新課標背景下兒童編程平臺中算法教學研究

顏鼎 江蘇省南京市鼓樓區教師發展中心

算法（Algorithm）是指解題方案的準確而完整的描述，是一系列解決問題的清晰指令，算法代表著用系統的方法描述解決問題的策略機制。信息科技學科作為一門以“解決問題”為學習目標之一的學科，具有鮮明的算法特征：關注學生的思維過程、過程架構與創新品質的培養。在新課標背景下，在課程實施過程中，如何有效培養學生的算法，是中小學信息科技學科教師關注的重點內容。

●編程與算法培養的關聯

適合兒童的編程平臺具有明確的任務主線，項目目標清晰，其作品可在短期內通過一定的程序達成。作為一種顯性的、具有算法思維特征的內容，編程平臺具有門檻低、模塊化、封裝化的特點。因此，筆者認為，信息科技教學的算法內容，可依托兒童編程課程實現，通過教師的合理引導，學生可以進行程序的編寫、作品的表達。借助編程平臺的設計，信息科技教師可以明確算法的基本設計路徑，以具體的內容載體，進行初期的教學設計嘗試。

●在編程模塊實施基于算法的培養模式

在課堂教學過程中，基于算法進行的教學設計具有鮮明的特征。本文以兒童編程課程為例，探索在信息科技學科中基于算法的設計模式。

1.序化模式：從任務導向到問題導向

新課標強調任務推進，在兒童編程課程的教學設計中，算法關注具有實際意義的問題，以問題求解的過程作為教學的導向，進而推動教學進程。在基于算法的教學設計中，教學課件、學件及作業形式等，都應圍繞算法的演進，進行針對性的教學設計。

（1）原設計。《編程軟件圖章》一課的教學重點為兒童編程平臺畫筆模塊中的“圖章”“清除”命令，涉及兒童編程平臺“畫筆”“外觀”“動作”等模塊的內容。在常規課的教學過程中，教師一般采用以下的流程進行教學：介紹“圖章”和“清除”命令；演示“圖章”程序的搭建方法；學生練習編寫“圖章”命令的程序。

（2）思考焦點。在此過程中，在教師沒有給予學習情境的情況下，學生為何要進行“圖章”的學習？學習“圖章”以后能做什么？哪些情況下需要使用“圖章”模塊？這些問題都未能進行有效的設問，因此學生對“圖章”的算法是缺乏心理預設的。在實際上課時，學生僅僅是在模仿教師的程序搭建過程，而并沒有進行有效的自我構建的過程。這樣的學習過程，是機械學習的技能模仿，缺乏必要的算法過程。

（3）改進型設計。在基于算法的“圖章”教學過程中，首先確定教學重點為“圖章”程序的自然語言表達。選擇從生活中提煉具有實際意義的活動為任務目標，將問題的解決作為推進教學過程的導向主線。在此基礎上，以問題的逐步解決來分層進行教學重點的學習，通過具體的活動載體來承載學習任務。

在“圖章繪百花”一課中，首先確定算法主線，進行與此相關的問題組件設計，層層推動任務行進路線，進而將認知內容得以具體化。

算法設問：教師展示只有一個花瓣的圖例，詢問學生，可否稱之為花朵？學生質疑，花瓣數量不夠→問題產生：如何能在較短時間內，形成一朵完整的花？→師生進入新授環節。

算法析問：一花一世界→解決花瓣的瞬間復制問題；五彩爛漫時→解決花朵的變色問題；動態花精彩→解決花朵的循環旋轉問題。

算法追問：導入不同角色的花朵，促發學生思考如何能讓這些花朵達到心儀的動作方式？→學生探索實現途徑→通過修改程序、嘗試程序積木的方式來進行任務的達成。

算法拷問：學生總結四個任務的實現過程，梳理出程序思考的過程，繪制出共性的流程圖，并結合今天的主題進行兒童編程平臺的功能鏈接，從而加深意義學習的過程。

在基于算法的教學設計過程中，學生帶著算法思維，進行有目的的任務推進活動。在導入部分，算法的實施目標明晰、合理，符合兒童認知規律；在解決問題部分，任務層層推進，推動學生不斷進行有關算法的思維過程，從四個顯性問題的解決中，潛移默化地學習了隱性的知識內容。

2.回溯模式：算法分解從任務拆解到認知疊加

算法分解是適應義務教育階段學情的要求，學生不僅能夠理解算法的過程，還能夠通過具體的實例對算法進行分解，明晰每一個部分的具體意義。通過回溯算法等方式，將任務進行逐步的拆解，再根據實際情況進行認知內容的疊加，從而形成明晰的結構主線。

（1）原設計。兒童編程平臺中“旋轉方式”模塊的學習是常見的內容，對應的是有關動作方式的算法內容。常見的設計方式是：教師演示工作對象的旋轉過程，指出實現旋轉的程序模塊，引導學生進行相關的練習。

