趙晶

關(guān)鍵字： 編程教育;計(jì)算思維;信息素養(yǎng);創(chuàng)新能力

中圖分類號：A 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：（2022）-3-

近年來隨著人工智能的迅速發(fā)展，人工智能人才的培養(yǎng)也越來越受到重視。教育部最新發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出，將包括編程教育在內(nèi)的信息技術(shù)內(nèi)容納入中小學(xué)相關(guān)課程。在中小學(xué)開展編程教育，可以通過使用可視化的軟件scratch或者編程貓，讓學(xué)生告別枯燥的代碼編寫，讓程序過程隨時(shí)可見，比較符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，深受中小學(xué)學(xué)生的喜愛，在學(xué)習(xí)編程的過程中逐步培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維，而計(jì)算思維也是信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，它是和孩子們擁有的讀寫算同等重要的認(rèn)知能力，決定著對信息技術(shù)學(xué)科的認(rèn)知高度，能讓孩子們像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考，這就是編程思維，要滲透到學(xué)習(xí)的全過程，并且不斷的反復(fù)，進(jìn)行深度的學(xué)習(xí)。編程教育，就是要培養(yǎng)孩子們的編程思維，讓孩子們學(xué)會(huì)用信息的意識去觀察世界，學(xué)會(huì)用編程的邏輯去思考世界，學(xué)會(huì)用編程的語言去表達(dá)世界。

一、學(xué)會(huì)用編程的思維去觀察世界

編程思維的理解是基于情境的，又是超越情境的。情境是思維的腳手架和介質(zhì)，讓編程思維從外在走向內(nèi)里，從感感性情境走向思維情境，最終脫離非本質(zhì)屬性的情境，從現(xiàn)實(shí)生活的此岸到達(dá)語言代碼的彼岸，實(shí)現(xiàn)生活化的抽象生產(chǎn)和理性建構(gòu)。符合學(xué)生生活實(shí)際的情境創(chuàng)設(shè)能夠促進(jìn)計(jì)算思維的理解。情境是連接現(xiàn)實(shí)生活與虛擬環(huán)境的橋梁，容易讓學(xué)生產(chǎn)生心靈共鳴，從而調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的欲望與興趣，有利于建立信息技術(shù)與生活之間的聯(lián)系，促進(jìn)編程思維的理解，提升問題解決的能力！

如在參加兵團(tuán)第34屆科技創(chuàng)新大賽中，我們輔導(dǎo)的三年級的孩子們做的“編程造物——AI計(jì)算器” 小發(fā)明中，就是針對很多年齡小的小學(xué)生，數(shù)學(xué)計(jì)算特別不好，漸漸地對學(xué)習(xí)都不感興趣了，而我們想用彩泥自己制作一個(gè)五顏六色的計(jì)算器送給他們，這個(gè)計(jì)算器可不是普通的彩泥手工！它通過編程再用數(shù)據(jù)線和電腦連接可以實(shí)現(xiàn)加減法的功能，我們一起幫助數(shù)學(xué)計(jì)算不好的同學(xué)恢復(fù)了對學(xué)習(xí)的熱情！所以我們要做的就是：思考如何用計(jì)算機(jī)編寫加減程序，通過數(shù)據(jù)線連接到我們自制的彩泥計(jì)算器上，從而實(shí)現(xiàn)簡單的加減計(jì)算。這個(gè)問題的提出就是從學(xué)生學(xué)習(xí)的真實(shí)情境中讓學(xué)生初步學(xué)會(huì)從編程思維的角度去提出問題、理解問題，并能綜合應(yīng)用所學(xué)知識和技能去想辦法解決問題。

二、學(xué)會(huì)用用編程的邏輯去思考世界

從情境導(dǎo)向到問題導(dǎo)向，問題意識是思維的動(dòng)力，是創(chuàng)新精神的基石，是探究問題解決問題的前提。教師給學(xué)生營造提出問題的情境，學(xué)生通過討論從問題情境抽象出問題的本質(zhì)，把一個(gè)實(shí)際問題變?yōu)橛?jì)算機(jī)可以處理的問題，這是算法與程序設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)。在教學(xué)中學(xué)生通過模擬AI計(jì)算器的情景提出了序列化的問題，這些問題提出雖然是分散無序的，但通過師生共同整理問題，集中在角色的聯(lián)系和技術(shù)實(shí)踐方面問題，從無序走向有序集約化的發(fā)展。讓學(xué)生初步學(xué)會(huì)從編程思維的角度提出問題、理解問題，并能綜合運(yùn)用所學(xué)的知識和技能解決問題。學(xué)會(huì)用編程思維思考世界，編程思維表現(xiàn)為學(xué)生能夠采用計(jì)算機(jī)處理的方式，界定問題抽象特征，建立結(jié)構(gòu)模型，合理組織數(shù)據(jù)，通過判斷分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法，形成解決問題的方案，總結(jié)利用計(jì)算機(jī)解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關(guān)的其他問題解決。理清事件的關(guān)系簡約化是運(yùn)用編程思維解決復(fù)雜問題的第一步，特別是對小學(xué)生來說，他們普遍存在注意力不集中，興趣點(diǎn)轉(zhuǎn)移快，知識積累不夠等特點(diǎn)，當(dāng)他們面對復(fù)雜的問題及算法時(shí)，學(xué)生不知道從何而起？如何下手？所以開始首先讓學(xué)生對設(shè)計(jì)項(xiàng)目有一個(gè)整體的理解，然后通過畫思維導(dǎo)圖進(jìn)行簡約化的表達(dá)，最后采取大項(xiàng)目小任務(wù)用編程的語言來實(shí)現(xiàn)，這樣更有利于小學(xué)生計(jì)算思維漸進(jìn)式的發(fā)展！

