王慧
摘要:計(jì)算思維是小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng),是信息技術(shù)教學(xué)的重要內(nèi)容。小學(xué)圖形化編程教學(xué)是計(jì)算思維培養(yǎng)的重要載體之一,筆者在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行了一系列的探究,總結(jié)設(shè)計(jì)了面向計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)圖形化編程教學(xué)流程,并選取了2021年在全國(guó)小學(xué)信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課展示活動(dòng)中獲得標(biāo)桿課的課例進(jìn)行分析說(shuō)明,探討如何在小學(xué)圖形化編程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維,以期推動(dòng)少兒編程教學(xué)的發(fā)展,為師生信息素養(yǎng)的提升獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。
關(guān)鍵詞:小學(xué)圖形化編程;計(jì)算思維;教學(xué)探究
中圖分類號(hào):G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ?論文編號(hào):1674-2117(2021)S2-0026-03
2003年,周以真教授首次提出“計(jì)算思維”這一概念,她認(rèn)為計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì),以及人類行為理解等覆蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維和能力[1]。計(jì)算思維可以幫助人們解決復(fù)雜的問(wèn)題,與人們的生活和工作緊密相關(guān),是一種普適的能力,也是信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)。在小學(xué)階段,圖形化編程教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維非常重要的載體之一[2],但是在教學(xué)中有不少教師因?yàn)槿狈?jīng)驗(yàn)不知如何教學(xué),或者是教學(xué)效果不佳。因此,探究如何在小學(xué)圖形化編程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維顯得尤為重要。
面向計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)圖形化編程教學(xué)流程設(shè)計(jì)
根據(jù)對(duì)計(jì)算思維的學(xué)習(xí)和理解,結(jié)合日常小學(xué)圖形化編程教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)以及小學(xué)圖形化編程教學(xué)的特點(diǎn),筆者設(shè)計(jì)了以“化繁為簡(jiǎn)、化簡(jiǎn)為繁”為模式的小學(xué)圖形化編程教學(xué)流程圖(如圖1)?!盎睘楹?jiǎn)”指的是將復(fù)雜的問(wèn)題分解,使其簡(jiǎn)單化;“化簡(jiǎn)為繁”指的是讓學(xué)生將碎片的知識(shí)系統(tǒng)化,讓思維從具體化走向抽象化。
教師先分析教材和學(xué)情,確定教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)。教學(xué)過(guò)程經(jīng)過(guò)“創(chuàng)設(shè)情境,將思維可視化”“初步應(yīng)用,將程序具象化”“深入運(yùn)用,將難點(diǎn)直觀化”“自主創(chuàng)作,將思維系統(tǒng)化”“小結(jié)提升,將思考深度化”等五個(gè)環(huán)節(jié),并且注重課后教學(xué)反思。在這個(gè)過(guò)程中,參照成熟的計(jì)算思維解決問(wèn)題的方式,在深入運(yùn)用環(huán)節(jié)中,通過(guò)“確定問(wèn)題”“分解問(wèn)題”“模式識(shí)別”“算法設(shè)計(jì)”“執(zhí)行步驟”“調(diào)試改進(jìn)”這幾個(gè)步驟解決課堂難點(diǎn)。整個(gè)過(guò)程都需要考慮設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)單、制作情境教具、設(shè)計(jì)迭代板書(shū),以支撐整個(gè)過(guò)程能夠順利進(jìn)行。
與此同時(shí),學(xué)生的思維也在循序漸進(jìn)中得到鍛煉,學(xué)生體驗(yàn)了將復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單問(wèn)題的程序思維,實(shí)現(xiàn)由解決一個(gè)問(wèn)題到解決一類問(wèn)題的思維蛻變。
面向計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)圖形化編程教學(xué)實(shí)施案例
下文選取了筆者2021年在全國(guó)小學(xué)信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課展示活動(dòng)中獲得標(biāo)桿課的課例,具體分析怎樣在小學(xué)圖形化編程教學(xué)中滲透學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。
