圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計算思維的培養(yǎng)

曹一璇

作為一個解決問題的思維過程，計算思維是運用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計及人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動[1]。小學(xué)生群體是祖國的未來，是提升我國國際綜合競爭實力的未來中堅力量。強(qiáng)化對小學(xué)生計算思維能力的訓(xùn)練，可以在很大程度上提升學(xué)生的信息技術(shù)知識與技能，能夠促進(jìn)學(xué)生跨學(xué)科思維能力的培養(yǎng)。目前在小學(xué)階段展開的圖形化編程教育，可以為小學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)創(chuàng)造有利條件[2]。

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，小學(xué)編程教育所使用的編程工具不再是以文本為主的傳統(tǒng)形式，而是以模塊、積木堆疊為主的圖形編程形式。這種圖形化的編程軟件，以學(xué)生具象思維為支撐，有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，更有助于學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)。

一、應(yīng)用圖形化編程培養(yǎng)小學(xué)生計算思維的優(yōu)勢

目前，各個學(xué)校所使用的圖形化編程軟件種類豐富、功能多樣。以菠蘿編程平臺為例，它是一款開放的在線編程學(xué)習(xí)網(wǎng)站，具有簡單的使用環(huán)境，登錄即可免費使用，這樣可以有效節(jié)省軟件安裝需消耗的時間成本。從學(xué)生的角度來講，一部智能手機(jī)或一臺電腦就可以輔助其登錄網(wǎng)站，而后開啟編程課程的學(xué)習(xí)。與此同時，學(xué)生登錄該編程網(wǎng)站后，可以查看其他學(xué)生上傳的優(yōu)秀作品，并針對該作品與其他共享者交流意見，從而使彼此的創(chuàng)作積極性得到大幅度提升。

菠蘿編程的界面主要包括舞臺區(qū)、角色背景區(qū)、程序命令區(qū)和腳本區(qū)四部分。舞臺區(qū)主要用于展示程序效果，學(xué)生可以自主瀏覽創(chuàng)作的動畫效果；在角色背景區(qū)，學(xué)生可以將所添加的角色和背景一覽無余；程序命令區(qū)包括八大模塊，即聲音、變量、運算、外觀、探測、畫筆、控制、運動；腳本區(qū)是學(xué)生拖拽程序命令區(qū)中的命令并進(jìn)行使用的區(qū)域，同時可以設(shè)置某些命令的參數(shù)。

通過圖形化編程培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，具有三方面優(yōu)勢。

其一，以圖形化編程完成作品的創(chuàng)作，有助于學(xué)生綜合運用算法思維、分解思維和抽象思維。學(xué)生在運用圖形化編程創(chuàng)作作品時，需要充分考慮該編程中的哪些功能模塊能夠作用于該作品的創(chuàng)作，以及如何合理搭配這些功能模塊以呈現(xiàn)預(yù)期的效果。同時，當(dāng)一次呈現(xiàn)效果不理想時，還需要進(jìn)行測試與調(diào)整，直到創(chuàng)作出滿意的作品。從本質(zhì)上來講，這個過程就是學(xué)生多重思維共同作用的結(jié)果，所以能夠在培養(yǎng)與提升學(xué)生計算思維能力方面發(fā)揮重要作用。

其二，以圖形化編程完成作品的創(chuàng)作，可以有效降低對學(xué)生編程學(xué)習(xí)的要求。以往的編程平臺所采用的界面主要表現(xiàn)為文本代碼，而圖形化編程的界面表現(xiàn)為圖形，這就意味著，學(xué)生在利用圖形化編程創(chuàng)作作品時，不需要再去記憶復(fù)雜的計算機(jī)語言，不需要理解難度較大的代碼，只需要簡單疊加不同的圖形模塊，就可以設(shè)計相應(yīng)的程序或創(chuàng)作出理想化的作品。由此可見，圖形化編程軟件大大降低了對學(xué)生學(xué)習(xí)編程的要求，從而有助于學(xué)生學(xué)習(xí)圖形化編程積極性的提高以及小學(xué)階段學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)。

