指向計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)創(chuàng)客活動(dòng)設(shè)計(jì)探究
——基于Tinker 活動(dòng)設(shè)計(jì)的嘗試

南京師范大學(xué)附屬中學(xué)新城小學(xué)北校區(qū) 劉詩(shī)夢(mèng)

Tinker教育就是鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者直接使用真實(shí)的工具和材料設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)。換言之，Tinker教育是以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造者為目標(biāo)，并著重關(guān)注學(xué)生對(duì)實(shí)物的感知與選擇。當(dāng)我們遇到新事物時(shí)，我們常自發(fā)組織Tinker 活動(dòng)，以摸索它是做什么的，以及它是如何工作的。例如，當(dāng)我們有一個(gè)新電腦時(shí)，我們會(huì)嘗試所有的功能，然后有針對(duì)性地找出對(duì)我們有用的功能。大多數(shù)學(xué)生接觸創(chuàng)客活動(dòng)較少，基礎(chǔ)薄弱，但實(shí)踐動(dòng)手能力并不差。Tinker教育與創(chuàng)客教育都是STEM教育的重要形式，Tinker教育可看作是簡(jiǎn)易版、入門級(jí)的創(chuàng)客教育，有利于基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生獲得學(xué)習(xí)補(bǔ)償。那么，如何基于Tinker教育，設(shè)計(jì)面向基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生的創(chuàng)客活動(dòng)呢？我們信息技術(shù)教研組展開了有益的嘗試。

一、Tinker活動(dòng)設(shè)計(jì)的反思

圓珠筆、水性筆、電機(jī)、可回收容器等，是日常生活中常見的材料。那么，筆和電機(jī)能否用來追蹤筆的痕跡并按照想法畫出想要的圖形呢？案例中的“涂鴉機(jī)器人”就是這樣的一種電動(dòng)裝置（如圖1所示），它以不尋常的方式移動(dòng)并留下痕跡來追蹤筆的路徑。它由簡(jiǎn)單的材料制成，并由振動(dòng)式偏置馬達(dá)啟動(dòng)，以有趣的方式彈跳、旋轉(zhuǎn)、撞擊和移動(dòng)。

圖1 涂鴉機(jī)器人

用網(wǎng)絡(luò)中的案例作為情境導(dǎo)入，并請(qǐng)學(xué)生準(zhǔn)備材料，教師給予教學(xué)支架：

（1）電機(jī)可以在日常生活中的哪些物品中找到？

（2）除了圓珠筆和水性筆，我還可以添加哪些元素，使涂鴉更加豐富多彩？

（3）是否可以使“涂鴉機(jī)器人”更加智能化，輕松地打開和關(guān)閉涂鴉機(jī)？

（4）添加天然材料，如樹葉、棍棒、石頭等材料到機(jī)器中，如何使天然材料也可以進(jìn)行涂鴉？

這樣的問題，既生活化又具有啟發(fā)性、實(shí)踐性和趣味性，促使學(xué)生積極主動(dòng)思考且學(xué)習(xí)熱情高漲。

學(xué)生回答問題的反響很好，但是在改造案例的過程中卻暴露了很多問題。例如：

（1）大部分學(xué)生對(duì)電機(jī)連接電池、開關(guān)的串聯(lián)電路不熟悉，分不清電池的正負(fù)極。

（2）少部分學(xué)生有天馬行空的想象，但是動(dòng)手操作時(shí)出現(xiàn)失誤，與心理預(yù)期出現(xiàn)落差，學(xué)習(xí)積極性受挫。

