淺議編程教育如何培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力

趙晶

關鍵字： 編程教育;計算思維;信息素養(yǎng);創(chuàng)新能力

中圖分類號：A 文獻標識碼：A 文章編號：（2022）-3-

近年來隨著人工智能的迅速發(fā)展，人工智能人才的培養(yǎng)也越來越受到重視。教育部最新發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出，將包括編程教育在內(nèi)的信息技術內(nèi)容納入中小學相關課程。在中小學開展編程教育，可以通過使用可視化的軟件scratch或者編程貓，讓學生告別枯燥的代碼編寫，讓程序過程隨時可見，比較符合學生的認知規(guī)律，深受中小學學生的喜愛，在學習編程的過程中逐步培養(yǎng)了學生的計算思維，而計算思維也是信息技術學科的核心素養(yǎng)之一，它是和孩子們擁有的讀寫算同等重要的認知能力，決定著對信息技術學科的認知高度，能讓孩子們像計算機科學家一樣思考，這就是編程思維，要滲透到學習的全過程，并且不斷的反復，進行深度的學習。編程教育，就是要培養(yǎng)孩子們的編程思維，讓孩子們學會用信息的意識去觀察世界，學會用編程的邏輯去思考世界，學會用編程的語言去表達世界。

一、學會用編程的思維去觀察世界

編程思維的理解是基于情境的，又是超越情境的。情境是思維的腳手架和介質，讓編程思維從外在走向內(nèi)里，從感感性情境走向思維情境，最終脫離非本質屬性的情境，從現(xiàn)實生活的此岸到達語言代碼的彼岸，實現(xiàn)生活化的抽象生產(chǎn)和理性建構。符合學生生活實際的情境創(chuàng)設能夠促進計算思維的理解。情境是連接現(xiàn)實生活與虛擬環(huán)境的橋梁，容易讓學生產(chǎn)生心靈共鳴，從而調動學習的欲望與興趣，有利于建立信息技術與生活之間的聯(lián)系，促進編程思維的理解，提升問題解決的能力！

如在參加兵團第34屆科技創(chuàng)新大賽中，我們輔導的三年級的孩子們做的“編程造物——AI計算器” 小發(fā)明中，就是針對很多年齡小的小學生，數(shù)學計算特別不好，漸漸地對學習都不感興趣了，而我們想用彩泥自己制作一個五顏六色的計算器送給他們，這個計算器可不是普通的彩泥手工！它通過編程再用數(shù)據(jù)線和電腦連接可以實現(xiàn)加減法的功能，我們一起幫助數(shù)學計算不好的同學恢復了對學習的熱情！所以我們要做的就是：思考如何用計算機編寫加減程序，通過數(shù)據(jù)線連接到我們自制的彩泥計算器上，從而實現(xiàn)簡單的加減計算。這個問題的提出就是從學生學習的真實情境中讓學生初步學會從編程思維的角度去提出問題、理解問題，并能綜合應用所學知識和技能去想辦法解決問題。

二、學會用用編程的邏輯去思考世界

從情境導向到問題導向，問題意識是思維的動力，是創(chuàng)新精神的基石，是探究問題解決問題的前提。教師給學生營造提出問題的情境，學生通過討論從問題情境抽象出問題的本質，把一個實際問題變?yōu)橛嬎銠C可以處理的問題，這是算法與程序設計的切入點。在教學中學生通過模擬AI計算器的情景提出了序列化的問題，這些問題提出雖然是分散無序的，但通過師生共同整理問題，集中在角色的聯(lián)系和技術實踐方面問題，從無序走向有序集約化的發(fā)展。讓學生初步學會從編程思維的角度提出問題、理解問題，并能綜合運用所學的知識和技能解決問題。學會用編程思維思考世界，編程思維表現(xiàn)為學生能夠采用計算機處理的方式，界定問題抽象特征，建立結構模型，合理組織數(shù)據(jù)，通過判斷分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法，形成解決問題的方案，總結利用計算機解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關的其他問題解決。理清事件的關系簡約化是運用編程思維解決復雜問題的第一步，特別是對小學生來說，他們普遍存在注意力不集中，興趣點轉移快，知識積累不夠等特點，當他們面對復雜的問題及算法時，學生不知道從何而起？如何下手？所以開始首先讓學生對設計項目有一個整體的理解，然后通過畫思維導圖進行簡約化的表達，最后采取大項目小任務用編程的語言來實現(xiàn)，這樣更有利于小學生計算思維漸進式的發(fā)展！

