編寫文本代碼，他們也不需要通過敲打鍵盤來完成代碼的編寫。相反，他們可以通過一些圖形模塊使用簡單的文本編程。

圖形編程的基本形式主要是圖元模塊。圖形編程就是將一些傳統(tǒng)的圖形文本應(yīng)用程序代碼直接封裝起來到一個圖元編程模塊中。每個模塊都有自己的邏輯，并以控件的形式出現(xiàn)在圖形編程區(qū)域中。每個圖元模塊根據(jù)各自的功能可分為數(shù)據(jù)、變量、函數(shù)等類型。作為圖形程序的一部分，這些圖元模塊將執(zhí)行各自的功能。用戶僅僅需將一個圖元處理模塊與其它圖元模塊進(jìn)行簡單組合就好便可以輕松完成整個圖形處理程序的整體設(shè)計。它可以完成軟件游戲或硬件電路的設(shè)計，容易上手的入門操作以及生動美觀的界面不僅易于練習(xí)，而且適合各級用戶學(xué)習(xí)。

圖元模塊可以重復(fù)使用，即不同類型的圖元模塊可以同時存在于圖形編程區(qū)域中，并且它們之間沒有沖突。圖形編程軟件中有一個軟硬件模塊庫，其中包含各種類型的圖元模塊及其信息。信息結(jié)構(gòu)是一樣的，所以可以一起讀取出來。不同編程模塊之間的連接決定了程序操作的順序和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颉Ｓ脩艨梢酝ㄟ^操作原語模塊來設(shè)計程序。基本模塊的操作一般包括改變基本模塊的位置和設(shè)置參數(shù)。

圖形化編程具有門檻低、包容性強(qiáng)、易操作等優(yōu)點。在過去的十年里，它在各個領(lǐng)域都取得了很大的進(jìn)展。特別是在兒童教育領(lǐng)域，簡單快捷的圖形編程功能可以讓學(xué)生們快速理解，新穎美觀的操作界面可以讓學(xué)生們關(guān)注。這些都是傳統(tǒng)文本編程無法達(dá)到的效果。激發(fā)學(xué)生編程興趣后，學(xué)習(xí)復(fù)雜的編程知識就不會覺得難以應(yīng)付或無聊。總而言之，少兒圖形化編程不僅可以增加編程的樂趣，而且可以降低了學(xué)習(xí)的門檻和難度，教會學(xué)生“編程思維”。

編程思維可以說是學(xué)習(xí)兒童編程的一項核心技能。學(xué)習(xí)兒童編程的目的不是培養(yǎng)未來的“編程猿”和“攻城獅”，而是為了更好地培養(yǎng)少年兒童的編程程序邏輯思維能力和解決實際問題的邏輯思考能力，使得學(xué)生在發(fā)現(xiàn)和解決實際問題時都可以更全面、清晰地進(jìn)行思考，提高他們發(fā)現(xiàn)和解決實際問題的意識。那么，要如何才能培養(yǎng)學(xué)生的編程思維呢？

二、教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的編程思維

課堂教學(xué)是當(dāng)前基礎(chǔ)教育的主陣地。充分利用這一優(yōu)勢地位培養(yǎng)學(xué)生的程序性思維，具有參與面廣、持續(xù)時間長的優(yōu)點，有利于學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展。在小學(xué)活動中，大多數(shù)教師都是以課本為基礎(chǔ)，并滲透學(xué)生的內(nèi)容。教科書的質(zhì)量將直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果以及他們的思維方式。因此，在培養(yǎng)學(xué)生的程序思維能力的教學(xué)過程中，教師需要適當(dāng)優(yōu)化課堂內(nèi)容。

同時，我們也可以在學(xué)科教學(xué)中滲透編程理念。在學(xué)科教學(xué)中，特別是在數(shù)學(xué)教學(xué)中，編程的概念也能很好地滲透。數(shù)學(xué)與編程一樣，這也是一種典型的邏輯思維和理性思維，它需要教師在學(xué)習(xí)和日常生活中對學(xué)習(xí)者進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)毓ぷ鳌＿@兩門學(xué)科都是可以在遇到問題時，分析出一些問題因素之間的內(nèi)在聯(lián)系，然后尋找解決這些問題的途徑和方法。良好的邏輯性思維能夠避免心理因素對思考的影響，避免當(dāng)遇到問題的時候無法克服的困境。同時，計算機(jī)與數(shù)學(xué)學(xué)科的相容不僅僅表現(xiàn)在思維層面，在內(nèi)容方面也存在著諸多的相同，例如。在滲透變量概念時，我們可以用數(shù)學(xué)知識用字母來表示數(shù)字和方程;在理解坐標(biāo)數(shù)組時，我們可以用數(shù)字對來確定位置和比較;在培養(yǎng)辨別能力時，我們可以從找規(guī)律中進(jìn)行關(guān)聯(lián);關(guān)于問題解決和可能性（排列和組合）的知識是未來編程基礎(chǔ)實踐訓(xùn)練的邏輯基礎(chǔ)。在語文教學(xué)中，連接詞教學(xué)與敘事之間的因果關(guān)系是邏輯的，這與計算機(jī)語言的邏輯操作是一致的。

三、游戲活動中培養(yǎng)學(xué)生的編程思維

游戲教學(xué)是指運用游戲進(jìn)行教學(xué)的具體學(xué)習(xí)方法，也是教育游戲的理論支撐。快樂學(xué)習(xí)是游戲?qū)W習(xí)的基本概念，類似于古代的“寓教于樂”。

