拋錨·識(shí)別·轉(zhuǎn)化：計(jì)算思維視域下的兒童數(shù)字繪畫教學(xué)

周旭初

摘要：在《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》深入實(shí)施的背景下，本文試圖尋找數(shù)字繪畫教學(xué)與計(jì)算思維培養(yǎng)的契合點(diǎn)，從兒童立場設(shè)計(jì)項(xiàng)目主題，用大概念統(tǒng)攝概念學(xué)習(xí)，以大單元設(shè)計(jì)項(xiàng)目活動(dòng)，運(yùn)用拋錨、識(shí)別、轉(zhuǎn)化等教學(xué)策略讓計(jì)算思維在數(shù)字繪畫項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中落地生根。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；數(shù)字繪畫；項(xiàng)目化學(xué)習(xí)；教學(xué)策略

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2023）14-0028-04

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）頒布后，核心素養(yǎng)的內(nèi)涵及培育策略成了學(xué)科教學(xué)的研究熱點(diǎn)，計(jì)算思維板塊尤為凸顯。提到計(jì)算思維，大部分教師想到的往往是算法與編程；說到數(shù)字繪畫，關(guān)聯(lián)的大致是信息處理，很少有人會(huì)把數(shù)字繪畫和計(jì)算思維相結(jié)合。那么，如何在經(jīng)典的數(shù)字繪畫領(lǐng)域綻放“計(jì)算思維之花”，讓低段信息科技教學(xué)不忘經(jīng)典又不失學(xué)科內(nèi)涵的生發(fā)？筆者在課程理解、教材處理和教學(xué)策略創(chuàng)新上對此進(jìn)行了探索。

兒童數(shù)字繪畫教學(xué)中的挑戰(zhàn)與內(nèi)涵探究

1.真實(shí)問題的解決需要計(jì)算思維的支撐

計(jì)算思維是指個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問題解決過程中涉及的分解、抽象、建模、算法構(gòu)建等思維活動(dòng)。計(jì)算思維的根本特征是對求解問題的抽象和實(shí)現(xiàn)問題處理的自動(dòng)化。當(dāng)兒童掌握了計(jì)算思維，就會(huì)用學(xué)科的思維方式去思考和處理問題，通過分解與模式識(shí)別，從中探索出以計(jì)算的方式實(shí)現(xiàn)問題解決的有效方法。

2.傳統(tǒng)數(shù)字繪畫模塊中的計(jì)算思維有待凸顯

數(shù)字繪畫對于兒童而言，有著形象化和可視化的“魅力”。低段數(shù)字繪畫活動(dòng)，常以系統(tǒng)自帶的“畫圖”軟件為工具，其軟件界面簡潔且容易上手，雖然不支持圖層，但是其復(fù)制、縮放、移動(dòng)、填色等基本處理操作“所見即所得”。此款工具除能勝任“以繪畫實(shí)現(xiàn)信息科技入門”的功能外，還應(yīng)承擔(dān)助力學(xué)生把握視窗工具軟件處理特點(diǎn)的學(xué)習(xí)遷移功能，甚至還應(yīng)具備以數(shù)字繪畫處理孕育計(jì)算思維的潛能。但在現(xiàn)行教材中，數(shù)字繪畫僅停留在對簡易工具的操作和作品“美”的藝術(shù)處理上，而忽視數(shù)字繪畫處理過程中的特殊價(jià)值—將繪畫視為問題解決—在圖像數(shù)據(jù)處理過程中發(fā)展圖像處理的信息意識(shí)、數(shù)字化自主學(xué)習(xí)能力和計(jì)算思維。

3.計(jì)算思維需要在項(xiàng)目化的學(xué)習(xí)進(jìn)程中落地

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是指學(xué)生通過在真實(shí)生活情境中面對開放且非良構(gòu)的問題，培養(yǎng)解決問題的能力，提升思維，獲得知識(shí)的學(xué)習(xí)方式。數(shù)字繪畫項(xiàng)目包含作品創(chuàng)意、圖像處理及作品發(fā)布的完整過程，其項(xiàng)目實(shí)踐過程可以自然地滲透計(jì)算思維的培育，即強(qiáng)調(diào)通過分解、識(shí)別、抽象、算法構(gòu)建等過程解決繪圖問題。