例如：“編程造物——AI計(jì)算器” 小發(fā)明的項(xiàng)目分工表

我們從四個(gè)方面來寫我們的思維導(dǎo)圖，分別是：項(xiàng)目描述（項(xiàng)目做什么）、控制方法（怎么去控制項(xiàng)目運(yùn)行）、角色（包含哪些角色、每個(gè)角色的動(dòng)作分析）、背景（背景是什么、背景的動(dòng)作分析）項(xiàng)目思維導(dǎo)圖：

通過制作研究計(jì)劃分工表和項(xiàng)目的思維導(dǎo)圖，使得學(xué)生理清了行動(dòng)流程，算法思維可視化，再對接編程語言。單獨(dú)將一個(gè)綜合性的任務(wù)直接拋給學(xué)生，學(xué)生肯定不知所措，因此做項(xiàng)目的分析的時(shí)候，鼓勵(lì)學(xué)生借助自己的語言描述角色的行為，把大任務(wù)分解成一個(gè)一個(gè)小任務(wù)來解決，并把編程工具，動(dòng)作模塊指令與任務(wù)一一對應(yīng)起來，實(shí)現(xiàn)行為動(dòng)作與編程語言的對接，再用思維導(dǎo)圖的方式進(jìn)行記錄，這里把自然語言與編程中的動(dòng)作模塊進(jìn)行相對應(yīng)的教學(xué)，學(xué)生對一個(gè)研究問題進(jìn)行了第二次抽象，使角色行為更形象表達(dá)，把問題逐一解決突破，大大降低了學(xué)生自主編程難度，使編程思維形成過程有據(jù)可循。

三、學(xué)會(huì)用編程的語言去表達(dá)世界

教會(huì)和培養(yǎng)學(xué)生有序思考，學(xué)會(huì)用編程的語言表達(dá)世界。表達(dá)世界對于每一個(gè)學(xué)科都有不同的方式，而我們信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)過程中可以用流程圖的功能描述，通過計(jì)算機(jī)編寫程序來實(shí)現(xiàn)。利用編程語言有條理的表達(dá)解決問題的思路過程和方法，是編程思維的外在表現(xiàn)形式。本案例需要表達(dá)的具體內(nèi)容有：通過《AI計(jì)算器》這個(gè)項(xiàng)目的研究，我們設(shè)計(jì)了0-6七個(gè)數(shù)字、加法、減法、等于、歸零等角色，并對角色編寫程序，設(shè)計(jì)腳本，并不斷的調(diào)試，最終完成了電腦上的程序演示。然后我們自己動(dòng)手用彩泥捏出了計(jì)算器上的所有鍵位，還用卡紙和銅膠帶布好線路，最后利用“鱷魚板”和數(shù)據(jù)線，連接好貼有銅膠帶的所有鍵位，帶上接地手環(huán)，我們每個(gè)人都親自嘗試了很多次，我們研究的的人工智能計(jì)算器可以進(jìn)行簡單的百以內(nèi)的加減計(jì)算，還能智能播報(bào)計(jì)算過程和計(jì)算結(jié)果，這個(gè)小小的計(jì)算器讓不愛數(shù)學(xué)的同學(xué)們羨慕不已，他們也紛紛嘗試了很多次計(jì)算，人工智能都這么愛學(xué)習(xí)，我們?nèi)祟愒俨缓煤脤W(xué)習(xí)，將來是不是要被人工智能取代了？所以他們都表示要好好學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)。 只要好好學(xué)習(xí)和應(yīng)用科學(xué)技術(shù)，我們的生活會(huì)變得更加美好！用編程語言反映各種角色的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)各種角色行為過程，做到AI計(jì)算器，編寫腳本，理解調(diào)試腳本，運(yùn)行完善程序，AI計(jì)算器的程序，可以滿足基本的加減法運(yùn)算，還能朗讀聲音，切換造型。如圖所示：

最后經(jīng)過對0-6七個(gè)數(shù)字、加法、減法、等于、歸零等角色編寫程序，設(shè)計(jì)腳本，并不斷的調(diào)試，我們最終完成了電腦上的程序演示。通過“編程造物小發(fā)明”AI計(jì)算器這個(gè)項(xiàng)目的研究，我們輔導(dǎo)老師帶領(lǐng)孩子們組成不同的小團(tuán)隊(duì)多次參加師市、兵團(tuán)級的科技創(chuàng)新大賽，分別獲得師市級一等獎(jiǎng)和兵團(tuán)級二等獎(jiǎng)的好成績。更重要的是在學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、比賽的過程中，我們學(xué)會(huì)了用編程的思維去觀察世界，用編程的邏輯去思考世界，用編程的語言去表達(dá)世界！學(xué)習(xí)編程可以幫助小學(xué)生提高分析、解決問題能力，真正將信息技術(shù)應(yīng)用到學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)學(xué)科知識的過程中。適度與合理的開展編程教育將對面向未來的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)起到重要作用。編程讓孩子成為未來世界的創(chuàng)造者，培養(yǎng)面向未來科技創(chuàng)新型人才的核心競爭力，我們要充分認(rèn)識編程教育的必要性和深遠(yuǎn)價(jià)值，推動(dòng)中小學(xué)編程教育發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2]黃偉祥，《人工智能伴成長》，中小學(xué)信息技術(shù)教育，2018年1月

[3]李鋒，《聚焦數(shù)字化勝任力》，中國電化教育，2018年