基于計算思維能力培養(yǎng)的小學圖形化編程教學策略
——以“火柴人跳舞”為例

江蘇省宜興市陶都小學 邵嬌妍

人工智能發(fā)展進程加快，對社會與人們生活產(chǎn)生了深刻的影響。基于人工智能的廣泛應(yīng)用，編程開始進入信息技術(shù)課程教學，并成為重要的教學內(nèi)容。然而，小學信息技術(shù)編程教學還存在一些問題，編程內(nèi)容系統(tǒng)性不強，教學方法單一，導致學生對編程學習內(nèi)容提不起興趣，不利于學生思維進階。因此基于小學編程教學現(xiàn)狀，嘗試打破傳統(tǒng)編程教學思想，有機融合計算思維，將圖形化的編程教學與抽象的計算思維能力培養(yǎng)有機結(jié)合起來，提高小學信息技術(shù)編程教學的開放性，借助有序的教學設(shè)計、結(jié)構(gòu)化的學科思維等，以實現(xiàn)圖形化編程教學與學生計算思維能力協(xié)同發(fā)展。

一、教學情境：尊重經(jīng)驗，對接生活

信息技術(shù)教學實踐表明，情境對激發(fā)學生信息技術(shù)學習熱情、提高教學內(nèi)容的粘性具有重要的價值。因此，基于計算思維能力培養(yǎng)的圖形化編程教學應(yīng)基于學生興趣激活的需要，對傳統(tǒng)教學情境進行優(yōu)化，尊重學生自身的經(jīng)驗，并關(guān)照學生現(xiàn)實生活，借助學生熟悉的案例、富有生活氣息的情境引入圖形化編程教學內(nèi)容，賦予情境以真實的意義，從而讓學生對圖形化編程教學內(nèi)容感興趣，激活學生探索編程學習內(nèi)容的源動力。

如“火柴人跳舞”一課中，圖形化編程軟件認識教學，這是編程教學的前提和基礎(chǔ)，傳統(tǒng)教學模式下，教師主要借助講解和記憶的方式引導學生認識控件，掌握控件的操作方法。如果直接對學生進行控件認知教學，顯然難以有效調(diào)動學生認知興趣。在分析學情基礎(chǔ)上，決定借助學生感興趣、熟悉的積木游戲創(chuàng)設(shè)與圖形化編程相似的情境，再過渡到圖形化編程軟件教學，讓學生根據(jù)搭積木的經(jīng)驗進行遷移性學習，將控件比作積木，提供控件組合達到搭建腳本的效果。

通過創(chuàng)設(shè)真實而有意義的情境，較好地借助學生已有的畫圖經(jīng)驗，將學生既有的經(jīng)驗與學習內(nèi)容進行關(guān)聯(lián)。這樣不僅可以較好地激發(fā)學生編程學習之趣，而且也使學生既有的知識、經(jīng)驗形成關(guān)聯(lián)，讓新知識、新技能建立在學生既有認知基礎(chǔ)和生活經(jīng)驗基礎(chǔ)之上。如此，學生對編程概念、語法等知識的理解就有了意義，學生計算思維能力也在遷移中得到自然生長。

教學情境創(chuàng)設(shè)時，為了促進學生計算思維能力發(fā)展，教師可以結(jié)合情境產(chǎn)生的效果，配合情境設(shè)計相關(guān)的問題，讓問題自然地生成于情境。如結(jié)合學生“玩積木”時設(shè)計了這樣的問題：大家平時喜歡玩積木嗎？學生普遍回答玩過，喜歡玩。再進一步提問：“你們是怎樣玩的，能不能介紹一些好玩的玩法？”

借助情境產(chǎn)生的問題，既激發(fā)學生參與課堂問答的熱情，也借助問題引導學生思考，讓學生在交流積木玩法的過程中積極地調(diào)動思維，從“玩”上升到“策略”層面。學生在交流玩法的過程中，思維得到了較好的調(diào)動，也為了解本節(jié)課所學內(nèi)容進行了鋪墊，讓學生借助玩積木的經(jīng)驗學習本節(jié)課內(nèi)容。如此，較好地實現(xiàn)學生生活經(jīng)驗和學習經(jīng)驗的融合，讓生活經(jīng)驗促進學生學習經(jīng)驗的生成，奠定計算思維能力發(fā)展的思維基礎(chǔ)。

