程序設(shè)計(jì)模塊化，計(jì)算思維深度化
——以小學(xué)圖形化編程課為例

山東省鄒城市南屯煤礦學(xué)校 許紅霞 賈艷霞

一、計(jì)算思維概述

計(jì)算思維是由周以真教授提出的，指的是以與計(jì)算機(jī)技術(shù)有關(guān)的基本概念為基礎(chǔ)，對(duì)有關(guān)問題進(jìn)行解答、設(shè)計(jì)等與計(jì)算機(jī)技術(shù)有關(guān)的各類思維活動(dòng)。隨后，越來越多的專家學(xué)者投入計(jì)算思維的研究與分析。2016年，《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》正式出臺(tái)，給學(xué)生的能力培養(yǎng)和個(gè)人發(fā)展提出了更為明確的要求。2017年，國務(wù)院明確要求在中小學(xué)教學(xué)中增加人工智能的有關(guān)課程，加大力度推進(jìn)編程教育。

二、信息技術(shù)課堂教學(xué)培養(yǎng)計(jì)算思維面臨的問題

（一）理論研究較多，實(shí)踐研究較少

盡管在十多年前周以真教授便提出了計(jì)算思維的概念，但從我國研究的整體情況來看，專門針對(duì)計(jì)算思維的研究仍然有所欠缺，整體上仍然處在初級(jí)階段，無法與小學(xué)信息技術(shù)課程的日常教學(xué)結(jié)合起來。與此同時(shí)，其中大部分內(nèi)容都屬于理論研究的層次，無法為小學(xué)教學(xué)工作起到良好的指導(dǎo)作用。根據(jù)統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)計(jì)算思維的理論研究占六到七成，足以說明研究者將研究重點(diǎn)更多地放在理論層面。由于實(shí)踐研究不足，無法建構(gòu)起完善的信息技術(shù)教學(xué)體系，學(xué)生的計(jì)算思維一直都難以實(shí)現(xiàn)有效培養(yǎng)。

（二）教師了解不多，教學(xué)實(shí)踐更少

在以往的教學(xué)活動(dòng)中，教師對(duì)計(jì)算思維的了解較少。直到新課標(biāo)正式頒布，教師才逐漸接觸到計(jì)算思維這一概念。然而，由于教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不足，教師對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)識(shí)和了解并不全面，深度也有所不足。同時(shí)大部分認(rèn)識(shí)都停留在理論層面，對(duì)如何將其與日常教學(xué)活動(dòng)相結(jié)合的了解有所不足。教師作為信息技術(shù)課程的組織者和設(shè)計(jì)者，他們對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)知直接決定了學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。當(dāng)教師對(duì)計(jì)算思維的理論研究和實(shí)踐研究都有所不足時(shí)，自然無法實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，圖形化編程課程的教學(xué)水平提升也受到了一定影響。

（三）培養(yǎng)方式欠缺，教學(xué)效果不佳

在當(dāng)前的小學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)中，教師主要采用的仍然是灌輸式教學(xué)方法。由于信息技術(shù)的有關(guān)理論知識(shí)相對(duì)枯燥無趣，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)不可避免地會(huì)遇到一些障礙。而灌輸式教學(xué)方法過度關(guān)注學(xué)生的理論掌握和實(shí)際操作，忽視了對(duì)學(xué)生思維方式的培養(yǎng)。在這一教學(xué)模式下，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)只是機(jī)械地對(duì)案例進(jìn)行模仿，卻不能形成自己的認(rèn)識(shí)和進(jìn)行獨(dú)立的思考。正是由于教師的培養(yǎng)方式欠缺，信息技術(shù)課程無法收獲預(yù)期的教學(xué)效果。

三、以計(jì)算思維為導(dǎo)向的圖形化編程課教學(xué)方法

（一）對(duì)接生活，模塊化情境設(shè)計(jì)