教學(xué)過程可以借助游戲開發(fā)來進(jìn)行，教師從學(xué)生感興趣的游戲開始著手，借助圖元模塊，讓學(xué)生利用圖形編程軟件分別或集體設(shè)計小游戲，激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)信息技術(shù)的興趣。通過設(shè)計不同的級別，讓學(xué)生在課程中對程序有更直觀的理解。豐富有趣的游戲教學(xué)方式能牢牢抓住課堂教室中每一位學(xué)生的注意力，使得學(xué)生在課堂實踐中能夠獲得更多的成就感。同時，運用游戲?qū)W習(xí)的理論指導(dǎo)課程教學(xué)實踐，以游戲為主要媒介鼓勵學(xué)生進(jìn)行交流、發(fā)現(xiàn)和反復(fù)的嘗試，可以充分激發(fā)學(xué)生對代碼編程的興趣，幫助學(xué)習(xí)者在課堂上實現(xiàn)快樂的學(xué)習(xí)，進(jìn)而充分享受到自己學(xué)習(xí)的樂趣，使枯燥的代碼編程學(xué)習(xí)豐富有趣。將游戲?qū)W習(xí)理論應(yīng)用于教學(xué)活動的實質(zhì)是充分發(fā)揮游戲的教育作用，避免以往學(xué)生對教學(xué)活動不感興趣的局面。學(xué)生在游戲中必須要積極地探索和正確理解游戲的規(guī)則，在這一過程中，培養(yǎng)學(xué)生歸納和分析的能力，提高了學(xué)生處理和解決實際問題的能力、創(chuàng)造性的思維能力和邏輯思考能力。有的游戲需要一定的知識和技巧，為了更好地保證這個游戲的順利進(jìn)行和開展，學(xué)生們在研究游戲的過程中會花費自己的時間和精力來共同發(fā)現(xiàn)和解決這些問題，培養(yǎng)自己的小組合作意識和能力。

四、利用思維導(dǎo)圖培養(yǎng)學(xué)生的編程思維

在我國大部分傳統(tǒng)中小學(xué)的信息技術(shù)課堂教學(xué)中，教師往往只是比較注重于學(xué)生的操作技巧。這就使得教師和學(xué)生更加重視其結(jié)果，卻完全忽略了“為什么要達(dá)到這個效果以及什么是原理”這一重要的問題，這常使知識與具體的邏輯思維相互脫節(jié)，成為“死知識”。在這種情況下，教師講些什么，學(xué)生們就會怎樣做，學(xué)生則缺少自己的開拓創(chuàng)新精神。因此，在進(jìn)行編程教學(xué)的過程中，甚至可以通過運用思維導(dǎo)圖清晰明確顯示“隱形”的思維流程和方法。從知識點角度來看，隨著探索性思維的深入，我們能夠逐步地在思維過程中形成直觀有序的地圖。

通過直觀的圖形和連接線的形式，學(xué)生不僅了解了編程問題的思維過程和子程序之間的具體關(guān)系，簡化了程序的算法和過程，而且更容易理解和接受。在實際的編程教學(xué)中，可以利用可視化學(xué)習(xí)工具幫助學(xué)生闡明編程思想，優(yōu)化解題思路和方法，對編程過程、數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行對比分析，從而簡化編程過程。在編程教育的課堂教學(xué)中，針對具體問題，編程可能需要使用跨學(xué)科、跨章和跨年級的知識。通過使用適當(dāng)?shù)乃季S導(dǎo)圖，可以將這些分散且相對獨立的知識點進(jìn)行清楚地關(guān)聯(lián)，從而幫助學(xué)生有效地提取各種信息，并使凌亂而豐富的知識內(nèi)容生動易記。

五、日常生活中培養(yǎng)學(xué)生的編程思維

學(xué)習(xí)的最終目的絕不只是簡單地掌握知識，而是為了運用到生活當(dāng)中。學(xué)習(xí)與生活是相輔相成的，離開了生活的學(xué)習(xí)就是無源之水、無本之木，無法運用到生活中的知識也只是一堆“死”的文字。因此，真正的知識應(yīng)該是來源于生活而回歸生活的。同理，學(xué)生編程思維的培養(yǎng)與日常生活也有著不可分割的關(guān)系。例如，學(xué)生可以在家里學(xué)習(xí)組織一些常見的事情，可以在整理物品和材料的過程中，逐漸學(xué)會思考物品的分類、組合、包裝和儲存。在這個過程中，我們要思考事物的特點，比較不同的事物，它們是相關(guān)的還是相互排斥的，這對思維訓(xùn)練也有很大的幫助。

六、結(jié)語

隨著編程教學(xué)越來越被重視，編程工具種類繁多，知識更新速度非常快。教師不僅必須在有限的時間里傳授給學(xué)生一些知識，而且還需要傳授給學(xué)生一些掌握知識點的技巧，并且需要培養(yǎng)他們的思考能力和處理問題的意識。它可以有效地協(xié)調(diào)和幫助學(xué)生分析思考問題，說出解決這個問題的方法和思路，并在整體的邏輯規(guī)劃中訓(xùn)練和培養(yǎng)他們的思考能力。

責(zé)任編輯? 胡春華