例如：“編程造物——AI計算器” 小發(fā)明的項目分工表

我們從四個方面來寫我們的思維導圖，分別是：項目描述（項目做什么）、控制方法（怎么去控制項目運行）、角色（包含哪些角色、每個角色的動作分析）、背景（背景是什么、背景的動作分析）項目思維導圖：

通過制作研究計劃分工表和項目的思維導圖，使得學生理清了行動流程，算法思維可視化，再對接編程語言。單獨將一個綜合性的任務直接拋給學生，學生肯定不知所措，因此做項目的分析的時候，鼓勵學生借助自己的語言描述角色的行為，把大任務分解成一個一個小任務來解決，并把編程工具，動作模塊指令與任務一一對應起來，實現(xiàn)行為動作與編程語言的對接，再用思維導圖的方式進行記錄，這里把自然語言與編程中的動作模塊進行相對應的教學，學生對一個研究問題進行了第二次抽象，使角色行為更形象表達，把問題逐一解決突破，大大降低了學生自主編程難度，使編程思維形成過程有據(jù)可循。

三、學會用編程的語言去表達世界

教會和培養(yǎng)學生有序思考，學會用編程的語言表達世界。表達世界對于每一個學科都有不同的方式，而我們信息技術學科教學過程中可以用流程圖的功能描述，通過計算機編寫程序來實現(xiàn)。利用編程語言有條理的表達解決問題的思路過程和方法，是編程思維的外在表現(xiàn)形式。本案例需要表達的具體內(nèi)容有：通過《AI計算器》這個項目的研究，我們設計了0-6七個數(shù)字、加法、減法、等于、歸零等角色，并對角色編寫程序，設計腳本，并不斷的調試，最終完成了電腦上的程序演示。然后我們自己動手用彩泥捏出了計算器上的所有鍵位，還用卡紙和銅膠帶布好線路，最后利用“鱷魚板”和數(shù)據(jù)線，連接好貼有銅膠帶的所有鍵位，帶上接地手環(huán)，我們每個人都親自嘗試了很多次，我們研究的的人工智能計算器可以進行簡單的百以內(nèi)的加減計算，還能智能播報計算過程和計算結果，這個小小的計算器讓不愛數(shù)學的同學們羨慕不已，他們也紛紛嘗試了很多次計算，人工智能都這么愛學習，我們?nèi)祟愒俨缓煤脤W習，將來是不是要被人工智能取代了？所以他們都表示要好好學習數(shù)學，學習計算機科學。 只要好好學習和應用科學技術，我們的生活會變得更加美好！用編程語言反映各種角色的關系，實現(xiàn)各種角色行為過程，做到AI計算器，編寫腳本，理解調試腳本，運行完善程序，AI計算器的程序，可以滿足基本的加減法運算，還能朗讀聲音，切換造型。如圖所示：

最后經(jīng)過對0-6七個數(shù)字、加法、減法、等于、歸零等角色編寫程序，設計腳本，并不斷的調試，我們最終完成了電腦上的程序演示。通過“編程造物小發(fā)明”AI計算器這個項目的研究，我們輔導老師帶領孩子們組成不同的小團隊多次參加師市、兵團級的科技創(chuàng)新大賽，分別獲得師市級一等獎和兵團級二等獎的好成績。更重要的是在學習、訓練、比賽的過程中，我們學會了用編程的思維去觀察世界，用編程的邏輯去思考世界，用編程的語言去表達世界！學習編程可以幫助小學生提高分析、解決問題能力，真正將信息技術應用到學習數(shù)學學科知識的過程中。適度與合理的開展編程教育將對面向未來的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)起到重要作用。編程讓孩子成為未來世界的創(chuàng)造者，培養(yǎng)面向未來科技創(chuàng)新型人才的核心競爭力，我們要充分認識編程教育的必要性和深遠價值，推動中小學編程教育發(fā)展。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，2017年7月

[2]黃偉祥，《人工智能伴成長》，中小學信息技術教育，2018年1月

[3]李鋒，《聚焦數(shù)字化勝任力》，中國電化教育，2018年