其三，以圖形化編程創(chuàng)作作品，學(xué)生的創(chuàng)作自主性可以得到進(jìn)一步凸顯。圖形化編程網(wǎng)站平臺對所有學(xué)生開放編程作品上傳、共享權(quán)限，學(xué)生們可以對不同的作品發(fā)表意見、交流思想，從而吸取其他人作品中的精華和創(chuàng)意，以改進(jìn)和完善自身的作品創(chuàng)作。這就意味著，學(xué)生的編程作品創(chuàng)作自主性可以得到進(jìn)一步凸顯，學(xué)生的創(chuàng)新思維、社交能力等都可以得到顯著提高。

二、圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計算思維培養(yǎng)的途徑

以圖形化編程工具的基本特征和小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀、小學(xué)生計算思維培養(yǎng)現(xiàn)狀為基本出發(fā)點，在充分發(fā)揮圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計算思維培養(yǎng)方面的作用時，可首先構(gòu)建教學(xué)模型（見圖1）。

圖1 圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計算思維培養(yǎng)的教學(xué)模型

以圖1 教學(xué)模型為依據(jù)，有機(jī)融合圖形化編程與小學(xué)生計算思維培養(yǎng)，可以從五個維度進(jìn)行策略的探究。

（一）創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的探索積極性

小學(xué)是學(xué)生學(xué)習(xí)生涯的基礎(chǔ)階段，處于小學(xué)階段的學(xué)生，特別是小學(xué)低年級學(xué)生，在學(xué)習(xí)編程時，很難進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，而造成這種現(xiàn)象的原因在于學(xué)生生活經(jīng)驗、知識儲備和學(xué)習(xí)能力的不足。因而，以圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，其中一個重要路徑就在于搭建一個貼近小學(xué)生生活體驗和學(xué)習(xí)體驗的情境。同時，要確保該情境能夠調(diào)動學(xué)生的已有知識，能夠為學(xué)生的想象預(yù)留充足的思考空間和強(qiáng)有力的支點[3]。只有將生活真實情境融入圖形化編程教學(xué)中，才能有效緩解小學(xué)生的陌生感和抵觸心理，才能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索動力。

以圖形化編程軟件的界面教學(xué)為例，可以將小學(xué)生日常生活中玩搭積木游戲的經(jīng)驗滲透到認(rèn)識與操作控件，以及搭建腳本的教學(xué)中。這樣就可以幫助學(xué)生建立所學(xué)新知識與已有認(rèn)知之間的聯(lián)系，從而幫助學(xué)生進(jìn)一步拓展認(rèn)知，豐富經(jīng)驗與能力，并實現(xiàn)計算思維能力的遷移與轉(zhuǎn)化。

（二）設(shè)置分層目標(biāo)，尊重學(xué)生個體差異性

在教學(xué)活動中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)始終居于主體地位。在以往的信息技術(shù)教學(xué)活動中，由于教師在生活經(jīng)驗、知識儲備、理解與應(yīng)用能力等各方面具有明顯的優(yōu)勢，所以教師的作用與地位更明顯。這種情況所導(dǎo)致的直接后果就是學(xué)生學(xué)習(xí)熱情低下，學(xué)習(xí)能動性與創(chuàng)造性因長期被壓制而無法助力教學(xué)效果的提升，更與素質(zhì)教育所強(qiáng)調(diào)的以生為本的教學(xué)理念相違背。

