淺談在圖形化編程中落實計算思維的幾點思考

江蘇省常州市香梅小學 葛 軍

Scratch圖形化編程軟件是一款面向青少年的圖形化編程工具，近幾年逐漸被引入中小學編程教學中。

由于圖形化的界面具有方便操作等特點，圖形化編程深受廣大師生的歡迎。教師首先將Scratch圖形化編程課程以社團形式在校內展開，全國多地也將Scratch圖形化編程課程作為信息技術課程的必修模塊加入小學高年段和初中學段。借助Scratch圖形化編程，青少年編程教育在全國大部分地區得到推廣。常州市較早地開展了Scratch編程教育的普及研究工作，一線教師在教學過程中積累了一定的經驗，也為在圖形化編程課程中學生計算思維的落地打下了一定的基礎。

教育部在2022年發布了最新的信息科技課程標準，中小學原來的信息技術課程從綜合實踐課程中獨立出來，成為一門國家課程，并且改名叫“信息科技”課程。“信息科技”課程要培養的核心素養主要包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任。那么何為計算思維呢？信息科技課程標準是這樣解讀的：它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抽象、分解、建模、算法設計等思維活動。從現有研究來看，計算思維主要有三種來源：（1）計算思維操作性定義中包含的計算思維過程階段要素、核心概念和能力；（2）抽象；（3）其他教育內容。信息科技課程標準中對于計算思維的概念界定，主要是針對第一種來源情況。計算思維并不等同于大家比較熟悉的算法，算法只是計算思維中的一項。而計算思維作為信息科技學科的核心素養，被寫入課程標準之中，這值得一線教師反思：在教學過程中，我們有沒有將計算思維這一核心素養落實到圖形化編程教育中去呢？我們只有在教學實踐中將計算思維這一核心素養落地，才能真正提升學生的綜合素質，培養具有創新意識的一代新人。結合信息科技新課標，筆者認為需要從以下幾個環節入手，可以在圖形化編程中落實計算思維。

一、基于學生認知，描述解決問題的過程

根據國外編程教育的研究發現，圖形化編程較之文本編程方式，能在很大程度上降低學生編程的難度，學生不用花過多的時間在語法拼寫上，而能夠專注于編寫程序本身。圖形化編程，讓學生可以直觀地看到舞臺場景、作品角色、編寫程序用的模塊腳本。但是對于學生來說，還存在一個從直觀形象到抽象邏輯轉換的過程，而計算思維的核心其實就是抽象。如果學生無法用自己熟悉的方式描述解決問題的過程，那學生就無法通過編寫程序的方式來解決問題。

因此，在講授圖形化編程課程時，在任務情境的驅動下，筆者和學生一起做的第一件事就是用自己熟悉的方式描述問題解決的過程。學生可以用自己熟悉的自然語言、流程圖、流程表等方式描述解決問題的過程。教師作為任務的指導者，要幫助學生梳理這個流程是否清晰、有無錯誤，在學生能夠清晰地表述解決問題的過程之后，學生就能相對容易地用程序模塊來描述處理問題的過程，從而較容易地實現從具體形象向抽象邏輯過渡。以“自我介紹作品”為例，這是學生初識Scratch的第一課，在教學過程中，教師不要首先就教學生如何來編寫程序，而是要讓學生用自然語言的方式，描述進行自我介紹的一個過程。有一個學生想按照“我想先走兩步→說‘大家好’→翻一個跟頭→說‘謝謝大家’”的程序進行自我介紹。在這個過程中，學生能夠清晰地描述介紹的步驟，但是學生還需要將這些熟悉的自然語言用程序塊的方式來進行連接，才能完成程序的編寫，但是因為學生已經能夠用自然語言清晰地描述，在實際程序的編寫過程中，這個認知負荷相較之前就明顯降低了，學生只需要學會程序編寫的一個基本流程，就能順利完成程序的編寫。

二、基于重難點，精心設計任務

在信息科技新課標的學習中，課程專家明確指出，我們的任務設計要貼合學生實際，根據本校的校情、學情來設計適合本校、本班學生的任務。因此，在任務設計的過程中，筆者總是結合當下學習生活的熱點來進行任務的設計。如教學蘇教版信息科技五年級“青蛙過河”一課時，這節課主要是學習用坐標的方式實現角色的移動。坐標對于學生來說是一個難點，要突破這個難點，就應該變教師講授為學生主動探究。因此，在“認識坐標”這個環節，筆者設計了一個“吃糖”的小游戲，學生在控制角色吃糖的過程中，發現坐標變化的規律，認識到可以用坐標的方式來表示角色在舞臺中的位置。為了激發學生學習的熱情，在教學中，筆者結合熱播電影《勇攀珠峰》，讓學生制作一個動畫作品，獻給我們的登山英雄。在提高學生興趣的同時，教師也借此課對學生進行了愛國主義教育，讓學生明確了勇攀珠峰的重要意義。

