圖形化編程促進小學生計算思維的培養

曹一璇

作為一個解決問題的思維過程，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[1]。小學生群體是祖國的未來，是提升我國國際綜合競爭實力的未來中堅力量。強化對小學生計算思維能力的訓練，可以在很大程度上提升學生的信息技術知識與技能，能夠促進學生跨學科思維能力的培養。目前在小學階段展開的圖形化編程教育，可以為小學生計算思維能力的培養創造有利條件[2]。

隨著信息技術的高速發展，小學編程教育所使用的編程工具不再是以文本為主的傳統形式，而是以模塊、積木堆疊為主的圖形編程形式。這種圖形化的編程軟件，以學生具象思維為支撐，有助于培養學生的邏輯思維能力，更有助于學生創造力的培養。

一、應用圖形化編程培養小學生計算思維的優勢

目前，各個學校所使用的圖形化編程軟件種類豐富、功能多樣。以菠蘿編程平臺為例，它是一款開放的在線編程學習網站，具有簡單的使用環境，登錄即可免費使用，這樣可以有效節省軟件安裝需消耗的時間成本。從學生的角度來講，一部智能手機或一臺電腦就可以輔助其登錄網站，而后開啟編程課程的學習。與此同時，學生登錄該編程網站后，可以查看其他學生上傳的優秀作品，并針對該作品與其他共享者交流意見，從而使彼此的創作積極性得到大幅度提升。

菠蘿編程的界面主要包括舞臺區、角色背景區、程序命令區和腳本區四部分。舞臺區主要用于展示程序效果，學生可以自主瀏覽創作的動畫效果；在角色背景區，學生可以將所添加的角色和背景一覽無余；程序命令區包括八大模塊，即聲音、變量、運算、外觀、探測、畫筆、控制、運動；腳本區是學生拖拽程序命令區中的命令并進行使用的區域，同時可以設置某些命令的參數。

通過圖形化編程培養學生的計算思維，具有三方面優勢。

其一，以圖形化編程完成作品的創作，有助于學生綜合運用算法思維、分解思維和抽象思維。學生在運用圖形化編程創作作品時，需要充分考慮該編程中的哪些功能模塊能夠作用于該作品的創作，以及如何合理搭配這些功能模塊以呈現預期的效果。同時，當一次呈現效果不理想時，還需要進行測試與調整，直到創作出滿意的作品。從本質上來講，這個過程就是學生多重思維共同作用的結果，所以能夠在培養與提升學生計算思維能力方面發揮重要作用。

其二，以圖形化編程完成作品的創作，可以有效降低對學生編程學習的要求。以往的編程平臺所采用的界面主要表現為文本代碼，而圖形化編程的界面表現為圖形，這就意味著，學生在利用圖形化編程創作作品時，不需要再去記憶復雜的計算機語言，不需要理解難度較大的代碼，只需要簡單疊加不同的圖形模塊，就可以設計相應的程序或創作出理想化的作品。由此可見，圖形化編程軟件大大降低了對學生學習編程的要求，從而有助于學生學習圖形化編程積極性的提高以及小學階段學生計算思維能力的培養。

其三，以圖形化編程創作作品，學生的創作自主性可以得到進一步凸顯。圖形化編程網站平臺對所有學生開放編程作品上傳、共享權限，學生們可以對不同的作品發表意見、交流思想，從而吸取其他人作品中的精華和創意，以改進和完善自身的作品創作。這就意味著，學生的編程作品創作自主性可以得到進一步凸顯，學生的創新思維、社交能力等都可以得到顯著提高。

二、圖形化編程促進小學生計算思維培養的途徑

以圖形化編程工具的基本特征和小學信息技術教學現狀、小學生計算思維培養現狀為基本出發點，在充分發揮圖形化編程促進小學生計算思維培養方面的作用時，可首先構建教學模型（見圖1）。

圖1 圖形化編程促進小學生計算思維培養的教學模型

以圖1 教學模型為依據，有機融合圖形化編程與小學生計算思維培養，可以從五個維度進行策略的探究。

（一）創設教學情境，激發學生的探索積極性

小學是學生學習生涯的基礎階段，處于小學階段的學生，特別是小學低年級學生，在學習編程時，很難進入學習狀態，而造成這種現象的原因在于學生生活經驗、知識儲備和學習能力的不足。因而，以圖形化編程促進小學生計算思維的培養，其中一個重要路徑就在于搭建一個貼近小學生生活體驗和學習體驗的情境。同時，要確保該情境能夠調動學生的已有知識，能夠為學生的想象預留充足的思考空間和強有力的支點[3]。只有將生活真實情境融入圖形化編程教學中，才能有效緩解小學生的陌生感和抵觸心理，才能進一步激發學生的學習興趣和探索動力。

以圖形化編程軟件的界面教學為例，可以將小學生日常生活中玩搭積木游戲的經驗滲透到認識與操作控件，以及搭建腳本的教學中。這樣就可以幫助學生建立所學新知識與已有認知之間的聯系，從而幫助學生進一步拓展認知，豐富經驗與能力，并實現計算思維能力的遷移與轉化。

（二）設置分層目標，尊重學生個體差異性

在教學活動中，學生應當始終居于主體地位。在以往的信息技術教學活動中，由于教師在生活經驗、知識儲備、理解與應用能力等各方面具有明顯的優勢，所以教師的作用與地位更明顯。這種情況所導致的直接后果就是學生學習熱情低下，學習能動性與創造性因長期被壓制而無法助力教學效果的提升，更與素質教育所強調的以生為本的教學理念相違背。

