從“模仿”走向“探究”：讓計算思維融入編程教學

吳敏娜 江蘇省蘇州市吳江區程開甲小學

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱《新課標》）中明確提出信息科技課程的核心素養由信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四個要素組成，進一步明確了計算思維的培養在信息科技教學中的重要作用。計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案過程中產生的抽象、分解、建模、算法設計等一系列思維活動，它是一個問題解決的過程。小學信息課堂中的圖形化編程軟件，則是讓計算思維落地生根的一個良好平臺。學生通過簡便的積木式指令模塊的操作，學習程序組件，掌握分析問題、解決問題的思維方法，進而發展計算思維，這對信息科技核心素養的培育很有必要。

● 問題審視：計算思維面臨效率的教學“缺位”

首先，空——只有操作，沒有思考。為了追求任務的完成度，大多數教師會選擇采用“教師演示，學生模仿”的方法來展開教學，并沒有引導學生思考、探索，而是直接將知識教授給學生。

其次，略——只有任務，沒有指導。有的教師認為，完成一個完整的編程任務很難，因此會選擇將大項目分解為小任務的方式來開展教學。但教師會認為小任務已經很簡單，無需再講解或指導，于是放手讓學生自己去完成。學生憑借個人感覺進行實操，缺乏具體的、系統的編程方法的指導。

最后，虛——只有結果，沒有過程。大部分教師認為，編程課堂上的學習內容，無非就是為了完成某一個具體的編程任務，但在這個過程中，會產生大量無法預估的“錯誤”，而當這些“錯誤”產生的時候，他們都避而遠之，急于改錯為對。這些寶貴的“錯誤”，一旦被忽視，學生將錯失計算思維培養的好時機。

● 解決路徑：小步切入，逐層進階

1.項目分解，化繁為簡

《新課標》指出，要以真實問題或項目驅動，引導學生經歷原理運用過程、計算思維過程和數字化工具應用過程，建構知識，提升問題解決能力。以項目作為驅動開展教學，不僅能夠培養學生從應對和解決驅動問題發展到利用團隊合作的力量去創造性解決問題，還能夠培養學生主動發現問題的素養。

2.問題導向，逐個突破

教師在利用真實情境激發學生的好奇心后，有針對性地及時提出與情境相關的核心問題，引導學生對問題進行討論與分析，讓學生主動融入到情境中。通過設計層層遞進的問題鏈，驅動學生不斷思考和主動建構，逐步地將計算思維的培養融入其中。

3.化用“錯誤”，思維進階

不論是在生活還是在學習中，我們總是在追求“對”“好”，對于那些“錯”“差”，總是避而遠之。但在編程過程中，“錯誤”是無法避免的，正是有這些“錯誤”的存在，才能讓學生碰撞出思維的火花。在錯誤中找尋正確，在正確中找尋錯誤，可以幫助學生在錯中思辨，逐漸建立起強大的算法思維。

● 支持策略：助力計算思維拾階而上

1.由“直”轉“曲”：設計完整的學習經歷

小學生編程主要是以觀察、分析、模仿為主，如他們看到打地鼠游戲好玩，就想自己編程實現，但是，這么復雜的游戲，自己怎么編呢？首先，得從觀察、分析開始。觀察是一種有意識的智力活動，不僅僅是用肉眼去看，更多的是要動腦筋，要用心去感受。觀察力是對周圍事物的內心“敏感力”，在編程學習中，一定要具備一顆愛觀察的心，通過有針對性的訓練，由易到難、循序漸進地磨煉觀察的敏銳感與想象力。

（1）從整體到個體

教師要引導學生，在觀察時，既要觀察程序的整體面貌，也要觀察其中的部分或個體的獨特之處，這些與眾不同的地方，需要觀察得更加細致入微。例如，在《花朵繽紛》一課中，整體觀察，滿屏的鮮花盛開很美麗，學生覺得程序肯定很復雜。仔細觀察，所有花朵長得一樣，只是位置不同罷了；每一朵花由五個花瓣組成，這五個花瓣又一模一樣。所以，只需掌握一個花瓣的制作，即可獲得“整個花園”。

（2）從靜態到動態

靜態的事物可以反復看，如一個長在樹上的蘋果，它的位置永遠是固定的。但動態的事物，稍不留神，你就看不清它的活動過程，前一秒它的坐標值還是(X：0，Y：0)，后一秒，它的坐標就變成了(X：0，Y：-145)。雖然動態的坐標值轉瞬即逝，但仔細觀察，便能發現規律。