二、教學目標：尊重學生差異，實施目標分層

學生圖形化編程學習需要經(jīng)歷一個循序漸進的過程，計算思維能力培養(yǎng)也不可能在短期內(nèi)達到較高的發(fā)展水平。教師應(yīng)基于學生計算思維能力發(fā)展水平和圖形化編程學習時機，既要關(guān)注學生整體性發(fā)展水平，更要關(guān)注學生個體，遵循學生個性化特質(zhì)以及學生之間的差異性，基于學生最近發(fā)展區(qū)和學習需求，實施科學的目標分層。圖形化編程教學按照教學內(nèi)容的難易度和學生計算思維能力發(fā)展水平層級，可以對教學目標進行層級化預(yù)設(shè)，細化為三個層級，分別是入門級、進階級和提高級等，不同層次的學生對接不同的目標層級，以實現(xiàn)全體學生的真正發(fā)展。如“火柴人跳舞”編程教學，本節(jié)課的目標主要包括兩個重點，分別是角色造型繪制與造型切換的方法。根據(jù)本節(jié)課教學目標，針對三個層級，對不同層次的學生制定以下目標：

1.入門級。

入門級目標在目標層級中處于最低層級，是學生應(yīng)知應(yīng)會的內(nèi)容，也是針對學生群體提出的發(fā)展目標。入門級目標預(yù)設(shè)時，教師應(yīng)考慮學生群體，充分體現(xiàn)出基礎(chǔ)性。基于入門級目標設(shè)計原則，角色造型繪制方面，學生通過本節(jié)課的學習，可以繪制出較為簡單的三種“火柴人”；造型切換的方法方面，學生能夠簡單地結(jié)合控件，讓角色得以疊加起來，從而賦予火柴人跳舞的效果。

2.進階級。

進階級是對入門級目標的升級，需要教師根據(jù)大部分學生群體的學習需求和計算思維能力發(fā)展，在入門級目標基礎(chǔ)上進行適當?shù)奶嵘詽M足大部分學生學習需求。角色造型繪制方面，在入門級基礎(chǔ)上，賦予造型以美觀性；造型切換的方法方面，提高學生控件操作的熟練性，并達到預(yù)期的目標。

3.提高級。

提高級在目標層級中處于最高層級，是針對學習基礎(chǔ)較好、興趣濃厚、學有余力的少部分學生指導的目標。角色造型繪制方面，在前兩個層級基礎(chǔ)上，造型要求提高到角色造型的連續(xù)性層級，并且融入學生審美觀念，讓角色造型更加美觀；造型切換的方法方面，增加切換控件，并提高火柴人舞蹈的動畫效果。

三、教學內(nèi)容：指向有序思維，優(yōu)化內(nèi)容結(jié)構(gòu)

教學內(nèi)容是達成圖形化編程教學目標，培養(yǎng)學生計算思維的關(guān)鍵，教學內(nèi)容應(yīng)基于新的教學生態(tài)，對教學內(nèi)容進行選擇，使教學內(nèi)容轉(zhuǎn)向有序思維，并對教學內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化設(shè)計，從而改變傳統(tǒng)圖形化編程教學內(nèi)容碎片化現(xiàn)狀，使學生獲得的知識形成鮮明的類別，形成清晰的標簽，讓學生知識體系更加完善，能夠更好地指導學生實踐。

“火柴人跳舞”圖形化編程，通過教學要實現(xiàn)火柴人跳舞。基于教學任務(wù)，教學內(nèi)容選擇與結(jié)構(gòu)化設(shè)計如下：角色創(chuàng)建→跳舞效果→舞臺營造；根據(jù)圖形化編程教學內(nèi)容，再進行類別化處理與標簽設(shè)定。歸入應(yīng)用庫→設(shè)定標簽。通過上述內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化處理，使得不同類型、各類方法和程序模塊有機關(guān)聯(lián)起來，使新舊知識、不同的類別得以關(guān)聯(lián)起來，形成條理清晰的類別，無形中促進學生計算思維能力和編程思維能力的協(xié)同發(fā)展。