1.分析到位,旨在落實(shí)計(jì)算思維培養(yǎng)
對(duì)教材和學(xué)生情況的了解,是編程教學(xué)的前提。本內(nèi)容來(lái)源信息技術(shù)六下編程單元《繪制創(chuàng)意圖形》。無(wú)論多么復(fù)雜的程序都可以分解為順序、選擇、循環(huán)這三種基本結(jié)構(gòu),其中,循環(huán)結(jié)構(gòu)是重中之重。繪制創(chuàng)意圖形的關(guān)鍵點(diǎn)就是對(duì)循環(huán)結(jié)構(gòu)的理解與掌握。
這節(jié)課教師將教材中使用畫(huà)筆繪制創(chuàng)意圖形改編成企鵝進(jìn)行花樣滑冰游戲情境,留下創(chuàng)意圖形軌跡,讓教學(xué)內(nèi)容更富有情境、更具吸引力,讓學(xué)生更容易理解循環(huán)結(jié)構(gòu)及嵌套。通過(guò)逐步設(shè)置情境難度、設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練工具,將學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)落到實(shí)處。
六年級(jí)學(xué)生正處于形象思維向抽象思維過(guò)渡的階段,較難理解結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的嵌套等抽象概念;他們已經(jīng)學(xué)習(xí)了算法初步、順序結(jié)構(gòu)等知識(shí),初步掌握了理解過(guò)程、在圖形化編程軟件中拖動(dòng)代碼的技能,但不具備從整體上分析循環(huán)規(guī)律的意識(shí)。
基于以上分析,筆者將本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)確定為:學(xué)生理解循環(huán)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成,掌握循環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用;在應(yīng)用循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中,培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維;學(xué)生學(xué)會(huì)使用形象化工具分析循環(huán)結(jié)構(gòu),養(yǎng)成利用工具處理問(wèn)題的能力;培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的精神和善于交流的能力。
其中,理解并初步應(yīng)用循環(huán)結(jié)構(gòu)是本節(jié)課的重點(diǎn)。小學(xué)生難以理解循環(huán)結(jié)構(gòu)嵌套的執(zhí)行過(guò)程,所以應(yīng)用循環(huán)結(jié)構(gòu)的嵌套進(jìn)行程序設(shè)計(jì)就成為本節(jié)課的難點(diǎn)。
2.環(huán)節(jié)設(shè)計(jì),多方面滲透計(jì)算思維培養(yǎng)
根據(jù)“化繁為簡(jiǎn)、化簡(jiǎn)為繁”模式的小學(xué)圖形化編程教學(xué)設(shè)計(jì)流程,將教學(xué)核心環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)如下。
(1)創(chuàng)設(shè)情境,將思維可視化
設(shè)計(jì)學(xué)生喜歡的桌游導(dǎo)入,學(xué)生在與同伴玩桌游的過(guò)程中借助老師設(shè)計(jì)提供的工具進(jìn)行思考分析,填寫(xiě)游戲步驟,將思維形象地表示出來(lái)。
接著學(xué)生在圖形化編程軟件中實(shí)現(xiàn)桌游效果,在一步步拖代碼中深刻體驗(yàn)到重復(fù)拖動(dòng)代碼的不便,此時(shí),教師利用直觀的步驟表和學(xué)生一起分析重復(fù)的步驟代碼和次數(shù)。學(xué)生通過(guò)實(shí)踐、對(duì)比,觀察發(fā)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu),體會(huì)循環(huán)結(jié)構(gòu)的好處,理解循環(huán)次數(shù)和循環(huán)體。整個(gè)過(guò)程符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律,循序漸進(jìn),水到渠成。
(2)初步應(yīng)用,將程序具象化
教師首先給學(xué)生播放視頻,讓學(xué)生分析企鵝滑冰軌跡為一個(gè)正方形的步驟,并運(yùn)用循環(huán)結(jié)構(gòu)完成程序設(shè)計(jì),讓學(xué)生建立觀察、分析到循環(huán)結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié),通過(guò)實(shí)例將循環(huán)具象化,讓學(xué)生進(jìn)一步理解循環(huán)結(jié)構(gòu),掌握其初步應(yīng)用。
(3)深入運(yùn)用,將嵌套直觀化