（3）從虛擬到現實

圖形化教學中的很多案例，靈感都源于生活中的實際問題。例如，在講解《賽車游戲》一課時，學生利用已有的知識儲備能夠很快地完成賽車的前進功能，但當賽車遇到彎道時，問題出現了：如何才能讓賽車自動識別前面的障礙物呢？這對于初次接觸的學生而言有些困難，那么不妨回到實際生活中來思考。在現實中，汽車如果快要碰撞到物體，會有什么反應？學生很快能夠想到“滴滴滴滴”的警報聲。那么，汽車是通過什么設備感應的呢？這樣將現實和虛擬對比，雖然學生對“設備”的概念可能依舊是模糊的，但至少在回到虛擬的編程世界中時，他們能夠想到，也要借助一個“設備”讓賽車自動識別障礙物。由此，本堂課的難點得以突破。

2.聚“散”為“整”：形成深度的計算思維

（1）從模糊到清晰，用自然語言表述詳細功能

在圖形化編程教學中，教師在正式授課前，通常會展示優秀的作品供學生欣賞。那么，如何將它轉換為學生自己的作品呢？首先要進行分析，分析的過程是對學生進行有意識的引導，旨在培養學生在“動手做”之前先要“動腦思”。學生將頭腦中“思”的結果轉化為描述性語言的過程，實際上就是形成利用編程思想解決實際問題的意識的過程。

例如，在講授《防疫助手卡達鴨》一課時，最終要呈現的效果是：卡達鴨自動地不停出示健康碼和行程碼。如何做呢？教師引導學生在操作前先分析，并將分析的結果用自己的語言表述出來。這一過程，實則是在對算法進行簡單的描述。算法的形成會經歷一個從模糊到清晰的漸變過程，“說”可以加速這個進程。因此，算法教學要重視“自然說”的過程。

（2）從自然到規范，借助流程圖探究編程過程

學生通過觀察、分析、表達，在軟件中找尋與自然語言一一對應的控件，許多不完整的、零散的控件已經逐步呈現。那么，如何將它們進行有效、準確地拼搭，從而實現預期的功能呢？繪制流程圖是促進學生理解程序邏輯關系的有效手段。

例如，在教學《防疫助手卡達鴨》時，教師引導學生：大家已經找到了許多零散的控件，如何將它們拼搭起來呢？請大家按照找到的零散控件，將流程圖補充完整。通過控件之間有效的組合、拼搭，學生能一目了然，并清晰地知道，要完成任務，應先用到哪個控件，再用到哪個控件。學生腦袋里的抽象想法，在“流程圖”的助力下，一下子就有順序、有目的地外顯出來。

（3）從基礎到創新，在交流分享中碰撞思維火花

在教學中，教師可以通過開放性和挑戰性的主題任務，激發學生的創造潛能，培養思維品質，形成創新意識和能力。

例如，在教學《防疫助手卡達鴨》時，教師提出如下問題：①電子版的卡達鴨有什么缺點？②如何解決？有的學生提出利用3D打印軟件，自己設計一款真實的卡達鴨；有的學生建議可以加上一些硬件作為輔助，如加上舵機，讓它的手能真的動起來，還可以加上一些傳感器，讓它的功能更豐富，等等。通過生生互動、師生互動，學生的探究興趣被大大激發，學生認識了同伴、認識了自我，從而激發了學習主動性和積極性。

3.重構個體的心智模式

在教學中，教師要將“錯誤”作為重要的教學資源，合理并充分利用，要讓“錯誤”發揮最大的功效，促進學生學科素養的發展。

（1）“錯誤”的經驗反思

在程序的調試過程中，總是會遇到各種各樣不同的“錯誤”，當這些寶貴的“錯誤”產生時，學生需要不斷地思考更新解決問題的思路，進而不斷優化自己的程序。在程序的優化階段，學生可以不斷優化自己的流程圖設計，以此發現最佳的問題解決方案。在這一階段，學生會反反復復修改自己的設計，這一方面呈現了他們抽象和優化問題的思維過程，另一方面也為下一步實現方案的具體程序開發提供指導。

（2）“思維”的交互生成

圖形化編程教學具有一定的開放性，非常適合開展合作學習活動，能夠給學生提供更多質疑、討論的機會，促進學生形成批判性思維品質。

（3）“認知”的結構重建

《新課標》在計算思維第三學段（5～6年級）目標中提到：“通過生活中的實例，了解算法的特征和效率。能用自然語言、流程圖等方式描述算法。知道解決同一問題可能會有多種方法，認識到采用不同方法解決同一問題時可能存在時間效率上的差別。”因此，教師可以通過師生融合互動的“學習共同體”，把圖形化編程的過程變成師生共同創造、豐富、整合課程資源的過程，促進師生之間的交流互動，建構和發展學生學科核心素養，促進師生共同成長。

● 結語

計算思維是信息科技核心素養的關鍵要素，它不是靠教師“教”出來的，而是靠學生踏踏實實、認認真真“做”出來的。計算思維的培養也不僅僅存在于信息課堂或編程教學中，它滲透在人們工作、學習、生活的方方面面，只要有需要解決的問題，就有計算思維的參與。從這一角度看，對學生計算思維的培養有著不可估量的作用與價值。