計算思維下編程實例活動的課堂實施探索

姚海通

摘? ?要：計算思維是信息技術學科核心素養之一，也是形成問題最終解決方案的思維能力之一。因此在基于問題的編程實例活動中，應以培養學生的計算思維為目的，即利用典型的主題活動，探索計算思維的培養及其如何與具體活動相結合。

關鍵詞：信息技術；計算思維；核心素養

中圖分類號：G633.67? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1009-010X（2022）32-0045-04

一、引言

在核心素養教育下，從義務教育階段到普通高中階段，計算思維、數字化學習與創新、信息意識、信息社會責任都是構成信息技術學科核心素養的四大要素。其中在“計算思維”素養的培養上，初中階段的要求是進一步理解（提高）計算思維的內涵，高中階段的要求是要學會運用計算思維識別與分析問題，然后通過抽象、建模設計系統性解決方案。從初中的“進一步理解”到高中的“學會運用”，其既有梯度又聯系緊密，同時還充分遵循了學生認識事物和思維發展的規律。

在義務教育階段的信息技術學科教學中，編程任務被納入到了活動主題內容范疇內。雖然編程的學習過程并不是培養學生計算思維的唯一途徑，但絕對是極好的途徑，因為它能很好地幫助學生在面對問題時，迅速找到解決問題的切入點，將問題化整為零；并找到它們彼此之間的關聯和規律，以抓住問題的主要節點，由此可構建分析、解決問題的完整思路及具體方案。然后通過程序的反復測試、修改、優化等一系列過程，可養成、鍛煉學生的思維能力，增強學生的學習毅力，進而可提升學生的綜合信息素養。

由河北人民出版社出版、河北省教育科學研究院編寫的《信息技術》教材八年級用書中的第二單元“編程之旅”，以源碼編輯器（Kitten）這款面向青少年的圖形化編程工具為例，緊緊圍繞信息技術學科核心素養來確定課程目標、設計活動主題、甄選具體內容，并在“前言”中明確指出：“通過活動開展的過程，發展學生的計算思維。”這為活動的具體開展指明了方向，即活動開展的目的就是要使學生逐步形成計算思維，并培養學生分析問題、解決問題的能力。

教材“編程”單元的最后一課“我的貪吃蛇——巡線小車”，是在學生已掌握相關編程基本知識和基本技能基礎上的一個相對獨立、開放的編程活動，也是運用計算思維的典型實例。教師可結合本節課的活動，和學生一起探討計算思維的培養及其如何與具體活動的開展相結合，為此需要我們首先要厘清以下三個問題：

（一）什么是計算思維

計算思維是指個體運用計算機科學領域中的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。具備計算思維的學生，在信息活動中能夠采用計算機可以處理的方式來界定問題、抽象特征、建立結構模型、合理組織數據；能夠通過判斷、分析、綜合各種信息資源，運用合理的算法形成解決問題的方案；能夠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的解決中。

（二）教學目標與教學內容

從核心素養目標到課程目標再到教學目標，這些目標從上到下既保持統一，又逐層細化。教學活動內容是為教學目標服務的，是教學目標具體落地時，師生互動的素材。為了更好地實現教學目標，活動內容是可以被修改、重組的，甚至是可以被替換的，這樣更有利于搭建靈活的活動結構。編程實例活動開展的過程，應以培養、發展學生的計算思維為教學目標，這是落實信息技術學科核心素養的關鍵所在，即內容只是表面師生互動的載體，目標才是對背后能力的培養。

（三）知識技能與解決方案

學生掌握了知識和技能，等于擁有了解決問題的工具，但并不等于能夠運用這些工具來解決問題，其還需要形成一個基于思維層面的解決方案才行。方案形成的過程，是培養學生綜合信息素養的過程，也是編程主題活動中的“靈魂”。只有搞懂什么是計算思維，整個活動才有指導方向；只有清楚目標與內容的聯系，核心素養才能更好地落地；只有明白技能與方案的差別，才能更好地掌握活動的側重點。

二、“巡線小車”編程主題活動的情節解析

下面將從六個方面來簡要解析“巡線小車”編程主題活動的情節。

（一）精細研磨教材，掌握主題活動的框架

“我的貪吃蛇——巡線小車”是基于問題的編程實例。教材精心設計了“小車沿黑色路線行駛”的主題活動，且內容的安排非常契合計算思維的運用，如此有助于通過問題解決來培養學生的計算思維。

見下表

（二）圍繞核心素養，確定細化教學目標

在具體的活動中，教師應以“計算思維”核心素養為導向，根據活動主題，將教學目標進行分解細化。即把“計算思維”的培養分散在具體目標的實現過程中，也就是說，表面上看是在完成活動目標，但實則是在培養學生的“計算思維”。