從教學(xué)實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建合適的教學(xué)情境對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、優(yōu)化教學(xué)效果具有重要意義。故而，以計(jì)算思維為導(dǎo)向的小學(xué)圖形化編程教學(xué)，應(yīng)當(dāng)以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性為基礎(chǔ)，不斷優(yōu)化教學(xué)情境的設(shè)計(jì)，從學(xué)生的學(xué)習(xí)感受出發(fā)，聯(lián)系他們的日常生活，以便讓學(xué)生發(fā)自內(nèi)心地對(duì)編程學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣。例如，在學(xué)習(xí)火柴人跳舞這一節(jié)課程時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)不同的圖形化編程軟件并對(duì)其具體的使用方法有所了解，是教師的重要任務(wù)，也是圖形化編程教學(xué)的前提。但傳統(tǒng)教學(xué)方法明顯難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，無法引導(dǎo)學(xué)生熟練地掌握上述軟件的使用方法。為此，教師可以以積木游戲?yàn)檩d體創(chuàng)設(shè)合適的教學(xué)情境，并逐漸過渡到編程軟件的介紹和分析中。從搭建積木的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，學(xué)生能進(jìn)行遷移性學(xué)習(xí)，將積木類比為控件，在控件的組合之中達(dá)到一定的教學(xué)效果。

（二）由上到下，模塊化分解問題

在小學(xué)圖形化編程教學(xué)過程中，游戲制作也是一種經(jīng)典的教學(xué)模式，是學(xué)生普遍感興趣的一種學(xué)習(xí)途徑。一個(gè)優(yōu)質(zhì)游戲的制作往往要求制作者具有多類功能，倘若在學(xué)生體驗(yàn)過游戲以后就直接要求他們進(jìn)行制作，他們通常很難下手。之所以會(huì)出現(xiàn)這一問題，很大程度上是因?yàn)閷W(xué)生普遍缺少由上到下對(duì)問題進(jìn)行分析的能力，而這正是計(jì)算思維中“分解”思維的重要體現(xiàn)。就這一問題，學(xué)生面臨的難題主要體現(xiàn)為兩方面：首先，學(xué)生無法將不同子功能間的聯(lián)系梳理清楚；其次，學(xué)生無法將各子功能的自然語言轉(zhuǎn)化為編程語言。為此，教師可以有針對(duì)性地處理這兩個(gè)問題：第一，教師可以利用模塊化的程序思維引導(dǎo)學(xué)生將一些復(fù)雜度較高的問題細(xì)化為不同的子問題。第二，教師還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步細(xì)化子問題的表述方法，以便學(xué)生能更好地構(gòu)建底層邏輯。隨后，就可以要求學(xué)生根據(jù)自己的認(rèn)知情況開始子模塊的構(gòu)建。

（三）剖析腳本，模塊化認(rèn)識(shí)程序

在課堂教學(xué)中，當(dāng)學(xué)生已經(jīng)完成部分腳本編寫工作以后，教師應(yīng)當(dāng)適時(shí)打斷學(xué)生，鼓勵(lì)他們重新閱讀腳本內(nèi)容。在這一過程中，教師可以提出一些問題來加深學(xué)生對(duì)腳本的理解。例如，“你認(rèn)為這段腳本的功能在于什么？”“你能否用最簡單的語言概括這段腳本的作用？”通過這些問題進(jìn)行引導(dǎo)，能讓學(xué)生站在模塊化的角度反復(fù)閱讀腳本，對(duì)程序有更全面、系統(tǒng)的了解。在日積月累的訓(xùn)練之下，學(xué)生在閱讀腳本時(shí)眼中看到的便不只是一個(gè)個(gè)底層指令，而是一些承擔(dān)了不同職能的模塊，這也有助于促進(jìn)學(xué)生對(duì)腳本的抽象認(rèn)識(shí)。例如，在學(xué)習(xí)“花朵繽紛”這一節(jié)課時(shí)，學(xué)生經(jīng)常會(huì)對(duì)“重復(fù)五次”的指令有所誤解，不能設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的花朵，而是設(shè)計(jì)出一些散著的花瓣。為此，教師應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生認(rèn)真分析“重復(fù)五次”這一環(huán)節(jié)的價(jià)值，讓他們認(rèn)識(shí)到這一環(huán)節(jié)的主要作用就是“形成一朵完整的花”。這樣一來，學(xué)生對(duì)腳本便形成了更加模塊化的認(rèn)識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中也很少會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