三、基于PBL項目學習，構建任務群

多元智能理論告訴我們，不同學生的多元智能所擅長的方面是不同的，如果要求整齊劃一，所有學生達到統一的高度，是不科學的。如何讓這些能力不同的學生在圖形化編程學習過程中，計算思維能力都能有所提升呢？筆者在教學過程中構建了基于PBL項目學習的任務群，取得了較好的效果。PBL即項目式學習，也稱為基于問題的學習。在學生掌握了圖形化編程軟件的基礎后，教師可以通過構建基于PBL項目學習的任務群，以任務群的方式，促進不同學生在完成基于自身興趣的任務的過程中，提升其計算思維等核心素養。任務群的創建遵循能力互補、興趣互補的原則。在創建任務群之初，教師會以發放問卷的形式了解不同學生的興趣愛好、能力特長，然后進行合理地編排。在任務群中，有的學生擅長畫畫，有的學生擅長數學，有的學生擅長演講……發布的任務往往是開放的，如結合尋訪“常州文脈”，制作一個動畫故事；用鼠標控制，制作一個躲避的小游戲；等等。教師只是給出一個任務的基本方向，具體要做一個怎樣的作品、需要做哪些準備工作，由任務群學生共同商討后確定，教師給予必要的指導和幫助。通過任務群的方式，學生創作的熱情得到了進一步的提升。在完成項目的過程中，學生會用到計算思維的多種方法，學生核心素養在完成項目的過程中也進一步得到了提升。

四、基于學生發展，重視評價反饋

基于客戶端的圖形化編程軟件Scratch 3.0在大班化教學過程中，教師的評價和反饋往往是碎片化的，無法對每個學生作品中的問題進行評價和反饋，因此，出現了很多在線版圖形編程軟件，其中有一些是收費的，有一些是免費的。在一線教學過程中，筆者選擇了免費且易用的卡搭在線編程平臺。基于這個平臺，教師可以為每個學生創建賬號，基于班級創建任務和活動。在實際教學過程中，我們利用客戶端進行教學，利用卡搭在線編程平臺上傳作業，這樣教師就可以對每個學生的作品進行評價及問題的反饋，指出學生在程序編寫過程中流程不清晰、流程錯誤等計算思維過程中所表現出來的錯誤。以小小計算器為例，學生要制作一款個性化的出題小軟件，整個過程包括“界面制作—計算機出題—用戶答題—評價反饋”，但是在實際批改的過程中，我們發現，學生處理問題的邏輯卻是“用戶答題—計算機出題”，從而出現了一些邏輯性錯誤。借助平臺，學生可以根據教師的評價及反饋及時修改程序編寫過程中的錯誤或者進一步完善自己的作品。通過每一次的及時評價及反饋，相較于純客戶端的教學，學生對于程序編寫本身以及利用計算思維抽象處理問題的能力得到了明顯的提升。

基于卡搭在線平臺進行的評價和反饋主要依靠教師本人的經驗對學生進行評價和反饋，那么有沒有智能化的評測工具，可以通過數據的形式來智能評測學生計算思維相關能力的變化呢？通過查閱資料，筆者了解到有一個在線評測工具Dr.Scratch，它可以通過在線提交網址或上傳本地文件的方式，從以下七個方面推斷出作者的計算思維能力并給出評分。這七個方面分別是流程控制、數據表示、抽象、用戶交互、同步、并行、邏輯思維。

首次使用Dr.Scratch需要先進行賬號注冊。在實際評測過程中，建議通過本地上傳的方式進行測試，作品上傳后，測評工具將給計算思維七個維度分別進行打分。對于比較簡單的作品，平臺會認為作者是個初學者，因此僅會給出一個基本的評價。對于較復雜的作品，評測工具將給出更為詳細的診斷意見。通過分析程序，對于這個作品中所呈現的非常熟練的部分用綠色表示，對于作品中所呈現較少的能力點，則用紅色表示。它還會列出作者在程序編寫過程中的一些壞習慣。通過這些提示信息，也可以指導教師更加規范地進行任務項目的再設計。

以上幾點做法是基于本校實際情況，探索如何將計算思維這一核心素養落實到圖形化編程教育中。我們將繼續加強自身學習，以期為培養具有創新意識的新一代學生而努力。