對經(jīng)典數(shù)字繪畫教學(xué)模塊進(jìn)行項(xiàng)目化改造

1.從兒童立場提取項(xiàng)目主題

教學(xué)的主體是兒童。教師要從兒童立場出發(fā)，用兒童的眼光看待世界，用兒童的心智去思考問題。項(xiàng)目主題應(yīng)對接兒童的真實(shí)生活，尋找兒童喜歡的、貼近他們生活經(jīng)驗(yàn)的、符合兒童年齡點(diǎn)的“活動(dòng)”。例如，“我是數(shù)字小畫家”這一單元，可以用“小螞蟻歷險(xiǎn)記”數(shù)字繪畫創(chuàng)作來實(shí)現(xiàn)單元教學(xué)的貫穿，讓學(xué)生經(jīng)歷童話場景創(chuàng)意、連環(huán)畫創(chuàng)作、數(shù)字繪圖變換等活動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.用大概念理念統(tǒng)攝學(xué)習(xí)內(nèi)容

大概念是學(xué)科知識(shí)技能通向?qū)W科核心素養(yǎng)的階梯，也是學(xué)科核心素養(yǎng)嵌入具體內(nèi)容的固定點(diǎn)，是讓具體學(xué)科概念學(xué)習(xí)導(dǎo)向?qū)W科素養(yǎng)的引擎。大概念是數(shù)字繪畫項(xiàng)目活動(dòng)的“靈魂”，離開大概念，則會(huì)偏離數(shù)字繪畫該有的學(xué)習(xí)、探究和創(chuàng)造的本意。

新課標(biāo)按照數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能六條邏輯主線展開[1]，那么兒童數(shù)字繪畫就必須勾連這些學(xué)科大概念，方能讓素養(yǎng)產(chǎn)生。從數(shù)據(jù)與算法視角分析，繪畫的過程實(shí)質(zhì)上是處理數(shù)據(jù)和構(gòu)建算法的過程。梳理數(shù)字繪畫內(nèi)容，找到計(jì)算思維與兒童數(shù)字繪畫的契合點(diǎn)，挖掘有利于培養(yǎng)計(jì)算思維的學(xué)習(xí)內(nèi)容，主要體現(xiàn)在以下方面：①用形狀來拼畫，利用簡單的圖形組合得到更復(fù)雜的圖形；

②用形變創(chuàng)生成，利用移動(dòng)、縮放、復(fù)制、填色等對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；③用保存學(xué)編碼，利用像素尺寸、文件保存格式類型走進(jìn)對圖像編碼的理解。

3.以大單元教學(xué)設(shè)計(jì)項(xiàng)目活動(dòng)

所謂大單元的“大”是指用普遍聯(lián)系的觀點(diǎn)，對相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的處理和編排。通過整合知識(shí)關(guān)聯(lián)度高的、彼此鄰近的知識(shí)技能，進(jìn)行大單元設(shè)計(jì)，構(gòu)建學(xué)習(xí)框架，構(gòu)思活動(dòng)主線，在項(xiàng)目情境中部署具體的學(xué)科概念學(xué)習(xí)，促進(jìn)知識(shí)的有機(jī)聯(lián)系，讓計(jì)算思維及數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新融入項(xiàng)目活動(dòng)，具體如圖1所示。

在整個(gè)單元項(xiàng)目中，引導(dǎo)學(xué)生用畫、拼、算、變、玩等活動(dòng)來創(chuàng)作“有意義”的數(shù)字繪畫作品。繪畫具體內(nèi)容不同，但經(jīng)歷的思維大致相同，都需要思考：“畫什么？”“怎么畫？”“怎樣畫得更好？”思考“畫什么”是從整體到局部的分解與構(gòu)思；思考“怎么畫”是理清繪畫與數(shù)據(jù)處理的順序；思考“怎樣畫得更好”是對不同工具的選擇或不同處理過程的評估，可以視之為算法的優(yōu)化。

計(jì)算思維視域下的兒童數(shù)字繪畫教學(xué)策略

1.拋錨—找準(zhǔn)錨點(diǎn)引燃計(jì)算思維

拋錨教學(xué)策略，即拋出真實(shí)問題（錨點(diǎn)）引發(fā)思考、梳理知識(shí)結(jié)構(gòu)、引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題。拋錨教學(xué)策略的關(guān)鍵在于找準(zhǔn)錨點(diǎn)，用問題、觀點(diǎn)或概念等引燃學(xué)生的思維火花，讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)需求并進(jìn)行思考和討論，鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的想法和疑問，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生一步步梳理出問題的有效解決方案。