本活動以計算思維為導向，所確定的細化教學目標如下：

1.理解雙傳感器巡線小車的巡線原理（歸納抽象能力）；

2.探究多思路實現角色通信及多角色聯動的可行性（算法）；

3.體驗“小車”巡線時情況排除的過程（綜合判斷、分析、調試能力）；

4.豐富作品，拓展學生的個性思維（拓展遷移能力）。

每個目標都有其對應的相關能力的培養，目的明確。教師之后可以安排與之相匹配的教學環節以培養學生的相關能力。

（三）依據問題認知，靈活搭建內容結構

當活動內容不便于學生直接學習、掌握時，教師可以對內容結構做出調整，然后利用相對容易理解的方式，引導學生回歸到原有的問題上來。即另辟蹊徑、激發思維以解決問題。

教材對該活動的設計思路，即需要探測燈跟隨小車移動而轉動，在給出的流程圖中，也描述了同樣的程序執行過程，即“如果探測燈碰到白色，它就跟隨小車一起轉。”在這個問題上，小車的動作是“主動”的，探測燈的動作是“被動”的。依據學生對問題的認知，一般情況下其會認為是探測燈碰到白色，才主動轉，為什么要“跟隨”小車一起轉呢？它和小車之間到底有什么信息往來呢？事實上，不管是誰主動、被動，只要一起動，都不會影響小車在黑色路線上的行駛。而且之前也已經把小車分解成了三個角色，并明確了每個角色的功能，現在只不過是通過不同的模式將三者構建在一起。所以教師可以完全沿著學生的既有認知開辟另一種解決問題的思路，即左右兩個探測燈碰到白色自己轉向的同時，也令小車轉向。這樣的思路是很明晰且易于接受的，當學生成功實施這個思路后，就能很容易地被引導回活動問題上來。

如下圖，白色圓形表示探測燈碰到白色。

（四）倡導自主實踐，結合科學進行有效指引

在編程實例主題活動實施過程中，要處理好學生自主實踐與教師有效指導的關系。即教師既不能教活動，又不能推卸指導的責任，而應當成為學生活動的組織者、參與者和促進者，且教師的指導還應該貫穿編程主題活動實施的全過程。

本課的編程主題活動，是在學生獲得了編程基本知識和技能的基礎之上，通過尋求問題的解決方案，來培養、提升學生的綜合信息素養的。活動在組織實施過程中，教師不能將預設的解決問題的思路向學生直接“攤牌”，這樣會使學生喪失參與思維活動的機會和興趣，同時也不能置身于活動之外，而應做為參與活動的一員，和學生一起探討、交流，并從中指導、引導學生形成自己的解題思路，如此可于潛移默化中培養學生的計算思維。

下面是筆者在本節課中對活動的部分指導環節：

1.問題導入。相似的事物之間很容易產生思維關聯和遷移，因此教師可用學生所熟知的掃地機器人導入問題。掃地機器人探測并躲避的是障礙物，而本節課的小車則必需在黑色的路線上行駛，不能碰上白色，即小車探測并躲避的是白色。因此可以把掃地機器人躲避障礙物的原理關聯、遷移到巡線小車上來，這樣非常有利于問題的分解。然后進一步提升，即引導學生通過討論、分析、歸納等一系列綜合活動，得出巡線小車的原理，如此可培養學生從具體事物中抽象出一般規律的思維能力。

2.通訊方式。當一個探測燈碰到白色時，需要和另一個探測燈及小車產生通訊，以便順利完成巡線過程。對此教師可引導學生使用“告訴”或“廣播”兩類積木，而不必提示三個角色間程序的邏輯關系，如此可把機會讓給學生，使其在問題中思考、實踐。

3.參數調整。每個學生繪制的路線是不一樣的，腳本中的移動步數和旋轉角度需要根據路線的具體情況來調整。而作為教師則需要引導學生對參數進行反復修改測試，如此可使學生體驗程序編寫的艱辛與成功的快樂，進而可磨練其編寫程序的意志。

（五）豐富拓展問題，強化計算思維

在本次活動中，小車的路線是寬闊的，即路線寬于小車。假設路線窄于小車，則小車在巡線過程中又是如何工作的呢？學生經討論后，可對解決方案進行描述。

（六）允許出現問題，抓住思維鍛煉契機

小車在巡線過程中，會出現一些問題。比如因沒有把涉及到的“角色”全面綜合進去，而使“角色”在運動上不能協調一致，即各行其道，由此會造成小車“解體”；再如小車前進或旋轉的參數設置沒能適應路線狀況，而造成小車沖出路線等。教師在此過程中應引導學生，使其在解決問題的過程中反復思考、實踐，如此既能錘煉學生的計算思維，使學生養成越挫越勇的學習毅力，又能對學生其他學科的學習活動產生積極影響。

編程實例活動的開展，要以學科核心素養的培養為根本目的，并確定有針對性的教學目標。然后靈活調整內容結構，貫穿有效的活動指導，如此可使學生在自主實踐中形成并提升綜合信息素養。

參考文獻：

［1］教育部.普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.