基于計算思維培養的小學編程教學模式研究

張曉東

小學教育作為基礎教育的重要階段，如何在信息技術學科中培養學生的計算思維能力？如何評價學生的計算思維？筆者認為，計算思維不能簡單地認為是編程思維，計算思維是人類的基礎思維。小學編程教學起點比較低，以程序設計為主體來培養學生的計算思維，適合成為中小學開展計算思維教育的載體。本文立足計算思維培養研究，以小學生Scratch編程教學為例來探討計算思維培養的模式、策略及評價方法，為計算思維教學以及計算思維在其他領域的應用提供一些參考。

通過分析蘇教版五年級Scratch程序設計內容，發現共有三大主題，學生從易到難探究不同類型的創意表達和作品形式，在整個過程中逐步發展計算概念和計算實踐，從而培養計算思維的熟悉度和流暢性。程序設計每一課的內容基本上都是圍繞一個有趣的任務進行，完全適合應用任務驅動理論下基于計算思維培養的教學模式。教學內容從易到難，涉及排序、循環、判斷、選擇等與計算思維密切相關的概念與方法。在Scratch教學中，一般采用任務驅動法創設情境，引導學生探索與實踐，師生緊緊圍繞一個共同的任務展開教學，在精確的問題動機的驅動下，學生通過對學習資源的主動應用，積極進行自主探索和互動協作的學習，并在完成既定任務的同時，引導學生產生一種學習實踐活動。所以，在任務驅動法基礎上，我們把問題看作任務，分解問題就是分解成多個不同的小任務，由逐個解決到總體解決。基于此，構建了基于計算思維培養的編程教學模式（如圖1）。該模式把師生活動、流程與操作細化，主要分五大步驟，在任務驅動法理論下，編程教學都可以采用這種模式進行教學設計與實施。

下面以蘇教版信息技術教材五年級《穿越迷宮》一課教學為例，闡述如何利用這種基于計算思維培養的小學編程教學模式進行教學。

● 問題提出，創設情境

融入計算思維，最重要的其實是教學方法的改革。計算思維不是教學內容的改變，也不是工具的改變，而是教學方法、方式的改變。情境是一節課的開始，創設一個來源于生活并且有趣的真情境是非常重要也是十分必要的，好的情境不僅能帶出課題，還能適時把問題融入其中。本節課中，教師以現實生活中學生特別愛玩的傳統迷宮游戲為入口，把學生帶到了生活中最快樂的回憶中，然后運用啟發式提問“你們想不想自己建造一個迷宮？”引導學生思考，把真實迷宮與計算機上的迷宮產生聯系，學生由游戲玩家變為游戲設計者，激發學生的學習欲望，啟發學生思考。

情境認知理論認為：知識是情境化的，通過活動不斷地向前發展。構建與現實生活產生勾連的情境創設最易讓學生產生心靈共鳴，從而充分調動學生學習的欲望與興趣，為整個教學學生參與度打下堅實的基礎。

● 有效分解，呈現任務

任務驅動就是教師通過各種“任務”來引導學生主動學習的過程，教師呈現的任務就是要學生做一個開發者，設計與制作一個迷宮游戲。問題提出后，把大任務分解成小任務，要完成任務碰到的問題是什么？問題意識是思維的動力，所以基于任務的相關問題需要學生思考如何解決。

在《穿越迷宮》一課中，教師引導學生細化問題，需要解決的問題如下：

第一，要有一個迷宮場景，如何通過背景功能建立？

第二，要有一個走迷宮的角色，角色的大小如何選擇？

第三，角色會跟隨操作者指針進行移動，面向對象的指令會用嗎？

第四，當角色碰到黑色的欄板返回起點，如何應用判斷指令實現？

第五，角色如果安全走到終點會提示說“I Win！”，應該用什么指令？

● 思維加工，設計任務

確定每個問題對應的任務后，進行抽象建模等思維加工，進行任務設計過程，用程序流程圖說明思考與問題解決的流程。小學生雖然之前沒有接觸過流程圖，但我們可以用流程圖的形式來表示思維思考過程，如“穿越迷宮”思維流程圖（如圖2），這里設計的任務是“用流程圖的方式表現迷宮的實現過程”。

在這個環節中，學生積極接受教師的任務，在不斷思考小問題的解決過程中，可以不斷地涉及計算思維的相關概念，教師適時提出包括判斷分支、循環、事件等在內的多個計算思維概念，以加深理解和熟練運用這些概念，并不斷提升學生系統思考和創意思維能力。

● 測試調試，程序開發

分解的小任務通過問題解決方式設計完成后，就可以開始實施了。這里主要是指進行Scratch程序開發，在流程圖的引導下，把指令模塊按順序裝配，小任務逐個解決完畢后就解決了大任務。在這個過程中，要不斷地進行測試與調試（如下頁圖3）。

學生在流程圖的指引下，從易到難把一個個小問題用指令程序解決，在解決任務的過程中，既讓學生體會到了編程的快樂、解決問題的快樂，也在整個過程中潛移默化地有效培養了小學生的計算思維能力。

● 內化遷移，總結評價

經過前面各階段的學習，教師和學生一起順利完成了“穿越迷宮”游戲這一任務，教師和學生在此階段要做好總結評價工作。

一方面，由教師組織學生對作品進行評價，并回顧通過編程解決問題的過程，可以有效地鍛煉學生的評價和概括思維能力，這是計算思維培養中不可缺少的內容。

另一方面，教師還應在此基礎上繼續拓展，讓學生做后續研究與練習。例如，可以將問題遷移到設置不同的迷宮線路、給迷宮設置障礙等，通過多路徑問題加大難度，促使學生進一步思考如何解決這些難度更高的問題。同時，這種計算思維的方法與能力同樣還可以遷移到如吃豆游戲、賽車游戲等其他游戲問題中。

由以上環節可知，教師在教學內容和整個教學環節都貫徹了計算思維，同時引導學生積極參與并使用計算思維方法分析、求解問題。更進一步地，在以后的教學中采用的工具可以從圖像化語言循序漸進地轉化到Python語言。通過編程教學可以培養學生的編程思維和計算思維能力，當然，計算思維的培養不是信息技術一門課程、幾節課時就可以培養的，可能需要其他課程如數學、語言藝術等一起培養。

● 結束語

當前國內信息技術課程的主要目標是培養學生的信息素養，隨著可視化編程工具的出現，信息素養中最關鍵的計算思維培養也日益受到重視，相關理論與實踐研究也在不斷深入，需要教師運用合適的教學模式，發揮主導作用，精心設計教學過程，以可視化編程為抓手，讓學生在情境中分析問題，用程序方法與計算思維方式解決問題。重視并培養學生計算思維教育的目的，是培養學生的計算思維意識和方法，最終是為學生的整體發展與終身發展服務。中小學的計算思維教育是基礎，是為以后高等教育做基礎，所以必須從基礎做起。計算思維說到底是一種問題解決的思維，生活中的很多問題都需要運用計算思維進行解決，因此提高計算思維應用能力和解決實際問題能力是非常必要的。