例如，在“我會(huì)畫”繪畫活動(dòng)中，筆者拋出問題“怎么畫小螞蟻”，先讓學(xué)生觀察小螞蟻圖片，忽略螞蟻的顏色、大小等因素，抽象出螞蟻的基本特征。引導(dǎo)學(xué)生在紙上畫一個(gè)小橢圓，作為螞蟻的身體，然后通過拋錨策略，讓學(xué)生思考并確定螞蟻的頭、腿和觸角的位置和形狀—用圓、線條等簡單幾何圖形來表示，然后再進(jìn)行加工處理—形成完整的小螞蟻形象。這種整體分解、多次處理、逐步逼近的方法，可以幫助學(xué)生樹立解決問題的信心，讓繪畫基礎(chǔ)一般的學(xué)生能迅速體驗(yàn)到數(shù)字繪畫非同一般的神奇魔力，體驗(yàn)到數(shù)字化藝術(shù)創(chuàng)作的成就感。

又如，在“我會(huì)算”繪畫活動(dòng)中，教師提問：“魔法樂園的入場券是用‘圓形變出的水果，你會(huì)帶什么呢？”學(xué)生回答：“紅紅的蘋果、大大的西瓜、紫色的葡萄……”教師在此基礎(chǔ)上，再次提問：“小螞蟻帶來了香蕉和梨，你覺得她可以進(jìn)入魔法樂園嗎？”拋出錨點(diǎn)：“圓形”怎么變香蕉和梨？通過認(rèn)知沖突激起學(xué)生一探究竟的興趣。教師通過演示實(shí)驗(yàn)，揭示數(shù)字繪畫處理的魅力：用一個(gè)黃色的“圓形”和一個(gè)白色的“圓形”，將白色的“圓形”移到黃色的“圓形”上面，蓋住一部分，一只彎彎的黃顏色“香蕉”就呈現(xiàn)出來了。學(xué)生恍然大悟，“香蕉”是兩個(gè)圓的圖形相減，“梨”就是兩個(gè)圓的圖形相加，從而引出圖形的組合計(jì)算。通過圖形組合計(jì)算能獲得更為豐富的、有創(chuàng)意的圖形，可以充分激起學(xué)生思維的火花，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和探究的興趣。

2.識(shí)別—模式識(shí)別構(gòu)建計(jì)算思維

識(shí)別教學(xué)策略是把解決問題的方法總結(jié)歸納成解決某一類問題的方法論。當(dāng)問題具有相同的特征時(shí)，它們的解決會(huì)變得更容易一些。

例如，在“小螞蟻歷險(xiǎn)記”項(xiàng)目活動(dòng)中，筆者先讓學(xué)生觀察范例“美麗花園”并思考：“花園由哪些基本圖形組成？”“月牙兒如何變?yōu)榕_(tái)階、花和風(fēng)車？最終又是如何組成一幅畫？”讓學(xué)生用自己的語言來描述算法—怎么畫，引導(dǎo)學(xué)生從大到小地分解問題、從小到大地解決問題（如圖2），這一過程充滿了“分合衍變”的辯證思想[2]，學(xué)生充分經(jīng)歷“抽象、分解、建模、算法構(gòu)建”的計(jì)算思維過程，核心素養(yǎng)在具體繪畫問題解決過程中得以生長。

又如，在學(xué)習(xí)圖形復(fù)制時(shí)，可以用“復(fù)印機(jī)復(fù)印文件”的過程做形象類比。為了讓學(xué)生更深刻地理解復(fù)制原理，教師提問：“復(fù)制的這個(gè)月牙兒圖案能在別的軟件中粘貼嗎？”先讓學(xué)生猜一猜，然后由學(xué)生演示將“月牙兒”粘貼到Word文檔中，從而揭示復(fù)制背后的奧秘—剪貼板與內(nèi)存。從學(xué)科大概念的角度看，圖像復(fù)制操作技能隸屬“數(shù)據(jù)”與“信息處理”大概念，其操作流程是“選定信息塊—復(fù)制信息塊—粘貼信息塊”，通過模式識(shí)別，學(xué)生理解了該“通用”過程，并可將其廣泛應(yīng)用于復(fù)制文字、聲音、文件、文件夾等。