（3）小組合作模式下，部分學(xué)生沒事干，還有的小組將準(zhǔn)備材料的任務(wù)拋之腦后，沒有準(zhǔn)備好材料。

Tinker教育極具生活化和真實(shí)性，這樣的情境適用于小學(xué)生的學(xué)情特點(diǎn)。學(xué)生使用生活中熟悉的材料，參與動(dòng)手制作過程，不僅可以獲得學(xué)習(xí)補(bǔ)償，還可以創(chuàng)造出各種新意，培養(yǎng)創(chuàng)造力與動(dòng)手能力，提升對(duì)身邊事物的敏銳性與觀察力。在動(dòng)手實(shí)踐的過程中，學(xué)生能得到啟發(fā)式的思考。這種鼓勵(lì)學(xué)生勇敢嘗試的做法，可以拓寬其思考的廣度。但我們忽略了學(xué)生的持續(xù)性注意力與學(xué)習(xí)興趣的不對(duì)等性。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣具有偶發(fā)性，學(xué)習(xí)注意力容易被干擾，探索精神、持之以恒的學(xué)習(xí)習(xí)慣缺失，所以，他們?cè)趯?shí)踐過程中會(huì)出現(xiàn)放棄和失敗的情況。

二、Tinker活動(dòng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

面對(duì)問題，必須有所行動(dòng)，為此，我們及時(shí)調(diào)整了活動(dòng)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了學(xué)習(xí)環(huán)境的補(bǔ)償，降低學(xué)生因失敗產(chǎn)生畏難情緒的概率，讓其產(chǎn)生足夠且持續(xù)的學(xué)習(xí)興趣。

對(duì)于所有的活動(dòng)設(shè)計(jì)，我們均關(guān)注到了兩點(diǎn)：一是做好充足的準(zhǔn)備，“活動(dòng)材料課堂取”；二是提高活動(dòng)參與度，變小組為個(gè)人。

以“小小發(fā)現(xiàn)家——簡(jiǎn)易改裝車”活動(dòng)為例，我們的活動(dòng)設(shè)計(jì)分為兩個(gè)課時(shí)，如表1所示：

表1 優(yōu)化后的Tinker 活動(dòng)設(shè)計(jì)

以我們組所任教的某班級(jí)為例，在“課時(shí)一”中，班級(jí)里一位同學(xué)想到了組裝小車，全班同學(xué)都做出了小車造型，如圖2所示。

圖2 小車造型

在此活動(dòng)中，我們省略了電機(jī)的組裝，降低了難度，并且所有的材料和工具都是事先準(zhǔn)備好的，課堂中可以直接獲取。另外，每個(gè)人獨(dú)立完成作品，課堂參與度高。雖然一個(gè)班的學(xué)生都制作出的是同樣的作品，缺少創(chuàng)新度，但這是一節(jié)鋪墊課，讓學(xué)生具備創(chuàng)客的基礎(chǔ)，是給學(xué)生的一次創(chuàng)客教育的補(bǔ)償教學(xué)。Tinker教育強(qiáng)調(diào)，真實(shí)與零基礎(chǔ)即可學(xué)習(xí)低難度的創(chuàng)客。學(xué)生在Tinker活動(dòng)中掌握的創(chuàng)客研究方法和解決實(shí)際問題的能力，可以遷移到后續(xù)復(fù)雜的創(chuàng)客活動(dòng)中，為STEM學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。任何人，在任何地點(diǎn)，都可以參與Tinker實(shí)踐，突破時(shí)空和人員的限制。這樣的低門檻學(xué)習(xí)條件以及作品的高完成度，催生了學(xué)生濃厚的求知欲與好奇心，為其接下來深入探索創(chuàng)客活動(dòng)注入了“興奮劑”。

“課時(shí)二”中，我們將Tinker活動(dòng)中的真實(shí)材料換成了特定的零件，并設(shè)置電路與電機(jī)的探索任務(wù)，讓學(xué)生由探索真實(shí)情境中的材料間的關(guān)系轉(zhuǎn)向探索各零件之間的關(guān)系，并且通過探索活動(dòng)，形成小組互助模式。在遇到電路與電機(jī)的問題后，部分學(xué)生迎難而上，與同學(xué)、教師積極探索。這樣的學(xué)習(xí)模式源自學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，有效避免了小組合作模式的弊端，形成了良好的學(xué)習(xí)態(tài)勢(shì)。Tinker的教育理念并未發(fā)生變化，只是教學(xué)素材發(fā)生了變化。學(xué)生將在Tinker活動(dòng)中所學(xué)的研究方法沿用至創(chuàng)客活動(dòng)中，并在這樣“先Tinker后創(chuàng)客”的教學(xué)模式中，擁有了知識(shí)和心理上的補(bǔ)償。