內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計還應(yīng)對接學生思維發(fā)展特點，一般從學生熟悉的內(nèi)容入手，如學生熟悉的計算機作品、生活中類似的現(xiàn)象等。借助學生熟悉的內(nèi)容，充分發(fā)揮學生形象思維優(yōu)勢，幫助學生建立起直觀的認知。在學生直觀感知基礎(chǔ)上，再進入信息技術(shù)學習內(nèi)容，從感性認知向理性認識抽象，幫助學生積極地調(diào)動計算思維，促進學生思維能力發(fā)展；最后，再優(yōu)化信息技術(shù)學習場景，給學生創(chuàng)造實踐應(yīng)用的機會，在應(yīng)用中實現(xiàn)知識內(nèi)化，讓計算思維轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生實踐技能。

四、教學活動：項目驅(qū)動教學，指向問題解決

教學活動是圖形化編程教學的重中之重，也是實現(xiàn)信息技術(shù)知識向技能、學生計算思維能力發(fā)展的關(guān)鍵。如何確保教學活動的有效性和有序性，教師應(yīng)借助合適的載體。項目教學是一種有效的方法，它以項目為抓手，在完成項目任務(wù)的過程中培養(yǎng)學生解決問題的能力。

1.實施項目教學，指向問題解決。

項目活動設(shè)計時，應(yīng)遵從學生思維發(fā)展的過程，有序?qū)椖窟M行分解。項目任務(wù)分解還應(yīng)基于活動總目標的統(tǒng)攝，使總項目細化為結(jié)構(gòu)化的子項目，子項目設(shè)計時，應(yīng)與圖形化編程教學知識點、學生計算思維能力發(fā)展高度對接，使之承載本節(jié)課的教學目標，并與學生認知興趣高度吻合，能夠較好地激發(fā)學生興趣；在分解基礎(chǔ)上，需要進行模式識別，選擇最有利于問題解決的方法、策略和途徑。解決問題應(yīng)基于基本的流程，形成顯性化的流程思維導圖，讓需要解決的問題條理清晰，層級鮮明，從而使學生通過模式識別活動，邏輯思維能力得到較好的發(fā)展，方法策略意識更加強烈；根據(jù)流程圖，繼而進行抽象思維活動，將流程與編程模塊進行有機的轉(zhuǎn)化與組合，再開展腳本搭建活動，最后在反復(fù)的調(diào)試過程中不斷完善程序，讓學生對各個模塊的的基本功能和作用等獲得深刻的理解；項目評估是提高項目驅(qū)動效應(yīng)的重要環(huán)節(jié)，評估環(huán)節(jié)應(yīng)發(fā)揮學生主體性作用，通過學生互動，讓學生獲得交流與分享的機會，為共生資源的形成創(chuàng)造條件，使模塊功能從知識性向真實、有意義的應(yīng)用升級；遷移是項目驅(qū)動教學的最終落腳點，主要對既有的程序進行優(yōu)化，賦予程序更高效的功能，給學生創(chuàng)造知識遷移與解決問題的實踐鍛煉機會。

“火柴人跳舞”遵照上述項目化教學活動，以“火柴人跳舞”為總項目，再對項目任務(wù)進行分解，形成以下幾個子項目：角色造型設(shè)計。角色造型設(shè)計時，應(yīng)將動作的連貫性和合理性作為重點，既要使動作做到連貫流程，又要對不合理的動作進行糾正與完善；造型變化。角色造型變化主要借助“下一個造型”進行不斷重復(fù)，使動作生成動畫效果。基于子項目，學生再根據(jù)項目實施的程序，設(shè)計流程圖，使解決問題的思維形象的呈現(xiàn)出來，再借助相應(yīng)的程序模塊，依據(jù)流程圖搭建起相應(yīng)的腳本，再對動畫效果進行反復(fù)調(diào)試。展示環(huán)節(jié)，結(jié)合展示有機穿插項目評價，對項目優(yōu)點和存在的不足進行總結(jié)與反思；最后，再借助拓展性學習，引導學生不斷加大火柴人數(shù)量，以及火柴人的舞蹈動作，引領(lǐng)學生計算思維不斷攀升，促進學生計算思維能力進階與圖形化編程能力內(nèi)化。