因而，以圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，需要特別注意的一點在于統(tǒng)籌兼顧不同學(xué)生在學(xué)習(xí)能力、實踐能力等各方面的差異，以最大限度滿足學(xué)生在圖形化編程學(xué)習(xí)過程中的真實學(xué)習(xí)需求。在教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計上遵循分層理念，即按照難易程度和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，將教學(xué)目標(biāo)劃分為入門、進(jìn)階、提高三個等級。這樣既可兼顧學(xué)生的個性差異，又可使所有學(xué)生擁有充足的動手實踐空間。同時，在綜合運用所學(xué)知識和現(xiàn)有認(rèn)知進(jìn)行圖形化編程學(xué)習(xí)時，教學(xué)目標(biāo)對于不同學(xué)情的學(xué)生也具備可操作性。

（三）設(shè)計系統(tǒng)內(nèi)容，構(gòu)建一體化知識體系

在以往的小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)中，很多學(xué)生在用編程語言解答問題時，往往無法準(zhǔn)確建立起已學(xué)知識與新學(xué)知識的前后聯(lián)系，程序語句的呈現(xiàn)往往帶有明顯的碎片化特征，而學(xué)生所接收到的知識信息只能在頭腦中以碎片狀態(tài)存儲，形成短時記憶，從而加重學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力。基于此，在設(shè)計教學(xué)內(nèi)容時，要以教學(xué)目標(biāo)為核心，遵循結(jié)構(gòu)性、系統(tǒng)化的設(shè)計原則，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行類型劃分，關(guān)聯(lián)圖形化編程工具中的對應(yīng)模塊，從而確保學(xué)生能夠接收到有序的知識，并內(nèi)化為自己的認(rèn)知，在進(jìn)一步完善學(xué)生自身知識體系的同時，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考、自主探究，有效激活與運用信息技術(shù)知識。

（四）創(chuàng)新教學(xué)模式，強(qiáng)化實用性操作能力

程序基礎(chǔ)、算法思維、語法知識是開展圖形化編程課程教學(xué)的基礎(chǔ)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，并使學(xué)生的問題解決能力逐漸向計算思維能力過渡。因而，在圖形化編程教學(xué)模式的創(chuàng)新方面，應(yīng)當(dāng)注重微項目作品與編程知識和編程技能的融合，從而促進(jìn)學(xué)生對編程模塊功能應(yīng)用與問題解決過程的探索，進(jìn)一步強(qiáng)化小學(xué)生的實用性操作能力和計算思維能力。

具體來講，由于小學(xué)信息技術(shù)課程對于思維能力不足的小學(xué)生而言是一門陌生的學(xué)科，小學(xué)生對圖形化編程中的功能模塊和語言內(nèi)涵的理解和應(yīng)用就會顯得尤其吃力，為此，教師必須以提高學(xué)生的邏輯思維發(fā)展水平為目的，為學(xué)生處理疑難問題提供系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)支架。首先是認(rèn)知支撐的構(gòu)建，也就是在對圖形化編程中所涉及的模塊、語言知識點等進(jìn)行教學(xué)時，用算法思維的有關(guān)概念加以闡述，讓學(xué)生可以深刻地掌握圖形化編程不同模塊功能的使用方法，在豐富編程程序知識結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的同時，進(jìn)一步提升學(xué)習(xí)效果。其次是思維支架的搭建，以腳本的搭建為例，在腳本搭建過程中，學(xué)生不可避免地會遇到各種問題，而為了引導(dǎo)學(xué)生自主解決問題，同時提升學(xué)生邏輯思維能力，教師可以和學(xué)生一起進(jìn)行項目分析，并將討論結(jié)果和腳本搭建建議以程序思維流程圖或算法思維導(dǎo)圖的形式進(jìn)行展示，以此搭建思維支架，推動學(xué)生獨立完成編程項目和自身思維認(rèn)知的建立。