（2）思考焦點。在常規的教學過程中，工作對象自身缺乏運動意義，算法與對象的旋轉只有技術關聯，缺乏意義關聯。在學生完成一個任務后，沒有對程序進行分解的路線支架，所以學習過程機械單調，難以深入。

（3）改進型設計。教師將“旋轉方式”作為一種角色運動的程序支架，讓實物的旋轉和程序同期出現，讓學生思考角色和程序之間的關聯。在完成了第一組“角色+程序”的組合之后，再出示另外的“角色+程序”組合，給學生充分的回溯思維的過程，以達到知識遷移的目的。

算法前置：從一個花瓣變成十個花瓣的腳本入手，分析腳本與動畫之間的關系。

算法研讀：一個花瓣是如何變成十個花瓣的，將猜測的結論通過程序來進行驗證，最終得出先“向左/右旋轉360/10度”，再將“復制”“粘貼”的過程“重復10次”后，可以得到十個花瓣的結論。此時，留下設問：“旋轉角度”和花瓣數量之間有怎樣的聯系？

算法鏈接：依據上面活動的結論，提出“數字與邏輯運算”中的關聯。課件中繼續出現四瓣花、五瓣花、七瓣花，讓學生對相應的腳本進行自然語言的表達。至此，突破本課中的教學難點：旋轉角度和花瓣數量之間的聯系。

在新課標背景下，在基于算法的教學設計過程中，教師將著力點從講解程序的編寫過程，改變為讓學生分析程序的組合原理。通過每個花瓣的旋轉角度的分析，學生可以理解到“數字和邏輯運算”模塊中的運算的自然意義。學生在對實物與腳本進行對應分析后，加深了對程序本身的理解，也鞏固了思維過程的嚴密性。

3.變量模式：從學習泛配到變量適配

新課標要求對算法實際問題求解，在解決問題的策略中，具有多途徑和一定的開放性，鼓勵學生能夠在合理的情況下，通過多種方式來解決實際問題。

（1）原設計。在《定義過程》一課中，常規的設計方式一般采用以下教學流程：教師演示一個正方形的繪制方式→講解如何用定義過程的方式繪制正方形→讓學生練習，如何通過定義過程的方法繪制正方形→教師演示如何通過“copy”與定義過程組合，繪制出較為復雜的圖形→學生進行拓展練習。在實際教學中，常常出現學生只會畫正方形組成的圖形，而無法遷移到其他圖形的情況。

（2）思考焦點。在本節課設計中，程序編寫教學難度跨度較大。教師在教學中，易采用較為保守的講授式教學模式。但是此教學過程突出的問題在于學生知其然，不知其所以然，導致學習過程模仿的痕跡明顯，沒有必要的遷移和拓展過程，導致缺乏個性化的作品呈現，不符合新課標的理念。

（3）改進型設計。在基于算法的教學設計中，注重從學習任務中提取出具有變量特性的元素，將其應用于學習過程，以此開展構建個性化的作品。

算法解析：從卡通兔導入，分析頭部是如何演變出耳朵的？（分析其組成，找出其中的變量）

算法體驗：在分析出圓形的組合規律后，進行基于圓形的圖形繪制，嘗試出多圓組合的形式。

算法指導：引導學生分析“利用定義好的基本圖形，可以畫出這樣的一組圖形嗎？”，從課件中讓學生分析組成復雜圖形的變量，再給學生思考的空間，由點及面，進行多層次的變量定義。

算法實踐：定義圓形→圓形組合；定義橢圓形→定義橢圓形組合。

算法再構：分析多定義命令的程序。

算法組建：定義兩個基本圖形→繪制正方形、三角形組合的復雜圖形，并進行自我喜好的作品加工。

算法迭代：引導學生在作品中找出共性的內容，反思自己的作品，進行更富有個性化的圖形繪制，繪制兔子的嘴巴、鼻子、領結等部位。

基于新課標算法的教學設計注重了變量引發的變式，及變式帶來的學生個性化的問題解決方案。在基于算法的“定義過程”的設計中，教師將更多的關注點放在了引導學生思考，讓編程軟件真正成為個性化的創作工具。

●總結與展望

基于新課標的算法教學設計，將學習過程進行了項目化的提升，實施中要關注以下幾點：第一，算法各要素的融合方式。算法過程之間是相互依存、相互促進的關系。如果只關注分析問題，而不進行必要的數值邏輯計算，那解決問題的途徑只能是紙上談兵，無法落地。第二，避免陷入過于復雜的算法之中。不可忽視問題框架的設計，要在合理合情的情境下進行，在同等條件下，尋求最佳的解決途徑、最佳性價比。第三，引導學生用信息科技學科思維全面認識和思考。算法是信息科技學科的靈魂，作為教師，要能夠積極地喚起學生多角度的遷移能力和拓展意識，避免封閉的、線性的認知習慣。