（四）交流評(píng)價(jià)，模塊化評(píng)估功能

通過以由上到下的方式分解問題，以重讀腳本的方式認(rèn)識(shí)程序，能引導(dǎo)學(xué)生以正確、科學(xué)的思維學(xué)習(xí)并實(shí)踐編程知識(shí)。然而，僅依靠這兩種引導(dǎo)模式，并不能保證學(xué)生順利地完成編程任務(wù)。在日常教學(xué)中，倘若學(xué)生仍然存在關(guān)系混淆、程序不清等問題，教師就需要提高對(duì)交流評(píng)價(jià)的重視程度，組織全班學(xué)生將自己的編程成果展示出來，對(duì)每一個(gè)作品及其采用的子模塊進(jìn)行及時(shí)的評(píng)估。由于不同的子模塊指向的是不同的功能，因此教師在進(jìn)行評(píng)估時(shí)，也應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生建立起模塊化思想。當(dāng)學(xué)生能熟練地以模塊化視角審視子模塊與其功能的關(guān)系時(shí)，也能更深入地理解腳本與功能之間的關(guān)系。同時(shí)在未來的編程活動(dòng)中，他們也能養(yǎng)成“逐段調(diào)試”的好習(xí)慣，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算思維的進(jìn)一步塑造。例如，在學(xué)習(xí)“小貓出題”這一部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)在輸入正確答案以后，程序仍然出現(xiàn)錯(cuò)誤的顯示。在展示評(píng)估以后，學(xué)生很快便能發(fā)現(xiàn)模塊之間的混亂。這時(shí)，教師就要告訴學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤在所難免，但重點(diǎn)是要將腳本與子功能一一對(duì)應(yīng)，判斷其是否正常，學(xué)生的評(píng)估能力也能在這一過程中實(shí)現(xiàn)發(fā)展與提升。

（五）課例統(tǒng)整，模塊化重構(gòu)作品

促進(jìn)程序的模塊化既有助于降低學(xué)生對(duì)腳本的理解難度，又有助于復(fù)用相關(guān)代碼。對(duì)學(xué)生來說，對(duì)程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。在小學(xué)階段，能站在模塊化的立場(chǎng)上來分析并理解程序，有助于為學(xué)生后續(xù)的編程學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。在不斷深入的學(xué)習(xí)之下，教師應(yīng)當(dāng)找機(jī)會(huì)對(duì)已經(jīng)完成的腳本進(jìn)行反思和重構(gòu)。只有這樣，才能深化學(xué)生的計(jì)算思維，幫助學(xué)生在面對(duì)類似的問題時(shí)學(xué)會(huì)應(yīng)用計(jì)算思維進(jìn)行處理。例如，“畫城堡”這節(jié)課的難點(diǎn)在于如何理解積木塊的作用，并熟練地進(jìn)行操作。為此，教師在正式授課結(jié)束以后，可以用一課時(shí)的時(shí)間進(jìn)行課例統(tǒng)整，反思并重構(gòu)已經(jīng)形成的作品，不斷提高學(xué)生的熟練度，訓(xùn)練他們形成計(jì)算思維。

四、結(jié)語

總而言之，以計(jì)算思維為導(dǎo)向進(jìn)行小學(xué)圖形化編程課教學(xué)具有重要意義。在信息技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，編程語言和編程平臺(tái)都在進(jìn)行革新和優(yōu)化，而思維層面也應(yīng)當(dāng)做出相應(yīng)的改變和提升。模塊化程序設(shè)計(jì)的教學(xué)思維是從編程技術(shù)和計(jì)算思維兩方面入手來解決小學(xué)編程課教學(xué)中出現(xiàn)的問題，也是適應(yīng)信息社會(huì)變化的重要途徑。