在完成基本活動(dòng)后，我們也為學(xué)生布置了提高型任務(wù)：

（1）你是否可以改造車的造型，為它添加一些額外的元素，不局限于這些零件，也可以是生活中的各種材料，讓它成為一輛獨(dú)一無二的小車？

（2）你的小車想要前進(jìn)，四個(gè)輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)方向有什么規(guī)律？可觀察生活中汽車的輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

在第一個(gè)任務(wù)中，我們將創(chuàng)客回歸真實(shí)世界，在鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)造創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，又彌補(bǔ)了創(chuàng)客重視數(shù)字化、忽視探索真實(shí)世界的不足，同時(shí)為學(xué)生搭建了真實(shí)世界與創(chuàng)客連接的橋梁，幫助其從熟悉的真實(shí)世界找到創(chuàng)新的靈感，完成創(chuàng)造活動(dòng)。

第二個(gè)任務(wù)從實(shí)踐操作到理性思考，喚醒學(xué)生的數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科知識(shí)與思維，符合創(chuàng)客教育的理念，引導(dǎo)學(xué)生思考車輪的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向，為接下來的編程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

當(dāng)Tinker為創(chuàng)客提供補(bǔ)償教學(xué)成為新常態(tài)，學(xué)生也就慢慢從心理上對(duì)Tinker產(chǎn)生了“依賴”。這種“依賴”進(jìn)一步涵養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)努力，而興趣與努力正是創(chuàng)客活動(dòng)中計(jì)算思維產(chǎn)生的內(nèi)在動(dòng)力。

三、Tinker對(duì)學(xué)生創(chuàng)客活動(dòng)設(shè)計(jì)的啟示

與其憤慨于學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣、基礎(chǔ)的低水準(zhǔn)和教學(xué)的高失敗，不如設(shè)計(jì)有趣又實(shí)用的Tinker活動(dòng)。這留給教師的絕不只是與“熊孩子”斗智斗勇的經(jīng)歷，更重要的是如何利用好創(chuàng)客活動(dòng)，生發(fā)從“開展學(xué)生的創(chuàng)客活動(dòng)”到“構(gòu)建學(xué)生的計(jì)算思維”的思考。

（一）Tinker活動(dòng)：興趣與努力

杜威提出的興趣學(xué)說認(rèn)為，興趣作為自我的表達(dá)可以分為兩個(gè)階段，即：直接的興趣和愉悅的情緒階段，以及間接的興趣和意志的知性階段。小學(xué)生入情緒階段易，攀登知性階段難，他們面對(duì)困難容易退卻，難以萌生主動(dòng)努力的意志，而“先Tinker后創(chuàng)客”的教學(xué)模式，為他們提供了努力“補(bǔ)給站”。學(xué)生從與他們?nèi)粘Ｉ钪锌芍苯佑|碰的各種材料和工具開始，實(shí)物利用，在不斷探索中生發(fā)直接的興趣與愉悅的情緒，并建構(gòu)一定的知識(shí)和學(xué)習(xí)方法，進(jìn)而來到數(shù)字化的正式創(chuàng)客活動(dòng)中，其學(xué)習(xí)心理和基礎(chǔ)都已得到“加油”。同時(shí)，教師的“學(xué)習(xí)知識(shí)導(dǎo)航”和“學(xué)習(xí)心理續(xù)航”，更容易使他們產(chǎn)生努力克服困難的學(xué)習(xí)意志和間接的興趣。這種主動(dòng)與持續(xù)的努力有助于啟動(dòng)學(xué)生創(chuàng)客活動(dòng)中的反思性思維。