當(dāng)面對一個(gè)問題時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生對問題進(jìn)行分析，識(shí)別哪些特征是熟悉的，可以用先有的辦法解決；哪些是相似的，可以通過先有辦法的“變形”來解決；哪些問題是目前尚無已有經(jīng)驗(yàn)可以解決的，這就是需要?jiǎng)?chuàng)造或?qū)W習(xí)新知的開始。通過模式識(shí)別，一方面有助于學(xué)生敏銳地發(fā)現(xiàn)問題中的抽象特征，學(xué)會(huì)對已有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行遷移應(yīng)用，另一方面也有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)未知領(lǐng)域，觸發(fā)探究動(dòng)力。

3.轉(zhuǎn)化—知識(shí)遷移活化計(jì)算思維

轉(zhuǎn)化教學(xué)策略是指通過創(chuàng)設(shè)開放式的情境讓學(xué)生感受到問題解決方向的多樣化和靈活性。教師引導(dǎo)學(xué)生將已學(xué)概念應(yīng)用到新的情境中，喚醒學(xué)生學(xué)以致用的內(nèi)驅(qū)力，知識(shí)遷移激活創(chuàng)新和創(chuàng)造力，活化計(jì)算思維的培養(yǎng)。

例如，在“我會(huì)變”項(xiàng)目中，學(xué)生挑戰(zhàn)一幅圖的“多元轉(zhuǎn)化”—在“墻上掛畫”“拼圖游戲”“找不同”三種任務(wù)中自選（如圖3）。以“拼圖游戲”子任務(wù)為例，學(xué)生經(jīng)歷以下處理過程：①給圖畫加上邊框，并縮放至四分之一大小，移到左上角，作為拼圖結(jié)果答案；②復(fù)制一份圖畫到左下角；③利用選擇框切割左下角的畫，分成六份，旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)后一塊塊移到右邊；④在畫面空白處寫上“拼圖游戲”。學(xué)生經(jīng)過實(shí)踐探索，拼圖游戲制作成功。以“找不同”子任務(wù)為例，學(xué)生的處理過程如下：①把圖畫加上邊框變成四分之一大小，移到左上方。②選中此圖畫復(fù)制粘貼一份移動(dòng)至左下方；

③對左下方圖畫稍作改動(dòng)。④在畫面空白處寫上“找不同”。本活動(dòng)，可以讓學(xué)生先做后說，也可以讓學(xué)生先說后做，無論是根據(jù)操作步驟歸納還是規(guī)劃步驟，均是繪畫處理算法的描述，能于細(xì)微處落實(shí)計(jì)算思維的培養(yǎng)。

又如，在“小螞蟻歷險(xiǎn)記”項(xiàng)目活動(dòng)中，教師先創(chuàng)設(shè)故事情境：“一天小螞蟻來到了小河邊，想去河對岸，它會(huì)怎樣想辦法過河呢？”學(xué)生回答“用樹枝搭橋過河、用樹葉作船過河、借氣球漂過河、請小烏龜馱過河……”接著，教師進(jìn)一步提問：“這個(gè)故事怎么展示出來呢？”一幅畫顯然是不夠的，需要將一張畫“變成”一幅連環(huán)畫，如圖4所示。這樣，在利用技術(shù)成就藝術(shù)的過程中，不僅能讓學(xué)生充分體驗(yàn)到數(shù)字化藝術(shù)創(chuàng)作的成就感，而且滲透了計(jì)算思維和創(chuàng)新思維的培育。

總之，兒童數(shù)字繪畫教學(xué)立足于信息科技學(xué)科，追求的是信息處理素養(yǎng)、問題解決能力、計(jì)算思維與創(chuàng)新思維培育的和諧統(tǒng)一。通過富有童趣的項(xiàng)目活動(dòng)，讓兒童發(fā)揮想象，運(yùn)用學(xué)科概念和數(shù)字化工具創(chuàng)作出靈動(dòng)多變的數(shù)字繪畫，這是“用中學(xué)”“做中學(xué)”與“創(chuàng)中學(xué)”的自然融合。學(xué)生在創(chuàng)作過程中，能充分體驗(yàn)信息技術(shù)處理數(shù)據(jù)的過程，感受數(shù)字繪畫的魅力，熏陶創(chuàng)新的意識(shí)，在問題解決過程中孕育計(jì)算思維，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]費(fèi)海明.計(jì)算歸簡 分合衍變—計(jì)算思維內(nèi)涵探析與教學(xué)創(chuàng)意[J].中國信息技術(shù)教育，2020（20）：85-88.