循環(huán)結(jié)構(gòu)的嵌套是本節(jié)課的難點(diǎn),成熟的計(jì)算思維能夠?qū)㈦y題清晰地描述并解答出來(lái)。參照計(jì)算思維解決問(wèn)題的方式,教師設(shè)計(jì)了企鵝花樣滑冰軌跡,讓學(xué)生進(jìn)行以下思維訓(xùn)練。
①分解問(wèn)題。學(xué)生觀看視頻,將問(wèn)題分解成重復(fù)畫(huà)正方形(如下頁(yè)圖2)。
②模式識(shí)別。學(xué)生觀察企鵝畫(huà)正方形過(guò)程中旋轉(zhuǎn)的角度及旋轉(zhuǎn)次數(shù)之間的聯(lián)系。
③算法設(shè)計(jì)。學(xué)生分析循環(huán)體和循環(huán)次數(shù),利用循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行算法設(shè)計(jì)。此時(shí),教師適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)循環(huán)體中包含循環(huán)結(jié)構(gòu),從而引出循環(huán)結(jié)構(gòu)的嵌套(如下頁(yè)圖3)。
④執(zhí)行步驟、分析判斷結(jié)果。學(xué)生在圖形化軟件中利用循環(huán)結(jié)構(gòu)的嵌套方式實(shí)現(xiàn)效果。
通過(guò)這一環(huán)節(jié),學(xué)生可以體驗(yàn)到將復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單問(wèn)題的思維過(guò)程,對(duì)循環(huán)結(jié)構(gòu)的嵌套有了較深入的了解,為后面的創(chuàng)作奠定基礎(chǔ)。
(4)自主創(chuàng)作,將思維系統(tǒng)化
教師展示部分復(fù)雜圖案,激發(fā)學(xué)生繼續(xù)挑戰(zhàn)的熱情,小組合作,在分解問(wèn)題、解決問(wèn)題過(guò)程中,先學(xué)會(huì)畫(huà)多個(gè)正方形的編程,再學(xué)會(huì)畫(huà)任意個(gè)多邊形的編程。學(xué)生通過(guò)匯報(bào)展評(píng),提高表達(dá)能力,深化對(duì)創(chuàng)作作品的結(jié)構(gòu)分析,強(qiáng)化循環(huán)結(jié)構(gòu)的理解運(yùn)用,實(shí)現(xiàn)由解決一個(gè)問(wèn)題到解決一類問(wèn)題的思維蛻變,并擁有自己的想法,讓思維從“碎片化”變得更加“系統(tǒng)化”。
(5)小結(jié)提升,將思考深度化
在總結(jié)本節(jié)課所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上,教師向?qū)W生提出一系列問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生深入思考,激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的熱情。
面向計(jì)算思維培養(yǎng)的圖形化編程教學(xué)反思
縱觀本課,教師充分尊重學(xué)生思維發(fā)展特點(diǎn),讓學(xué)生思維從“具象化”走向“抽象化”,從“碎片化”變得更加“系統(tǒng)化”。具體表現(xiàn)如下。
其一,落實(shí)思維培養(yǎng)。參照成熟計(jì)算思維思考問(wèn)題的方式,利用桌游、表格、板書(shū)、導(dǎo)學(xué)單等,層層引導(dǎo)學(xué)生深度思考,在這一過(guò)程中關(guān)注自然語(yǔ)言到程序語(yǔ)言的過(guò)渡,將學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)落到實(shí)處。學(xué)生在思維訓(xùn)練后實(shí)現(xiàn)由解決一個(gè)問(wèn)題到解決一類問(wèn)題,進(jìn)而進(jìn)行創(chuàng)意創(chuàng)作的思維蛻變。
其二,巧設(shè)游戲情境。將企鵝滑冰情境貫穿整個(gè)課堂,逐步提升企鵝滑冰難度,即提高游戲挑戰(zhàn)難度。學(xué)生在挑戰(zhàn)中進(jìn)行不同程度上的創(chuàng)作,不同水平的學(xué)生得到不同層次的收獲和提高。
其三,精心設(shè)計(jì)板書(shū)。注重直觀、色彩搭配,從代碼出發(fā)選擇相應(yīng)板書(shū)的顏色,注重板書(shū)的迭代、生成過(guò)程,幫助學(xué)生分析、理解、內(nèi)化教學(xué)內(nèi)容。
總結(jié)
化繁為簡(jiǎn),讓學(xué)生在輕松、愉快的情境中學(xué)習(xí),培養(yǎng)計(jì)算思維;化簡(jiǎn)為繁,讓學(xué)生將簡(jiǎn)單、碎片的知識(shí)系統(tǒng)化,學(xué)會(huì)知識(shí)遷移。
當(dāng)然,上述教學(xué)流程僅僅是筆者通過(guò)一線教學(xué)不斷探索、總結(jié)的經(jīng)驗(yàn),不一定適用所有的師生。一線教師需要在教學(xué)過(guò)程中不斷挖掘,在教學(xué)中充分立足課本內(nèi)容,以學(xué)生為本,尊重學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律,循序漸進(jìn)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維訓(xùn)練,在課堂教學(xué)的方方面面滲透學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。
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