面向計算思維培養的小學圖形化編程教學探究

王慧

摘要：計算思維是小學信息技術學科的核心素養，是信息技術教學的重要內容。小學圖形化編程教學是計算思維培養的重要載體之一，筆者在教學過程中進行了一系列的探究，總結設計了面向計算思維培養的小學圖形化編程教學流程，并選取了2021年在全國小學信息技術優質課展示活動中獲得標桿課的課例進行分析說明，探討如何在小學圖形化編程教學中培養學生的計算思維，以期推動少兒編程教學的發展，為師生信息素養的提升獻計獻策。

關鍵詞：小學圖形化編程;計算思維;教學探究

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2021）S2-0026-03

2003年，周以真教授首次提出“計算思維”這一概念，她認為計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計，以及人類行為理解等覆蓋計算機科學的思維和能力[1]。計算思維可以幫助人們解決復雜的問題，與人們的生活和工作緊密相關，是一種普適的能力，也是信息技術學科的核心素養。在小學階段，圖形化編程教學是培養學生計算思維非常重要的載體之一[2]，但是在教學中有不少教師因為缺乏經驗不知如何教學，或者是教學效果不佳。因此，探究如何在小學圖形化編程教學中培養學生的計算思維顯得尤為重要。

面向計算思維培養的小學圖形化編程教學流程設計

根據對計算思維的學習和理解，結合日常小學圖形化編程教學的經驗以及小學圖形化編程教學的特點，筆者設計了以“化繁為簡、化簡為繁”為模式的小學圖形化編程教學流程圖（如圖1）。“化繁為簡”指的是將復雜的問題分解，使其簡單化;“化簡為繁”指的是讓學生將碎片的知識系統化，讓思維從具體化走向抽象化。

教師先分析教材和學情，確定教學目標及重難點。教學過程經過“創設情境，將思維可視化”“初步應用，將程序具象化”“深入運用，將難點直觀化”“自主創作，將思維系統化”“小結提升，將思考深度化”等五個環節，并且注重課后教學反思。在這個過程中，參照成熟的計算思維解決問題的方式，在深入運用環節中，通過“確定問題”“分解問題”“模式識別”“算法設計”“執行步驟”“調試改進”這幾個步驟解決課堂難點。整個過程都需要考慮設計導學單、制作情境教具、設計迭代板書，以支撐整個過程能夠順利進行。

與此同時，學生的思維也在循序漸進中得到鍛煉，學生體驗了將復雜問題轉換成簡單問題的程序思維，實現由解決一個問題到解決一類問題的思維蛻變。

面向計算思維培養的小學圖形化編程教學實施案例

下文選取了筆者2021年在全國小學信息技術優質課展示活動中獲得標桿課的課例，具體分析怎樣在小學圖形化編程教學中滲透學生計算思維的培養。

1.分析到位，旨在落實計算思維培養

對教材和學生情況的了解，是編程教學的前提。本內容來源信息技術六下編程單元《繪制創意圖形》。無論多么復雜的程序都可以分解為順序、選擇、循環這三種基本結構，其中，循環結構是重中之重。繪制創意圖形的關鍵點就是對循環結構的理解與掌握。

這節課教師將教材中使用畫筆繪制創意圖形改編成企鵝進行花樣滑冰游戲情境，留下創意圖形軌跡，讓教學內容更富有情境、更具吸引力，讓學生更容易理解循環結構及嵌套。通過逐步設置情境難度、設計思維訓練工具，將學生計算思維的培養落到實處。

六年級學生正處于形象思維向抽象思維過渡的階段，較難理解結構、結構的嵌套等抽象概念;他們已經學習了算法初步、順序結構等知識，初步掌握了理解過程、在圖形化編程軟件中拖動代碼的技能，但不具備從整體上分析循環規律的意識。

基于以上分析，筆者將本節課的教學目標確定為：學生理解循環結構的基本構成，掌握循環結構的應用;在應用循環結構進行程序設計的過程中，培養學生的計算思維;學生學會使用形象化工具分析循環結構，養成利用工具處理問題的能力;培養學生勇于探索的精神和善于交流的能力。