反思性思維（Reflective Thinking）指對(duì)某個(gè)問題進(jìn)行反復(fù)的、嚴(yán)肅的、持續(xù)不斷的深思。學(xué)生在創(chuàng)客活動(dòng)中遭遇困境或失敗，有可能啟動(dòng)反思性思維，在反思和活動(dòng)的往復(fù)循環(huán)中，學(xué)生會(huì)邊做邊想，一邊試驗(yàn)，一邊思考“這個(gè)問題是怎么導(dǎo)致的”“下一步，我該怎么做”。往復(fù)循環(huán)的過程可以讓計(jì)算思維這項(xiàng)綜合能力在人機(jī)協(xié)同問題解決情境中得到提升。當(dāng)學(xué)生不愿或啟動(dòng)反思性思維失敗時(shí)，他們就可能產(chǎn)生畏難情緒或者分散注意力，甚至放棄活動(dòng)。可見，Tinker活動(dòng)帶來的知性階段的興趣與努力，對(duì)基于創(chuàng)客活動(dòng)下的計(jì)算思維的產(chǎn)生具有重要意義。但是，興趣與努力只是思維發(fā)生的內(nèi)在動(dòng)力，教師的“知識(shí)導(dǎo)航”與“心理續(xù)航”也必不可少。

（二）情境與對(duì)話：“知識(shí)導(dǎo)航”與“心理續(xù)航”

1.安全的課堂情境

“先Tinker后創(chuàng)客”的教學(xué)模式必有安全的情境與開放的對(duì)話。創(chuàng)客活動(dòng)是一個(gè)問題探究的過程，既然是問題探究，就有成功和失敗。教師應(yīng)允許失敗，甚至制造和鼓勵(lì)失敗，可以說，這是一種有效失敗。具有“暗示”失敗的學(xué)習(xí)情境會(huì)讓學(xué)生感到心理安全，克服心理恐懼，啟動(dòng)反思性思維，激發(fā)不懈努力、克服困難的斗志。比如，教師在給學(xué)生的半成品代碼中，找出一兩個(gè)對(duì)解決問題起關(guān)鍵作用的代碼，將其設(shè)置成錯(cuò)誤代碼，讓學(xué)生去調(diào)試程序，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，鼓勵(lì)其不斷調(diào)整參數(shù)，直至程序調(diào)試成功。

2.顯性的反思性對(duì)話

雖然反思是內(nèi)省的過程，是自我的對(duì)話，但是，教師也可以利用課堂中的對(duì)話，幫助學(xué)生形成反思性思維。在編程學(xué)習(xí)情境中，教師逐步放開對(duì)課堂的控制，鼓勵(lì)開展積極開放的生生對(duì)話和師生對(duì)話，搭建反思腳手架引領(lǐng)對(duì)話，幫助學(xué)生總結(jié)、討論和評(píng)價(jià)自己的思維過程與方法。例如，在編程過程中鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行語言轉(zhuǎn)換，利用類比思維，將表達(dá)任務(wù)的自然語言與計(jì)算語言相互轉(zhuǎn)換，教師通常只注意到訓(xùn)練學(xué)生將自然語言轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)語言，但計(jì)算機(jī)語言到自然語言的轉(zhuǎn)換也不可忽視。對(duì)基礎(chǔ)薄弱的小學(xué)生來說，這一步反而更容易被記憶。這不但可以發(fā)展計(jì)算思維，還可以發(fā)展創(chuàng)客活動(dòng)中的表達(dá)技能與人文教育。對(duì)于高年級(jí)的Python這類抽象編程語言，教師可鼓勵(lì)學(xué)生利用可視化技術(shù)將算法轉(zhuǎn)換為圖表，如流程圖、表單等，是從Scratch等圖形化編程向文本編程的銜接。我們還倡導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生為代碼添加注釋，讓學(xué)生邊寫邊思考代碼與問題解決目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)，養(yǎng)成良好的計(jì)算思維習(xí)慣。

面對(duì)學(xué)生在創(chuàng)客活動(dòng)中遇到的問題，作為一線信息技術(shù)教師，我們需要關(guān)注的不是學(xué)生“一次搭建行動(dòng)”“一個(gè)程序編程”的成功與失敗，而是要為他們?cè)O(shè)計(jì)切實(shí)可行、適合他們的教學(xué)模式與創(chuàng)客活動(dòng)，用Tinker活動(dòng)引領(lǐng)他們跨越知識(shí)鴻溝，體驗(yàn)創(chuàng)造的刺激、美妙與歡樂，綻放思維的火花。