除此之外，在設(shè)計項目活動時，教師要遵循一定的思維邏輯對編程創(chuàng)作中的項目模塊進(jìn)行細(xì)化。一是分解。分解的主要對象為活動總目標(biāo)，分解的主要目的在于激發(fā)學(xué)生探究問題的積極性和能動性。因此，可以將總目標(biāo)分解為若干相互關(guān)聯(lián)的子目標(biāo)，以確保各模塊有明確的任務(wù)。二是模式識別。模式識別的過程是引導(dǎo)學(xué)生探究問題解決最優(yōu)途徑的過程，是在子目標(biāo)的指引下，使目標(biāo)問題向具體的問題解決流程圖轉(zhuǎn)化，以明確問題解決的思維邏輯。三是抽象與計算思維鍛煉。這一環(huán)節(jié)是學(xué)習(xí)者充分調(diào)動自身的計算思維，以編程模塊呈現(xiàn)流程圖的各個環(huán)節(jié)，并完成腳本搭建的過程。學(xué)習(xí)者在反復(fù)運行、調(diào)試、完善程序的過程中，也會加深對模塊功能使用的理解。

（五）完善評價體系，提升教學(xué)監(jiān)督動態(tài)性

教學(xué)評價是教學(xué)活動的重要內(nèi)容，是教師對教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容等進(jìn)行優(yōu)化時所需客觀數(shù)據(jù)的重要來源，同時也是長效維系學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有效調(diào)動學(xué)生自主思維的重要活動。在基于小學(xué)生計算思維培養(yǎng)的圖形化編程教學(xué)評價環(huán)節(jié)，為了保證教學(xué)評價能夠促進(jìn)學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，應(yīng)當(dāng)遵循動態(tài)觀察、多元評價的基本原則，既要評價學(xué)生圖形化編程學(xué)習(xí)過程，又要評價學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)與教學(xué)目標(biāo)之間的達(dá)成率和相對差距，從而綜合評價學(xué)生計算思維能力的發(fā)展情況。具體來講，應(yīng)當(dāng)注意三方面內(nèi)容：首先，評價學(xué)生的完整學(xué)習(xí)過程，應(yīng)當(dāng)注意對四個維度內(nèi)容的觀察，即是否積極參與課堂互動，是否獨立思考和自主探究，是否與其他同學(xué)相互配合，是否將個人的創(chuàng)新意識融入以圖形式編程工具為基礎(chǔ)進(jìn)行的作品創(chuàng)作過程中；其次，在評價方式上，以教師單向評價學(xué)生為基礎(chǔ)，綜合學(xué)生的自我評估與反思，針對那些以小組形式展開的編程活動，還應(yīng)增加組內(nèi)評價，以有效避免教學(xué)評價陷入主觀臆斷中；最后，在對學(xué)生上傳的編程作品進(jìn)行評價時，可以借助Dr.Scratch 工具對作品的代碼或功能進(jìn)行客觀評估，從而分析出學(xué)生計算思維能力的發(fā)展情況。特別要注意的一點在于，除了要評價學(xué)生作品質(zhì)量的好壞外，還要將其與過程性評價相結(jié)合，以保護(hù)學(xué)生的自尊心和學(xué)習(xí)自信心。

總之，在素質(zhì)教育背景下，培養(yǎng)小學(xué)生的信息素養(yǎng)成為小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的核心與靈魂所在。而計算思維作為其中的重要組成部分，既是人類社會發(fā)展的重要思維方式，又是數(shù)字信息時代小學(xué)生更好地適應(yīng)社會生活的必備素養(yǎng)之一。以圖形化編程促進(jìn)小學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，既符合課程改革的要求，又可以提升學(xué)生對問題的分析和解決能力。針對現(xiàn)階段編程教學(xué)中的機(jī)械化記憶和訓(xùn)練方法，以及課程學(xué)習(xí)欠缺系統(tǒng)化和關(guān)聯(lián)性等情況，教師要立足圖形化編程教學(xué)的基本特征和學(xué)生的個體差異，設(shè)計具體的項目，為學(xué)生的理解和思維表達(dá)提供一個開放的訓(xùn)練平臺，從而充分發(fā)揮圖形化編程在促進(jìn)小學(xué)生計算思維培養(yǎng)方面的重要作用。