拋錨·識別·轉化：計算思維視域下的兒童數字繪畫教學

周旭初

摘要：在《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》深入實施的背景下，本文試圖尋找數字繪畫教學與計算思維培養的契合點，從兒童立場設計項目主題，用大概念統攝概念學習，以大單元設計項目活動，運用拋錨、識別、轉化等教學策略讓計算思維在數字繪畫項目化學習中落地生根。

關鍵詞：計算思維；數字繪畫；項目化學習；教學策略

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）14-0028-04

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）頒布后，核心素養的內涵及培育策略成了學科教學的研究熱點，計算思維板塊尤為凸顯。提到計算思維，大部分教師想到的往往是算法與編程；說到數字繪畫，關聯的大致是信息處理，很少有人會把數字繪畫和計算思維相結合。那么，如何在經典的數字繪畫領域綻放“計算思維之花”，讓低段信息科技教學不忘經典又不失學科內涵的生發？筆者在課程理解、教材處理和教學策略創新上對此進行了探索。

兒童數字繪畫教學中的挑戰與內涵探究

1.真實問題的解決需要計算思維的支撐

計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在問題解決過程中涉及的分解、抽象、建模、算法構建等思維活動。計算思維的根本特征是對求解問題的抽象和實現問題處理的自動化。當兒童掌握了計算思維，就會用學科的思維方式去思考和處理問題，通過分解與模式識別，從中探索出以計算的方式實現問題解決的有效方法。

2.傳統數字繪畫模塊中的計算思維有待凸顯

數字繪畫對于兒童而言，有著形象化和可視化的“魅力”。低段數字繪畫活動，常以系統自帶的“畫圖”軟件為工具，其軟件界面簡潔且容易上手，雖然不支持圖層，但是其復制、縮放、移動、填色等基本處理操作“所見即所得”。此款工具除能勝任“以繪畫實現信息科技入門”的功能外，還應承擔助力學生把握視窗工具軟件處理特點的學習遷移功能，甚至還應具備以數字繪畫處理孕育計算思維的潛能。但在現行教材中，數字繪畫僅停留在對簡易工具的操作和作品“美”的藝術處理上，而忽視數字繪畫處理過程中的特殊價值—將繪畫視為問題解決—在圖像數據處理過程中發展圖像處理的信息意識、數字化自主學習能力和計算思維。

3.計算思維需要在項目化的學習進程中落地

項目化學習是指學生通過在真實生活情境中面對開放且非良構的問題，培養解決問題的能力，提升思維，獲得知識的學習方式。數字繪畫項目包含作品創意、圖像處理及作品發布的完整過程，其項目實踐過程可以自然地滲透計算思維的培育，即強調通過分解、識別、抽象、算法構建等過程解決繪圖問題。

對經典數字繪畫教學模塊進行項目化改造

1.從兒童立場提取項目主題

教學的主體是兒童。教師要從兒童立場出發，用兒童的眼光看待世界，用兒童的心智去思考問題。項目主題應對接兒童的真實生活，尋找兒童喜歡的、貼近他們生活經驗的、符合兒童年齡點的“活動”。例如，“我是數字小畫家”這一單元，可以用“小螞蟻歷險記”數字繪畫創作來實現單元教學的貫穿，讓學生經歷童話場景創意、連環畫創作、數字繪圖變換等活動，提高學生的學習興趣。

2.用大概念理念統攝學習內容

大概念是學科知識技能通向學科核心素養的階梯，也是學科核心素養嵌入具體內容的固定點，是讓具體學科概念學習導向學科素養的引擎。大概念是數字繪畫項目活動的“靈魂”，離開大概念，則會偏離數字繪畫該有的學習、探究和創造的本意。

新課標按照數據、算法、網絡、信息處理、信息安全、人工智能六條邏輯主線展開[1]，那么兒童數字繪畫就必須勾連這些學科大概念，方能讓素養產生。從數據與算法視角分析，繪畫的過程實質上是處理數據和構建算法的過程。梳理數字繪畫內容，找到計算思維與兒童數字繪畫的契合點，挖掘有利于培養計算思維的學習內容，主要體現在以下方面：①用形狀來拼畫，利用簡單的圖形組合得到更復雜的圖形；

