探思《綠化小衛士》積木式編程教學設計

◇霍文蘭（江蘇：太倉高新區第三小學）

當今社會編程教育發展迅速，越來越多的學生通過不同方式接觸、學習編程。與編程教育密切相關的計算思維也得到更多的關注和重視。在小學信息技術學科中，計算思維更關注學生對現象的判斷，能否從表面化、可視化、情境化的問題中發現其背后隱藏的核心問題，從而在學習過程中不斷抽絲剝繭，形成思維意識，逐步形成自己的思維方式，拓展思維層面，培養計算思維，以此來解決學習和生活中遇到的越來越廣泛和豐富的信息技術學科問題。

編程是培養計算思維的重要方式之一，但學生在編程和實際操過程中會遇到一定的困難。教師需要準確把握學生在編程學習中遇到的前概念問題，合理編寫教學設計，實現前概念的同化與順應，以促進學生思維的發展。遵循由溫特比爾特認知與技術小組提出的拋錨式教學策略建議，采用真實的生活情境、有效的問題驅動、合理的自主探究、良好的小組互助和針對性的效果評價五個步驟，提升教學設計的科學性和可操作性，真正為學生服務，培養學生的思維意識。

一、問題驅動引導思考，形成思維過程

計算思維能力發展的指向是問題化地看待目標對象，能夠在不同情境中假設并進行有效推理，提出可行的策略和計劃。根據皮亞杰認知發展理論，學生現處于思維發展的初步階段，抽象概念處于初級階段。教師要根據實際情況，把計算思維的培養蘊含在教學任務中，通過有效的問題引導，把抽象的知識點融入可操作的問題中，幫助學生逐步形成思考方式，使計算思維得到同步發展。

在教學過程中，以問題求解作為驅動導向，以任務目標作為貫穿手段，從而推動教學過程的整體開展。演示+分析+操作的傳統教學方法，未能給學生足夠的概念認知和多方面思考的機會，有時候會出現認知偏差的問題。所以，開門見山的方法雖“簡單粗暴”，卻很好地避免了不必要的麻煩，讓學生在上課伊始就能高效進入學習狀態。以問題驅動引導學生進行思考和實踐，擺脫傳統機械地學習模仿，有效地自我構建，逐步形成思維的過程。

（一）常規設計

先出示《綠化小衛士》作品，讓學生看一看、說一說作品有幾個角色、各個角色的動畫效果如何、可能使用到的相關控件等，再分角色一個一個來做一做，最后在任務的驅動下完成作品。

（二）思考焦點

學生看似最后也能順利完成程序的搭建，但細想教學設計的過程，其實一開始學生的側重點就發生了偏移，放在了所有控件的選擇上。程序搭建涉及方方面面，學生往往顧此失彼，所以可能課堂教學結束了也沒有非常清楚地認識到所有控件中最重要的那幾個，導致重點不突出，難點沒突破。課后反饋時，多數學生出現知其然不知其所以然的尷尬狀態，學生在學習過程中少了自主思考，仍舊相對機械，并非我們現在所倡導的提升核心素養、培養思維。

（三）修改后的設計

課堂教學開門見山，直接出示編程貓控制模塊中三種重復執行控件，學生對今天要學習的知識點一目了然。然后出示《綠化小衛士》的作品，課堂情境以保護自然為主，在沙漠中種樹，激發學生興趣。觀看的同時，要求學生把三種角色動畫與可能使用到的循環結構相匹配，先從主觀上進行第一步自主思考：可能是哪個？為什么呢？它們之間的區別在哪里？簡單體驗過后，根據學生的回答完成三個重復執行控件與角色的配對，然后根據學生的知識遷移、所掌握的內容，從簡到難地完成教學任務。