其中，理解并初步應用循環結構是本節課的重點。小學生難以理解循環結構嵌套的執行過程，所以應用循環結構的嵌套進行程序設計就成為本節課的難點。

2.環節設計，多方面滲透計算思維培養

根據“化繁為簡、化簡為繁”模式的小學圖形化編程教學設計流程，將教學核心環節設計如下。

（1）創設情境，將思維可視化

設計學生喜歡的桌游導入，學生在與同伴玩桌游的過程中借助老師設計提供的工具進行思考分析，填寫游戲步驟，將思維形象地表示出來。

接著學生在圖形化編程軟件中實現桌游效果，在一步步拖代碼中深刻體驗到重復拖動代碼的不便，此時，教師利用直觀的步驟表和學生一起分析重復的步驟代碼和次數。學生通過實踐、對比，觀察發現循環結構，體會循環結構的好處，理解循環次數和循環體。整個過程符合學生認知規律，循序漸進，水到渠成。

（2）初步應用，將程序具象化

教師首先給學生播放視頻，讓學生分析企鵝滑冰軌跡為一個正方形的步驟，并運用循環結構完成程序設計，讓學生建立觀察、分析到循環結構的聯結，通過實例將循環具象化，讓學生進一步理解循環結構，掌握其初步應用。

（3）深入運用，將嵌套直觀化

循環結構的嵌套是本節課的難點，成熟的計算思維能夠將難題清晰地描述并解答出來。參照計算思維解決問題的方式，教師設計了企鵝花樣滑冰軌跡，讓學生進行以下思維訓練。

①分解問題。學生觀看視頻，將問題分解成重復畫正方形（如下頁圖2）。

②模式識別。學生觀察企鵝畫正方形過程中旋轉的角度及旋轉次數之間的聯系。

③算法設計。學生分析循環體和循環次數，利用循環結構進行算法設計。此時，教師適時引導學生發現循環體中包含循環結構，從而引出循環結構的嵌套（如下頁圖3）。

④執行步驟、分析判斷結果。學生在圖形化軟件中利用循環結構的嵌套方式實現效果。

通過這一環節，學生可以體驗到將復雜問題轉化成簡單問題的思維過程，對循環結構的嵌套有了較深入的了解，為后面的創作奠定基礎。

（4）自主創作，將思維系統化

教師展示部分復雜圖案，激發學生繼續挑戰的熱情，小組合作，在分解問題、解決問題過程中，先學會畫多個正方形的編程，再學會畫任意個多邊形的編程。學生通過匯報展評，提高表達能力，深化對創作作品的結構分析，強化循環結構的理解運用，實現由解決一個問題到解決一類問題的思維蛻變，并擁有自己的想法，讓思維從“碎片化”變得更加“系統化”。

（5）小結提升，將思考深度化

在總結本節課所學知識的基礎上，教師向學生提出一系列問題，引導學生深入思考，激發學生進一步學習的熱情。

面向計算思維培養的圖形化編程教學反思

縱觀本課，教師充分尊重學生思維發展特點，讓學生思維從“具象化”走向“抽象化”，從“碎片化”變得更加“系統化”。具體表現如下。

其一，落實思維培養。參照成熟計算思維思考問題的方式，利用桌游、表格、板書、導學單等，層層引導學生深度思考，在這一過程中關注自然語言到程序語言的過渡，將學生計算思維的培養落到實處。學生在思維訓練后實現由解決一個問題到解決一類問題，進而進行創意創作的思維蛻變。

其二，巧設游戲情境。將企鵝滑冰情境貫穿整個課堂，逐步提升企鵝滑冰難度，即提高游戲挑戰難度。學生在挑戰中進行不同程度上的創作，不同水平的學生得到不同層次的收獲和提高。

其三，精心設計板書。注重直觀、色彩搭配，從代碼出發選擇相應板書的顏色，注重板書的迭代、生成過程，幫助學生分析、理解、內化教學內容。

總結

化繁為簡，讓學生在輕松、愉快的情境中學習，培養計算思維;化簡為繁，讓學生將簡單、碎片的知識系統化，學會知識遷移。

當然，上述教學流程僅僅是筆者通過一線教學不斷探索、總結的經驗，不一定適用所有的師生。一線教師需要在教學過程中不斷挖掘，在教學中充分立足課本內容，以學生為本，尊重學生的認知發展規律，循序漸進地對學生進行思維訓練，在課堂教學的方方面面滲透學生計算思維的培養。

參考文獻：

[1]謝忠新，曹楊璐.中小學信息技術學科學生計算思維培養的策略與方法[J].中國電化教育，2015（11）：116-120.

[2]陳茂賢，何國星.基于計算思維培養的小學Scratch編程教學[J].教育信息技術，2017（10）：53-57.