②用形變創生成，利用移動、縮放、復制、填色等對圖像數據進行處理；③用保存學編碼，利用像素尺寸、文件保存格式類型走進對圖像編碼的理解。

3.以大單元教學設計項目活動

所謂大單元的“大”是指用普遍聯系的觀點，對相關學習內容進行系統的處理和編排。通過整合知識關聯度高的、彼此鄰近的知識技能，進行大單元設計，構建學習框架，構思活動主線，在項目情境中部署具體的學科概念學習，促進知識的有機聯系，讓計算思維及數字化學習與創新融入項目活動，具體如圖1所示。

在整個單元項目中，引導學生用畫、拼、算、變、玩等活動來創作“有意義”的數字繪畫作品。繪畫具體內容不同，但經歷的思維大致相同，都需要思考：“畫什么？”“怎么畫？”“怎樣畫得更好？”思考“畫什么”是從整體到局部的分解與構思；思考“怎么畫”是理清繪畫與數據處理的順序；思考“怎樣畫得更好”是對不同工具的選擇或不同處理過程的評估，可以視之為算法的優化。

計算思維視域下的兒童數字繪畫教學策略

1.拋錨—找準錨點引燃計算思維

拋錨教學策略，即拋出真實問題（錨點）引發思考、梳理知識結構、引導學生發現和解決問題。拋錨教學策略的關鍵在于找準錨點，用問題、觀點或概念等引燃學生的思維火花，讓學生產生學習需求并進行思考和討論，鼓勵學生提出自己的想法和疑問，進而引導學生一步步梳理出問題的有效解決方案。

例如，在“我會畫”繪畫活動中，筆者拋出問題“怎么畫小螞蟻”，先讓學生觀察小螞蟻圖片，忽略螞蟻的顏色、大小等因素，抽象出螞蟻的基本特征。引導學生在紙上畫一個小橢圓，作為螞蟻的身體，然后通過拋錨策略，讓學生思考并確定螞蟻的頭、腿和觸角的位置和形狀—用圓、線條等簡單幾何圖形來表示，然后再進行加工處理—形成完整的小螞蟻形象。這種整體分解、多次處理、逐步逼近的方法，可以幫助學生樹立解決問題的信心，讓繪畫基礎一般的學生能迅速體驗到數字繪畫非同一般的神奇魔力，體驗到數字化藝術創作的成就感。

又如，在“我會算”繪畫活動中，教師提問：“魔法樂園的入場券是用‘圓形變出的水果，你會帶什么呢？”學生回答：“紅紅的蘋果、大大的西瓜、紫色的葡萄……”教師在此基礎上，再次提問：“小螞蟻帶來了香蕉和梨，你覺得她可以進入魔法樂園嗎？”拋出錨點：“圓形”怎么變香蕉和梨？通過認知沖突激起學生一探究竟的興趣。教師通過演示實驗，揭示數字繪畫處理的魅力：用一個黃色的“圓形”和一個白色的“圓形”，將白色的“圓形”移到黃色的“圓形”上面，蓋住一部分，一只彎彎的黃顏色“香蕉”就呈現出來了。學生恍然大悟，“香蕉”是兩個圓的圖形相減，“梨”就是兩個圓的圖形相加，從而引出圖形的組合計算。通過圖形組合計算能獲得更為豐富的、有創意的圖形，可以充分激起學生思維的火花，激發學生的創造性思維和探究的興趣。

2.識別—模式識別構建計算思維

識別教學策略是把解決問題的方法總結歸納成解決某一類問題的方法論。當問題具有相同的特征時，它們的解決會變得更容易一些。

例如，在“小螞蟻歷險記”項目活動中，筆者先讓學生觀察范例“美麗花園”并思考：“花園由哪些基本圖形組成？”“月牙兒如何變為臺階、花和風車？最終又是如何組成一幅畫？”讓學生用自己的語言來描述算法—怎么畫，引導學生從大到小地分解問題、從小到大地解決問題（如圖2），這一過程充滿了“分合衍變”的辯證思想[2]，學生充分經歷“抽象、分解、建模、算法構建”的計算思維過程，核心素養在具體繪畫問題解決過程中得以生長。