因而，以圖形化編程促進小學生計算思維的培養，需要特別注意的一點在于統籌兼顧不同學生在學習能力、實踐能力等各方面的差異，以最大限度滿足學生在圖形化編程學習過程中的真實學習需求。在教學目標的設計上遵循分層理念，即按照難易程度和學生的學習能力，將教學目標劃分為入門、進階、提高三個等級。這樣既可兼顧學生的個性差異，又可使所有學生擁有充足的動手實踐空間。同時，在綜合運用所學知識和現有認知進行圖形化編程學習時，教學目標對于不同學情的學生也具備可操作性。

（三）設計系統內容，構建一體化知識體系

在以往的小學信息技術編程教學中，很多學生在用編程語言解答問題時，往往無法準確建立起已學知識與新學知識的前后聯系，程序語句的呈現往往帶有明顯的碎片化特征，而學生所接收到的知識信息只能在頭腦中以碎片狀態存儲，形成短時記憶，從而加重學生的學習壓力。基于此，在設計教學內容時，要以教學目標為核心，遵循結構性、系統化的設計原則，對教學內容進行類型劃分，關聯圖形化編程工具中的對應模塊，從而確保學生能夠接收到有序的知識，并內化為自己的認知，在進一步完善學生自身知識體系的同時，引導學生獨立思考、自主探究，有效激活與運用信息技術知識。

（四）創新教學模式，強化實用性操作能力

程序基礎、算法思維、語法知識是開展圖形化編程課程教學的基礎，旨在培養學生的計算思維能力，并使學生的問題解決能力逐漸向計算思維能力過渡。因而，在圖形化編程教學模式的創新方面，應當注重微項目作品與編程知識和編程技能的融合，從而促進學生對編程模塊功能應用與問題解決過程的探索，進一步強化小學生的實用性操作能力和計算思維能力。

具體來講，由于小學信息技術課程對于思維能力不足的小學生而言是一門陌生的學科，小學生對圖形化編程中的功能模塊和語言內涵的理解和應用就會顯得尤其吃力，為此，教師必須以提高學生的邏輯思維發展水平為目的，為學生處理疑難問題提供系統化的學習支架。首先是認知支撐的構建，也就是在對圖形化編程中所涉及的模塊、語言知識點等進行教學時，用算法思維的有關概念加以闡述，讓學生可以深刻地掌握圖形化編程不同模塊功能的使用方法，在豐富編程程序知識結構和內容的同時，進一步提升學習效果。其次是思維支架的搭建，以腳本的搭建為例，在腳本搭建過程中，學生不可避免地會遇到各種問題，而為了引導學生自主解決問題，同時提升學生邏輯思維能力，教師可以和學生一起進行項目分析，并將討論結果和腳本搭建建議以程序思維流程圖或算法思維導圖的形式進行展示，以此搭建思維支架，推動學生獨立完成編程項目和自身思維認知的建立。

除此之外，在設計項目活動時，教師要遵循一定的思維邏輯對編程創作中的項目模塊進行細化。一是分解。分解的主要對象為活動總目標，分解的主要目的在于激發學生探究問題的積極性和能動性。因此，可以將總目標分解為若干相互關聯的子目標，以確保各模塊有明確的任務。二是模式識別。模式識別的過程是引導學生探究問題解決最優途徑的過程，是在子目標的指引下，使目標問題向具體的問題解決流程圖轉化，以明確問題解決的思維邏輯。三是抽象與計算思維鍛煉。這一環節是學習者充分調動自身的計算思維，以編程模塊呈現流程圖的各個環節，并完成腳本搭建的過程。學習者在反復運行、調試、完善程序的過程中，也會加深對模塊功能使用的理解。

（五）完善評價體系，提升教學監督動態性

教學評價是教學活動的重要內容，是教師對教學方法、教學內容等進行優化時所需客觀數據的重要來源，同時也是長效維系學生學習興趣，有效調動學生自主思維的重要活動。在基于小學生計算思維培養的圖形化編程教學評價環節，為了保證教學評價能夠促進學生計算思維的培養，應當遵循動態觀察、多元評價的基本原則，既要評價學生圖形化編程學習過程，又要評價學生學習目標與教學目標之間的達成率和相對差距，從而綜合評價學生計算思維能力的發展情況。具體來講，應當注意三方面內容：首先，評價學生的完整學習過程，應當注意對四個維度內容的觀察，即是否積極參與課堂互動，是否獨立思考和自主探究，是否與其他同學相互配合，是否將個人的創新意識融入以圖形式編程工具為基礎進行的作品創作過程中；其次，在評價方式上，以教師單向評價學生為基礎，綜合學生的自我評估與反思，針對那些以小組形式展開的編程活動，還應增加組內評價，以有效避免教學評價陷入主觀臆斷中；最后，在對學生上傳的編程作品進行評價時，可以借助Dr.Scratch 工具對作品的代碼或功能進行客觀評估，從而分析出學生計算思維能力的發展情況。特別要注意的一點在于，除了要評價學生作品質量的好壞外，還要將其與過程性評價相結合，以保護學生的自尊心和學習自信心。

總之，在素質教育背景下，培養小學生的信息素養成為小學信息技術學科的核心與靈魂所在。而計算思維作為其中的重要組成部分，既是人類社會發展的重要思維方式，又是數字信息時代小學生更好地適應社會生活的必備素養之一。以圖形化編程促進小學生計算思維的培養，既符合課程改革的要求，又可以提升學生對問題的分析和解決能力。針對現階段編程教學中的機械化記憶和訓練方法，以及課程學習欠缺系統化和關聯性等情況，教師要立足圖形化編程教學的基本特征和學生的個體差異，設計具體的項目，為學生的理解和思維表達提供一個開放的訓練平臺，從而充分發揮圖形化編程在促進小學生計算思維培養方面的重要作用。