師：編程貓控制模塊中有三個有關循環的控件，請你們找一找。

（學生快速查看控件，相對容易找到。）

師：今天這節課我們主要通過完成角色程序來體驗三種控件的區別和聯系。（學生一邊體驗程序，一邊進行思考。）

師：小組進行交流討論后共同完成導學單中角色與重復控件的連線題。

（四）教學評析

基于計算思維的教學設計，教師側重于調動學生積極性，由依葫蘆畫瓢完成作品的表層深入到對教師提出的問題是否有自己的思考和認識，能否將教師的驅動性問題上升到自己對問題進行思考和解惑，從而逐步形成自己處理問題的方式，逐步形成自己的思維方式。導學單、小組合作等形式讓基礎薄弱的學生解決了走彎路、費時間的問題，從上課伊始就進入高效課堂。不僅提高了課堂效率，也促發了學生的思考，學生思維得到了開啟，帶著問題進入課堂的下一個環節。

二、強調對比分析，讓學生加深理解

五六年級的學生處于皮亞杰認知理論中的第三階段：從前運算階段的“表象圖式”演化為“運算圖式”，心理活動會趨于抽象的演算推理，雖仍需要具體外物的思維支持，但已能獨立運算，具有一定的邏輯性。

《綠化小衛士》這節課的計算概念為循環，也就是重復執行。重復執行是編程貓學習知識點中的一個難點，是從單一命令逐步過渡到抽象復合命令。因此相比教材中零散知識點的教授，筆者認為如果學生不進行幾個重復執行命令的對比，對編程貓程序中重復執行的三個控件就不能很好地理解和掌握，只是停留在表面，認為可以用該控件，也可以用另外一個控件完成，但具體哪個更好、更適宜，并沒有非常明確認識。因而，筆者在課堂上進行了知識點的補充和重組，把程序中涉及的三個重復執行控件“重復執行”“重復執行n 次”和“重復執行直到”放在一個作品中，進行進一步學習和對比，讓學生知其然，更知其所以然。

（一）常規設計

一般教學流程為：出示作品—教師介紹控件—演示搭建教學—學生練習編寫完成。第一個控件，什么作用，完成怎樣的效果；第二個控件，什么作業，完成怎樣。

（二）思考焦點

在常規的教學設計中，思路并無問題，以任務驅動完成教學目標。但仔細思考會發現：知識點零碎、分散，這節課中會應用了，換個場景問題，學生可能就不會應用了。同時，循環結構知識點既是難點又對后續學習程序有著至關重要的作用，特別是條件與循環的結合使用，只有真正理解了，才能入編程的門。

（三）修改后的設計

白云空中飄，沒有停止，先完成無限循環語句的應用；仙人掌出現，錯落有致，完成計數型循環語句的應用；最后小樹成長，結合大小條件，完成條件型循環語句的應用。

師：通過交流，大家是否贊成用“重復執行”完成白云的動作？

生：是的。

師：那仙人掌出現呢？

生:“重復執行n次”控件。

師：使用“重復執行n 次”控件比“重復執行”控件好的理由是什么？

生:白云一直飄動不停止，用無限循環的“重復執行”控件，而沙漠中仙人掌零零散散，數量合理，所以用具體的次數來控制比較好，當然也能用一定區間的隨機數來表示。

師：數量合理、大小不一、陸陸續續這些在程序中可以通過哪些控件依次完成？

（學生思考完成。）

（四）教學評析

角色設計程序從易到難，學生在完成作品的同時產生思考：“為什么這個角色用‘重復執行’而不是‘重復執行n 次’控件？”“是否可以交換？”學生真正進行了角色對比、控件對比的思考，并且能在思考的過程中深入了解控件的區別和聯系。整個教學的重點從教師單一講解程序的編寫過程轉變為先讓學生進行程序分析，再加深理解，繼而對角色進行編寫創新，加深了對程序的理解，提高了思維過程的嚴密性，提升了思維判斷能力，把思維練習和培養落到實處。