2.搭建學習支架，發(fā)展計算思維。

在實施項目教學，引導學生解決問題過程中，教師應(yīng)基于學生計算思維能力和編程能力發(fā)展需要，給學生搭建支架，幫助學生借助支架更好地發(fā)展計算思維能力和編程能力。降低圖形化編程教學難度，提高學生參與積極性。“火柴人跳舞”在項目活動中，主要給學生搭建了以下支架。

（1）情境支架。

根據(jù)項目學習內(nèi)容，從學生熟悉的案例或者生活化素材中提取情境素材，引導學生借助情境支架向本節(jié)課教學內(nèi)容遷移，借助情境激發(fā)學生編程學習熱情，激發(fā)學生潛能；同時，借助情境支架，讓學生對學習內(nèi)容產(chǎn)生期待，也使學生既有的知識、生活經(jīng)驗等得以有效地調(diào)動起來。

（2）知識支架。

知識支架建構(gòu)時，教師應(yīng)借助計算思維的基本概念對編程中的相關(guān)知識進行解釋，包括運用的功能模塊，基本語法等知識，增強學生對功能模塊的深度了解，讓學生的編程知識得以完善，形成編程的基本思想，讓學習更加高效。如造型轉(zhuǎn)變，可以借助西游記中的孫悟空和二郎神斗法中的變化，能夠快速地轉(zhuǎn)變成不同的造型，從而賦予知識以形象性，降低教學內(nèi)容理解的難度。

（3）思維支架。

思維發(fā)展是圖形化編程教學的一個重要任務(wù)，思維具有抽象性，需要教師給學生思維發(fā)展搭建支架。思維支架可以借助圖示化的方式，借助圖畫直觀地呈現(xiàn)思維，讓學生地解決項目的思路與框架等形成直觀的認識。例如，指向問題解決的項目流程設(shè)計，可以借助圖示化的方式讓流程和解決問題的思路直觀呈現(xiàn)出來；信息化時代，教師也可以借助信息技術(shù)手段，將抽象的思維直觀地還原出來，從而引領(lǐng)學生經(jīng)歷知識形成的過程。最后，再根據(jù)學生思維發(fā)展水平，逐步地解除支架，讓學生思維不斷趨向成熟。

（4）策略支架。

基于計算思維能力培養(yǎng)的圖形化編程教學的最終目的在于解決問題，問題的解決又需要切實可行的方法與策略。因此，教師應(yīng)在圖形化編程教學過程中給學生搭建策略支架。如猜測策略，在開展項目活動之前，引導學生對項目進行猜測，并借助項目活動去驗證猜測。借助猜測策略，讓學生養(yǎng)成預(yù)測的習慣，增強學生學習目的性，培養(yǎng)學生探究能力。策略支架搭建時，教師應(yīng)改變傳統(tǒng)做法，從傳統(tǒng)講解式教學、示范教學等，轉(zhuǎn)向?qū)W生自主探究，突出學生主體性，讓學生在項目學習過程中經(jīng)歷學習過程，避免信息技術(shù)教學中以教代學現(xiàn)象的發(fā)生，讓策略形成于學生自主探究的過程。如此，學習策略才能對學生計算思維能力發(fā)展起到真正的促進作用。

總之，小學圖形化編程教學應(yīng)重視學生計算思維能力發(fā)展，這是由信息技術(shù)學科特點所決定，它是學生進行編程學習所必備的能力，也是學生思維能力發(fā)展的必然訴求。基于計算思維能力培養(yǎng)的圖形化編程需要進行系統(tǒng)化的轉(zhuǎn)變，從教學情境、教學目標、教學內(nèi)容、教學活動等多個層面進行系統(tǒng)化的變革，讓計算思維能力與編程能力協(xié)同發(fā)展。