積木理論：在搭建與拆解中探尋計算思維培養路徑

劉濤

【摘 要】計算思維是義務教育信息技術核心素養之一，編程課程作為計算思維培養的重要課程越來越受到教育部門的重視，計算思維也是學生適應信息化時代發展的一項基本能力。當下計算思維的理論研究較為成熟，但是實踐指導研究較少，本文結合小學階段兒童特點，從實踐層面利用積木理論探尋適合兒童計算思維培養的有效路徑，在知識點的搭建與拆解中內化計算思維。

【關鍵詞】計算思維;積木理論;拆解;搭建;信息技術核心素養

《江蘇省義務教育信息技術課程綱要》指出信息技術課程以培養學生信息素養為總目標，信息素養是當今社會每個公民必備的基本素養，義務教育信息技術學科素養包括信息意識、計算思維、數字化學習能力、信息社會責任。編程教學是計算思維培養的有效方式之一，積木原理將計算思維形象化，從實踐層面將學生計算思維培養落地。

一、釋義：計算思維

2006年，周以真教授在美國權威期刊《Communications of the ACM》雜志上定義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涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。為便于理解，周以真教授將計算思維進一步定義，通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，把一個看來困難的問題重新闡釋成一個我們已知問題的解決方法;是一種選擇合適的方式去陳述一個問題，或對一個問題的相關方面建模使其易于處理的思維方法。結合眾多學者對計算思維的不同界定，筆者認為小學階段計算思維的培養，是指學生要掌握解決問題的方法，能根據已學知識與已有經驗，選擇合適的方法去解決遇到的問題的一種思維能力。

二、剖析：積木理論

積木指的是學生所掌握的獨立的知識點;當針對某一目標進行積木的搭建時，搭建過程即是學生對已有知識的整合過程;在面對新的目標時，進行積木的拆解，即分解已有的問題，學生運用已有的積木塊（已有知識），選擇最優方法進行再次的知識搭建，從而完成新的目標。

綜上所述，積木理論就是學生利用已有的不同形狀、不同顏色的積木（已有知識與已有經驗），能根據不同的搭建主題（遇到的不同問題），進行思維風暴，自主進行積木搭建與拆解（知識的融匯貫通）。

三、路徑：積木理論探尋計算思維培養路徑

（一）積累積木塊

目前小學階段主要學習scratch編程軟件，scratch擁有可視化的編程界面、采用圖形編程語言、非常巧妙的是引入了積木塊代替程序語言。在前期的編程教學中學生主要學習掌握編程軟件各個積木塊的功能，進行知識積淀。在小學編程教學前期的課程中，學生需要掌握scratch的基本操作，包括添加控件、拆除控件、刪除控件、打開與保存作品等。在掌握基本控件操作方法之后，進行認知積累，熟悉掌握動作、聲音、畫筆、數據、事件、控制、偵測、數字和邏輯關系等模塊的功能。在掌握了各模塊中控件的功能之后，學生的腦海中就擁有了眾多顏色各異、形狀不同的積木塊了，積木塊的扎實積累為后期熟練的搭建與拆解奠定了基礎。

（二）積木搭建與拆解

根據皮亞杰認知發展理論，小學階段兒童處于具體運算階段，這一階段的兒童能夠根據現象的觀察進行推理演算，具有邏輯性思考能力。小學五年級的學生開始接觸scratch編程軟件，學生認知向形式運算階段發展，學生的抽象思維能力逐漸發展與成熟，能夠對事物的發展做出假設與驗證。因此能通過教師的啟發進行自主探索，學生調用已掌握的積木塊進行積木的搭建，最終完成搭建目標。

拆解是為了下一次更好的搭建，再遇到新的搭建目標時，將積木塊進行拆解，在思維碰撞中完成新的搭建目標。

1.順序結構——初級搭建

在《青蛙過河》一課中，根據積木理論，本節課的授課過程就是帶領學生進行積木搭建的過程，在積木搭建中培養計算思維。本節目標是實現小青蛙通過荷葉跳躍過河，學生在前期積木積累中，掌握了移動控件的功能以及掌握控制模塊中等待控件的功能，本節課在教師的引導下通過對坐標概念的了解，對小青蛙運動軌跡的分析，從而能通過初級積木搭建掌握順序結構，在搭建中實現計算思維的培養。

2.分支結構——中級搭建

學生掌握了程序設計中的順序結構后，正式接觸程序結構，搭建技能將由初級搭建向中級搭建提升。在《小貓出題》一課，我將變量類比為小黑板進行講解，從抽象轉為具象，創建三塊小黑板，分別寫上加數1、加數2、和，通過對回答的判斷進行分支結構的搭建。進行思維導圖分析之后，學生進行積木搭建，在搭建中深化計算思維的培養。

3.循環、分支結構——高級拆解與搭建

在掌握順序結構與分支結構后，學生已建構了成熟的搭建思維，在《賽車游戲》一課，授課過程中引導學生為賽車裝上兩只“傳感器”作為偵測工具，通過分析小車的運動軌跡來理解程序結構，為便于理解，我帶領學生利用思維導圖分析小車運動軌跡，進行程序搭建。

在進行思維導圖分析之后，學生將已建構的程序結構進行拆解，重新進行積木搭建，本節課涉及學生已掌握的分支結構、順序結構，學生將思維導圖中相應模塊替換為已掌握的積木塊進行高級搭建。

四、結語：搭建目標，拆解為下一次更好的搭建

小學編程教學是學生階段程序結構學習的啟蒙階段，同時也是整個編程學習的奠基石。計算思維是小學信息技術培養的重要思維能力之一，在整個編程學習中，學生遇到問題、分析問題、解決問題，利用已掌握的積木塊進行搭建、拆解、拆解中搭建，利用積木理論內化計算思維的培養。

積木理論與scratch編程軟件完美契合，都從積木塊具象層面解釋編程語言，將抽象的編程形象化為具象的積木塊，利用學生熟悉的積木原理進行教學，學生學習興趣高昂，學習效率有很大提高。隨著信息技術課程體系的不斷發展，我們也將積木理論繼續優化，旨在利用最合適學生的方法帶領學生走進編程，在積木搭建與拆解中內化計算思維。

【參考文獻】

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