三、轉概念為規則，提高學生思維能力

皮亞杰認為學生在第三發展階段，即計算思維形成階段時，會接觸并理解規則的含義，基于一定的規則條件學習如何更抽象地思考，從而由形成向發展產生質的變化。基于計算思維的教學設計，通過層層抽絲剝繭問題分析的引導，變概念性知識為規則性知識，學生可以相對較為輕松地實現程序搭建，將學生解決問題的思維逐漸引入運用程序語言、計算機的思維來解決問題。

本課的前概念問題主要涉及三個重復執行程序的異同和使用。幫助學生把概念性問題轉化為規則性問題，同時進行分析理解并能使其合理使用，是本課的難點。

學習內容規則性知識重復執行概念性知識事件循環的定義思想無限循環怎樣實現無限循環重復執行20 次循環的定義有限循環怎樣實現有限循環重復執行直到循環的定義條件循環怎樣實現條件循環，確定滿足的條件

（一）常規設計

教師提出小樹生長使用“重復執行直到”控件，當角色大小大于100 時，停止生長。教師一邊講解，一邊拖動控件進行演示。然后學生再進行相關的練習。

（二）思考焦點

這個知識點按照正常的理解順序就有點難度，特別是條件判斷使用規則：符合滿足條件時，跳出循環體往下；沒有滿足條件時，繼續執行重復結構中的程序。與之前的順序結構有所不同，學生由于思維定式，理解錯誤，很容易認為滿足大小>100 時反而是運行重復結構中的程序。整個設計沒有對程序進行詳細分解，學習的過程總體單調，難以深入理解。

（三）修改后的設計

教師將“重復執行直到”所需條件使用和“重復執行n 次”進行比較，要素重疊分析：兩者在程序搭建時是否可以互通？既然有時候可以相互使用，為什么使用前者而不是后者？兩者的聯系和區別又是什么？在問題驅動下，學生深入思考和探究，在學生嘗試時，又進行要素的疊加對比和解惑，思維得到充分發展。

師：小樹慢慢長大，用“重復執行n 次”控件可以嗎？試試看。

（小組交流討論。）

生：我們小組認為可以，如果初始大小為10，每次角色增大10，重復10 次，這樣角色大到110 時就停止生長了。

師：你們小組很愛動腦，那如果每次增大5，重復多少次？

生：重復20 次，就是重復執行里面的程序與外面的次數要進行計算，如果數值大，好像有點麻煩。

師：很多時候，為了程序更有邏輯性和符合自然現象，我們會用隨機數，代表生長有快有慢，那這時候，次數怎么判斷？

生：好像不太方便。

師：確實，所以當進行重復執行需要滿足一定條件時，我們有更好的選擇，那就是“重復執行直到”控件，直到大小大于100 就可以停止了。根據導學單提供的文字描述和控件，再思考一下，可以怎樣搭建腳本。

（四）教學評析

在此處的設計中，教學的主導是計算思維，學生借助程序描述和控件的提示，運用邏輯推理的方式對教師提出的驅動問題進行思考、實踐和優化，最終實現目標。學生在已經掌握的“重復執行n次”控件的基礎上，進行知識的疊加和延伸對比，慢慢理解和學習“重復執行直到”控件的使用方法。在完成小樹生長后，通過教師的其他案例小結，進一步掌握此控件的使用技巧。在課堂上，基本功較為扎實的學生可以較為順利地完成程序的搭建，基礎相對薄弱的學生在小組成員的互幫互助下，基本也能完成搭建，教學效果良好。

綜上所述，計算思維教學實踐與教學策略的探究是驗證計算思維在小學積木式教學中可行可用的關鍵之舉。基于計算思維的信息技術教學設計，鼓勵對知識點進行整體重構，通過梳理、分析、解惑等方法，給學生搭建思維發展的腳手架。通過多方面要素的疊加，鼓勵學生深入思考，創作更優秀成熟符合生活實際情況的作品，最大限度地激發學生學習興趣，體驗程序設計的感受，培養開發計算思維。