又如，在學習圖形復制時，可以用“復印機復印文件”的過程做形象類比。為了讓學生更深刻地理解復制原理，教師提問：“復制的這個月牙兒圖案能在別的軟件中粘貼嗎？”先讓學生猜一猜，然后由學生演示將“月牙兒”粘貼到Word文檔中，從而揭示復制背后的奧秘—剪貼板與內存。從學科大概念的角度看，圖像復制操作技能隸屬“數據”與“信息處理”大概念，其操作流程是“選定信息塊—復制信息塊—粘貼信息塊”，通過模式識別，學生理解了該“通用”過程，并可將其廣泛應用于復制文字、聲音、文件、文件夾等。

當面對一個問題時，引導學生對問題進行分析，識別哪些特征是熟悉的，可以用先有的辦法解決；哪些是相似的，可以通過先有辦法的“變形”來解決；哪些問題是目前尚無已有經驗可以解決的，這就是需要創造或學習新知的開始。通過模式識別，一方面有助于學生敏銳地發現問題中的抽象特征，學會對已有經驗進行遷移應用，另一方面也有助于學生發現未知領域，觸發探究動力。

3.轉化—知識遷移活化計算思維

轉化教學策略是指通過創設開放式的情境讓學生感受到問題解決方向的多樣化和靈活性。教師引導學生將已學概念應用到新的情境中，喚醒學生學以致用的內驅力，知識遷移激活創新和創造力，活化計算思維的培養。

例如，在“我會變”項目中，學生挑戰一幅圖的“多元轉化”—在“墻上掛畫”“拼圖游戲”“找不同”三種任務中自選（如圖3）。以“拼圖游戲”子任務為例，學生經歷以下處理過程：①給圖畫加上邊框，并縮放至四分之一大小，移到左上角，作為拼圖結果答案；②復制一份圖畫到左下角；③利用選擇框切割左下角的畫，分成六份，旋轉或翻轉后一塊塊移到右邊；④在畫面空白處寫上“拼圖游戲”。學生經過實踐探索，拼圖游戲制作成功。以“找不同”子任務為例，學生的處理過程如下：①把圖畫加上邊框變成四分之一大小，移到左上方。②選中此圖畫復制粘貼一份移動至左下方；

③對左下方圖畫稍作改動。④在畫面空白處寫上“找不同”。本活動，可以讓學生先做后說，也可以讓學生先說后做，無論是根據操作步驟歸納還是規劃步驟，均是繪畫處理算法的描述，能于細微處落實計算思維的培養。

又如，在“小螞蟻歷險記”項目活動中，教師先創設故事情境：“一天小螞蟻來到了小河邊，想去河對岸，它會怎樣想辦法過河呢？”學生回答“用樹枝搭橋過河、用樹葉作船過河、借氣球漂過河、請小烏龜馱過河……”接著，教師進一步提問：“這個故事怎么展示出來呢？”一幅畫顯然是不夠的，需要將一張畫“變成”一幅連環畫，如圖4所示。這樣，在利用技術成就藝術的過程中，不僅能讓學生充分體驗到數字化藝術創作的成就感，而且滲透了計算思維和創新思維的培育。

總之，兒童數字繪畫教學立足于信息科技學科，追求的是信息處理素養、問題解決能力、計算思維與創新思維培育的和諧統一。通過富有童趣的項目活動，讓兒童發揮想象，運用學科概念和數字化工具創作出靈動多變的數字繪畫，這是“用中學”“做中學”與“創中學”的自然融合。學生在創作過程中，能充分體驗信息技術處理數據的過程，感受數字繪畫的魅力，熏陶創新的意識，在問題解決過程中孕育計算思維，發展學科核心素養。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]費海明.計算歸簡 分合衍變—計算思維內涵探析與教學創意[J].中國信息技術教育，2020（20）：85-88.