信息技術課堂發展學生計算思維能力的探索與實踐

羅榮

【摘要】信息技術高速發展的時代，特別是《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》發布以來，培養學生計算思維成為了發展學生核心素養必不可少的部分。如何對處于基礎階段的學生進行編程教學，激發學生的學習興趣，是信息技術課堂實施的關鍵內容之一。本文介紹了兩個“編程一小時”活動案例，為信息技術課堂中的編程教學提供參考，體現趣味活動在信息技術教學中的具體應用。研究結果發現，“編程一小時活動”能開闊學生眼界，普及計算機科學，提升學生的計算思維。

【關鍵詞】信息技術課堂;編程教學;計算思維

隨著大數據、人工智能等新興技術的迅猛發展，數字化成為現代教育技術的新形態之一。計算思維的重要性越來越突出，受到國家教育部門的廣泛關注。早在2017年，《新一代人工智能發展規劃》中指出 “在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學軟件、游戲的開發和推廣”，目的是通過編程類學科的學習促進學生計算思維的發展。《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》也明確把計算思維列為學科核心素養之一。計算思維是一種思維方式，為解決問題的過程提供一種全新的視角，不僅只運用于計算機領域。美國國際教育技術協會將計算思維定義為一種解決問題的過程，該過程包括明確問題、分析數據、抽象、設計算法、評估最優方案、遷移解決方法六個要素。

盡管計算思維有著變革性的意義，然而對于如何在教育教學過程中提升學生的計算思維能力，中小學信息技術教師依然處于探索階段。一是多數信息技術教師對計算思維的理解仍然停留在操作層面，缺少理論支撐教學;二是在實際教學中，教師缺少對培養學生計算思維的活動設計;三是部分編程學科的操作難度高，沒有恰當地利用編程平臺和工具開展教學，導致學生缺少學習熱情和學習積極性，學生計算思維難以得到真正提升。

“編程一小時”活動為有效解決計培養學生計算思維遇到的瓶頸提供了可能。變成一小時活動簡單易學，每個學生都能成為“小小編程家”。而且學習者能通過游戲來學習編程，有助于激發學生的學習積極性和學習熱情。

一、案例描述

“編程一小時”活動是一個全球性活動，英文為（The Hour of Code），縮寫為HOC。該活動已經在180多個國家和地區開展，數千萬學生參與了這項活動。任何人在任何地方，都可以組織此項活動，每次教學的時間為1小時左右，并且參與者不需要編程經驗，活動大多數是免費的。

“編程一小時”所提供的都是非常有趣的編程游戲。讓不同年齡階段的學生通過游戲來學習編程，發展計算思維。“編程一小時”讓大家通過喜聞樂見的游戲方式來快速了解和學習編程。以下是課堂教學過程中的的2個實例。

1.“編程一小時”活動之我的世界

本活動通過讓學生在游戲“我的世界”中，根據指令完成任務來理解編程思維，其中指令中包含順序執命令、條件判斷命令和循環命令，三種命令隨機組合，學生通過拖動鼠標移動對象來完成任務，如圖1、圖2。

我的世界網址（http：//mc.163.com/hourofcode/）為學生提供了3個學習編程的游戲，學習者可以根據自身情況選擇對應的難度關卡。在單擊“馬上體驗”按鈕后，可以打開“我的世界”游戲介紹頁面，學習者可根據需要觀看視頻或文字說明，隨后進入選擇角色的頁面，完成角色選擇后可單擊進入正式的游戲界面。

編程闖關的方式：在頁面上使用鼠標把“模塊”一欄中的命令積木拖動到頁面右邊的灰色區域中，再按照任務的文字說明搭配組合好，最后單擊頁面左邊黃色的“運行”按鈕，將會顯示結果。完成后，可以單擊“繼續”按鈕進入下一關。在游戲中，學生按照命令將積木拖動到指定的代碼區域里，這樣計算機會自動執行所有的命令。這些積木是事先準備好的，我們只需要按照每一關的要求進行組合即可。如單個的命令積木按照從上到下的組合就是順序執行，“如果前面有熔巖，執行……”就是條件判斷命令，“重復……次”就是循環命令。完成所有的關卡后，學生可以下載打印自己的電子證書，如圖3、圖4。

此活動要求學生在編程過程中有清晰的邏輯認識，通過依次執行命令來鍛煉學生的編程意識，發展計算思維。

2.“編程一小時”活動之點燈機器人

Lightbot——點燈機器人，是一款益智類的編程教育游戲，自問世以來就風靡世界。該游戲畫面精美，通過簡單的5個命令：前進、左轉、右轉、彈跳、點燈完成所有關卡，讓學生在玩耍中學會基本的編程思維。網址是https：//lightbot.com/hour-of-code.html，打開后選擇Online Flash（in-Browser），就可以進入游戲。

點燈機器人中包含了順序命令、循環命令、創建過程和調用過程。由以下三部分組成：（1）基礎部分（Basics）：由非常簡單的順序命令組成，在規定的步數內讓機器人點亮畫面上所有藍色方塊的燈，就算完成本關。（2）過程部分（Procedures）：引入了創建過程和調用過程的概念，難度超過基礎部分，學生可以根據畫面要求創建一個或兩個過程，并在主函數調用這一兩個過程點亮所有的藍色方塊的燈，不超過規定的步數，才算完成本關。（3）循環部分（Loops）：通過創建過程和調用過程，包括過程自己調用自己（即編程中遞歸函數的概念），點亮所有的藍色方塊的燈，不超過規定的步數，則過關。

同樣，完成了點燈機器人的全球編程一小時活動，同樣可以獲得相應的電子證書。

通過以上2個實例，我們了解了“編程一小時”活動是通過生動有趣、寓教于樂的形式，為學生提供了學習基礎計算機語言，發展計算機思維的機會。形式與內容都與學生的年齡和興趣點非常貼近，深受學生喜愛。這就像學生起初學習外語時，枯燥陌生的語法往往很難引起學生的學習興趣，而通過大量的聽說訓練來培養學生的語感往往可以事倍功半，我們學習編程發展計算思維也應該首先培養一種“編程感”，然后再進行系統地學習計算機語言語法，算法等相關知識。

二、結論和建議

利用互聯網高速發展的數字世界，信息技術給社會生活帶來越來越多的影響和改變，發展數字世界的核心素養就是計算思維。將“編程一小時”活動引入信息技術課堂，能豐富、改善信息技術課堂教學。

首先，“編程一小時”活動有利于學生更好地認識世界。“編程一小時”活動帶來豐富的信息化產品，并且使用物聯網、云技術、大數據將生活數字化，有助于學生在數字化時代開闊眼界。其次，“編程一小時”活動有利于培養學生的計算思維，并且指導日常決策，進而改變我們的日常生活，提高創新、改變世界的能力。最后，“編程一小時”有利于普及計算機科學，讓學生在一小時內學習到基本的編程知識。參與者可以使用可視化編程語言在游戲情景中體驗編程方法，發展計算思維。

計算思維是新時代每個學生必備的核心素養，學習編程，發展計算思維不是為了人人都成為程序員，而是為我們開啟新的思維方式。讓學生接觸并學習計算機語言，進而發展他們的創造性思維與抽象思維，并且培養獨立思考與解決問題的能力。

參考文獻：

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[2]王旭卿.面向三維目標的國外中小學計算思維培養與評價研究[J].電化教育研究，2014，35（7）：48-53.