小學生計算思維與編程教學切入點

魏秀格 武廷榮 劉娜

摘要：計算思維作為一種創新型思維是信息教育研究的熱點，它是有數學，工程學的思維方式結合現代計算機科學的綜合性思維，他讓人用計算機的方式思考和解決問題。小學生作為思維發展的黃金時期，正式對思維培養的重要階段。本文以編程教學為切入點，以Scratch編程教學為例，研究編程教學對小學生計算思維的影響

關鍵字：計算思維;編程教學;切入點;Scratch

1.引言

計算思維作為一種解決問題的方式，給人們一種抽象的概念。使人們很難理解什么使計算思維。計算思維是什么，我們怎么樣將計算思維和實際教學建立橋梁。隨著時代的進步，科技的發展可視化軟件的出現，給出了人們新的出路（可視化軟件可以將計算過程直觀的顯現出來）。學生們可以根據可視化軟件了解計算機的運算結構和法則，是學生進行計算思維的最好切入點。

教育學家維果茨基認為搭建教學模型并給予學生們必要的指導，幫助他們理解和掌握相應的概念，幫助他們思維發展是有必要的[1]。現在市面上常用于教學的軟件主要由Scratch和APP inventor。APP inventor因為模塊不齊全，不適用于編程零基礎的小學生使用。所以我們在本次研究中采用Scratch編程教學，來討論如何將編程教學為切入點來進行計算思維的培養。

2.基于計算思維培養的Scratch編程實例

我們現在以Scratch編程軟件中的《小貓避障》為例來演示如何通過可視化編程教學為切入點，來對計算思維進行培養。很顯然，我們這次編程的目的是讓圖2-1的小貓躲避障礙物并成功的到達終點。

《小貓避障》實例

2.1? 提出問題，情景再現

好奇是人類進步的源動力[2]。小學生們的好奇心尤為的中，教師在上課時先拋出問題（老師能給用電腦給你們設計一個小貓避障，你們信不信？）。勾起學生們的好奇心。使學生們從一個老師那里接受信息的接收著，變為一個想探索真相的求知者。一個聰明的教育工作者，尤其是小學教育工作者。一定要讓孩子們有種身臨其境的感覺，讓他們感覺自己就是這次活動的主角。進一步的使孩子們有更加強烈的求知欲望，我們本節課布置的情景是《小貓避障》。我們會先把游戲中的場景帶入現實問同學們，你們在現實中躲避過障礙物嗎？是同學們身歷其境步入角色，使他們有更強的求知欲，在進一步提出你們愿意設計一個小貓避障的游戲嗎？最終是同學們由游戲的旁觀者到游戲的決策者改變。景認知理論認為，知識能在情境中體現出來。當我們在情景中構建出與現實中有用的橋梁。就會與參與者的的心理產生強烈的共鳴[3]。

2.2? 有效分析，呈現任務

教師在這一過程的任務是將避障這個大任務，分解成幾個有關連的小任務同時將計算思維展示給學生們看，和同學們一道分析要完成這幾個小任務我們需要做哪些準備，這些小任務之間有哪些聯系，這些小任務經過怎樣的邏輯可以完成大任務。我們在實驗的初期現提出這些問題，同學們在這些問題中自主思考從而有所收獲。在小貓避障的實例中，我們遇到的主要問題，背景的選擇，小貓尺寸的選擇，小貓和障礙物之間的關系，小貓通過怎樣的指令才可以通過實際的障礙物。

2.3? 思維加工，設計任務

我們這時給同學們一定時間的思考，讓他們開動腦筋，找出幾個獨立任務的內在關聯，并尋找相應的任務指令。我們在這一環節設計了任務卡，是同學們將自己的想法填入任務卡中，這樣做的目的是老師可以在任務卡中看出每個同學的想法是否正確。同學們也可以通過任務卡交流自己思考的過程。優秀的作品還可以拿出來供大家參考，學習。使這次學習可以在同學們之間實現良性的競爭關系最終實現同學之間的共同進步。

2.4? 測試調試，程序開發

在完成編程前的初步準備階段之后，我們要對小貓避障這個程序進行建模，而對小貓避障這個任務的難點是讓小貓如何避障，為了解決小貓如何避障的問題，老師現已如何躲避下障礙為例，為了避免學生出錯，先讓學生們進行口述，老師認為學生的計劃切實可行時，和同學們一道編寫小貓避障的系統流程圖，在解決完下障礙物之后，解決上障礙物就變得簡單多了。最終落實到程序上，看小貓是否能按設計這得意愿成功避障，到達終點。

編程不可能一簇而就，在編程中難免會遇到這樣，那樣的各種問題。當學生們在編程失敗時，首先，讓設計者進行自我的審查，閱讀自己的程序，閱讀程序本身就是一種自我學習的進步。在自己差錯失敗后，我們選擇分組差錯，分組差錯可以提高同學們的人際交流能力，也可使同學們在別人的錯誤中找出自己的不足，并可以學習別人程序中的優點，在以上兩個步驟之后同學們可能會遇到一些疑難雜癥，這是老師應動用自己的智慧去幫同學們去解決掉它。解決之后要對所出現的問題給學生們認真的分析和指導。

2.5? 內化遷移，總結評價

在老師和同學們的共同努力下小貓成功的越過障礙到達了終點。現在就是對前面各階段任務的總結，總結在整個過程中同學們是怎么通過一步步的思考，克服重重險阻，最終使小貓成功的到達終點。在這之中同學們盡力了怎樣的思考過程在思考中，學習到了什么。并且對小朋友的作品進行展示，讓小朋友感到成功的喜悅。在課后我們也應進行發散式的教育，讓學生們學到的東西不能只停留到表面，比如我們的程序可不可以變得更加簡潔，可不可以將障礙物的形狀改變，或者說是否能改變障礙物的顏色。使同學們對編程有更深的理解。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。更進一步的讓同學們理解計算性思維[4]。

3.結束語

與我國之前以傳授知識為主的應試教育不同，現代教育更加注重思維的培養，計算思維作為培養創新型人才的必要思維，如何培養計算思維在我國依舊是個難題，但是伴隨著計算機的出現。計算思維作為計算機科學的學科思維，主要是在計算機專業的知識與技能學習過程中滲透的。因此，編程學習也應該是計算思維教育的有效途徑[5]。本文通過對可視化軟件Scratch的實例進行分析，闡明了可通過編程軟件為切入點對計算思維進行培養。

參考文獻

[1]汪紅兵，姚琳，武航星等（2014）. C 語言程序設計課程中的計算思維探析[J]. 中國大學教學，（9）：59-62.

[2]王移芝，魯凌云，周圍（2012）. 以計算思維為航標 拓展計算機基礎課程改革的新思路[J]. 中國大學教學，（6）：39-41.

[3]楊男才（2013）. 基于計算思維的高中信息科技《算法與程序設計》教學探究[D]. 上海：海師范大學.

[4]姚天昉（2012）. 在程序設計課程中引入“計算思維”的實踐[J]. 中國大學教學，（2）：61-62，76.

[5] 任 友 群， 隋 豐 蔚， 李 鋒 （2016）. 數 字 土 著 何 以 可 能——也談計算思維進入中小學信息技術教育的必要性和可能性[J]. 中國電化教育，（1）：2-8.