基于计算思维培养的小学编程教学模式研究
作者:***
来源:《中国信息技术教育》2019年第24期
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小学教育作为基础教育的重要阶段,如何在信息技术学科中培养学生的计算思维能力?如何评价学生的计算思维?笔者认为,计算思维不能简单地认为是编程思维,计算思维是人类的基础思维。小学编程教学起点比较低,以程序设计为主体来培养学生的计算思维,适合成为中小学开展计算思维教育的载体。本文立足计算思维培养研究,以小学生Scratch编程教学为例来探讨计算思维培养的模式、策略及评价方法,为计算思维教学以及计算思维在其他领域的应用提供一些参考。
通过分析苏教版五年级Scratch程序设计内容,发现共有三大主题,学生从易到难探究不同类型的创意表达和作品形式,在整个过程中逐步发展计算概念和计算实践,从而培养计算思维的熟悉度和流畅性。程序设计每一课的内容基本上都是围绕一个有趣的任务进行,完全适合应用任务驱动理论下基于计算思维培养的教学模式。教学内容从易到难,涉及排序、循环、判断、选择等与计算思维密切相关的概念与方法。在Scratch教学中,一般采用任务驱动法创设情境,引导学生探索与实践,师生紧紧围绕一个共同的任务展开教学,在精确的问题动机的驱动下,学生通过对学习资源的主动应用,积极进行自主探索和互动协作的学习,并在完成既定任务的同时,引导学生产生一种学习实践活动。所以,在任务驱动法基础上,我们把问题看作任务,分解问题就是分解成多个不同的小任务,由逐个解决到总体解决。基于此,构建了基于计算思维培养的编程教学模式(如图1)。该模式把师生活动、流程与操作细化,主要分五大步骤,在任务驱动法理论下,编程教学都可以采用这种模式进行教学设计与实施。
下面以苏教版信息技术教材五年级《穿越迷宫》一课教学为例,阐述如何利用这种基于计算思维培养的小学编程教学模式进行教学。
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● 问题提出,创设情境
融入计算思维,最重要的其实是教学方法的改革。计算思维不是教学内容的改变,也不是工具的改变,而是教学方法、方式的改变。情境是一节课的开始,创设一个来源于生活并且有趣的真情境是非常重要也是十分必要的,好的情境不仅能带出课题,还能适时把问题融入其中。本节课中,教师以现实生活中学生特别爱玩的传统迷宫游戏为入口,把学生带到了生活中最快乐的回忆中,然后运用启发式提问“你们想不想自己建造一个迷宫?”引导学生思考,把真实迷宫与计算机上的迷宫产生联系,学生由游戏玩家变为游戏设计者,激发学生的学习欲望,启发学生思考。
情境认知理论认为:知识是情境化的,通过活动不断地向前发展。构建与现实生活产生勾连的情境创设最易让学生产生心灵共鸣,从而充分调动学生学习的欲望与兴趣,为整个教学学生参与度打下坚实的基础。 ● 有效分解,呈现任务
任务驱动就是教师通过各种“任务”来引导学生主动学习的过程,教师呈现的任务就是要学生做一个开发者,设计与制作一个迷宫游戏。问题提出后,把大任务分解成小任务,要完成任务碰到的问题是什么?问题意识是思维的动力,所以基于任务的相关问题需要学生思考如何解决。
在《穿越迷宫》一课中,教师引导学生细化问题,需要解决的问题如下: 第一,要有一个迷宫场景,如何通过背景功能建立? 第二,要有一个走迷宫的角色,角色的大小如何选择?
第三,角色会跟随操作者指针进行移动,面向对象的指令会用吗? 第四,当角色碰到黑色的栏板返回起点,如何应用判断指令实现? 第五,角色如果安全走到终点会提示说“I Win!”,应该用什么指令? ● 思维加工,设计任务
确定每个问题对应的任务后,进行抽象建模等思维加工,进行任务设计过程,用程序流程图说明思考与问题解决的流程。小学生虽然之前没有接触过流程图,但我们可以用流程图的形式来表示思维思考过程,如“穿越迷宫”思维流程图(如图2),这里设计的任务是“用流程图的方式表现迷宫的实现过程”。
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在这个环节中,学生积极接受教师的任务,在不断思考小问题的解决过程中,可以不断地涉及计算思维的相关概念,教师适时提出包括判断分支、循环、事件等在内的多个计算思维概念,以加深理解和熟练运用这些概念,并不断提升学生系统思考和创意思维能力。 ● 测试调试,程序开发
分解的小任务通过问题解决方式设计完成后,就可以开始实施了。这里主要是指进行Scratch程序开发,在流程图的引导下,把指令模块按顺序装配,小任务逐个解决完毕后就解决了大任务。在这个过程中,要不断地进行测试与调试(如下页图3)。
学生在流程图的指引下,从易到难把一个个小问题用指令程序解决,在解决任务的过程中,既让学生体会到了编程的快乐、解决问题的快乐,也在整个过程中潜移默化地有效培养了小学生的计算思维能力。 ● 内化迁移,总结评价
经过前面各阶段的学习,教师和学生一起顺利完成了“穿越迷宫”游戏这一任务,教师和学生在此阶段要做好总结评价工作。
一方面,由教师组织学生对作品进行评价,并回顾通过编程解决问题的过程,可以有效地锻炼学生的评价和概括思维能力,这是计算思维培养中不可缺少的内容。
另一方面,教师还应在此基础上继续拓展,让学生做后续研究与练习。例如,可以将问题迁移到设置不同的迷宫线路、给迷宫设置障碍等,通过多路径问题加大难度,促使学生进一步思考如何解决这些难度更高的问题。同时,这种计算思维的方法与能力同样还可以迁移到如吃豆游戏、赛车游戏等其他游戏问题中。
由以上环节可知,教师在教学内容和整个教学环节都贯彻了计算思维,同时引导学生积极参与并使用计算思维方法分析、求解问题。更进一步地,在以后的教学中采用的工具可以从图像化语言循序渐进地转化到Python语言。通过编程教学可以培养学生的编程思维和计算思维能力,当然,计算思维的培养不是信息技术一门课程、几节课时就可以培养的,可能需要其他课程如数学、语言艺术等一起培养。 ● 結束语
当前国内信息技术课程的主要目标是培养学生的信息素养,随着可视化编程工具的出现,信息素养中最关键的计算思维培养也日益受到重视,相关理论与实践研究也在不断深入,需要教师运用合适的教学模式,发挥主导作用,精心设计教学过程,以可视化编程为抓手,让学生在情境中分析问题,用程序方法与计算思维方式解决问题。重视并培养学生计算思维教育的目
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的,是培养学生的计算思维意识和方法,最终是为学生的整体发展与终身发展服务。中小学的计算思维教育是基础,是为以后高等教育做基础,所以必须从基础做起。计算思维说到底是一种问题解决的思维,生活中的很多问题都需要运用计算思维进行解决,因此提高计算思维应用能力和解决实际问题能力是非常必要的。
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