指向計算思維培養的小學創客活動設計探究

劉詩夢

【摘 要】Tinker教育被視為STEM教育的一種重要形態和創新舉措，近年來逐漸受到關注和認可。大多數學生創客基礎薄弱，Tinker可看作簡易版、入門級的創客教育，可以對學生給予學習補償；重視對真實世界的探索，有利于學生跨越知識鴻溝，培養其在現實生活中的洞察力、思辨力。本文從Tinker教育入手，探索針對基礎薄弱的學生的創客活動設計，以培養學生的計算思維。

【關鍵詞】Tinker 創客 活動設計 計算思維

Tinker教育就是鼓勵學習者直接使用真實的工具和材料設計學習。換言之，Tinker教育是以學生為中心的學習，以培養創新創造者為目標，并著重關注學生對實物的感知與選擇。當我們遇到新事物時，我們常自發組織Tinker 活動，以摸索它是做什么的，以及它是如何工作的。例如，當我們有一個新電腦時，我們會嘗試所有的功能，然后有針對性地找出對我們有用的功能。大多數學生接觸創客活動較少，基礎薄弱，但實踐動手能力并不差。Tinker教育與創客教育都是STEM教育的重要形式，Tinker教育可看作是簡易版、入門級的創客教育，有利于基礎薄弱的學生獲得學習補償。那么，如何基于Tinker教育，設計面向基礎薄弱的學生的創客活動呢？我們信息技術教研組展開了有益的嘗試。

一、Tinker活動設計的反思

圓珠筆、水性筆、電機、可回收容器等，是日常生活中常見的材料。那么，筆和電機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“涂鴉機器人”就是這樣的一種電動裝置（如圖1所示），它以不尋常的方式移動并留下痕跡來追蹤筆的路徑。它由簡單的材料制成，并由振動式偏置馬達啟動，以有趣的方式彈跳、旋轉、撞擊和移動。

用網絡中的案例作為情境導入，并請學生準備材料，教師給予教學支架：

（1）電機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“涂鴉機器人”更加智能化，輕松地打開和關閉涂鴉機？

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

這樣的問題，既生活化又具有啟發性、實踐性和趣味性，促使學生積極主動思考且學習熱情高漲。

學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）大部分學生對電機連接電池、開關的串聯電路不熟悉，分不清電池的正負極。

（2）少部分學生有天馬行空的想象，但是動手操作時出現失誤，與心理預期出現落差，學習積極性受挫。

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

Tinker教育極具生活化和真實性，這樣的情境適用于小學生的學情特點。學生使用生活中熟悉的材料，參與動手制作過程，不僅可以獲得學習補償，還可以創造出各種新意，培養創造力與動手能力，提升對身邊事物的敏銳性與觀察力。在動手實踐的過程中，學生能得到啟發式的思考。這種鼓勵學生勇敢嘗試的做法，可以拓寬其思考的廣度。但我們忽略了學生的持續性注意力與學習興趣的不對等性。學生的學習興趣具有偶發性，學習注意力容易被干擾，探索精神、持之以恒的學習習慣缺失，所以，他們在實踐過程中會出現放棄和失敗的情況。

二、Tinker活動設計的優化

面對問題，必須有所行動，為此，我們及時調整了活動設計，加強了學習環境的補償，降低學生因失敗產生畏難情緒的概率，讓其產生足夠且持續的學習興趣。

對于所有的活動設計，我們均關注到了兩點：一是做好充足的準備，“活動材料課堂取”；二是提高活動參與度，變小組為個人。

以“小小發現家——簡易改裝車”活動為例，我們的活動設計分為兩個課時，如表1所示：

以我們組所任教的某班級為例，在“課時一”中，班級里一位同學想到了組裝小車，全班同學都做出了小車造型，如圖2所示。

在此活動中，我們省略了電機的組裝，降低了難度，并且所有的材料和工具都是事先準備好的，課堂中可以直接獲取。另外，每個人獨立完成作品，課堂參與度高。雖然一個班的學生都制作出的是同樣的作品，缺少創新度，但這是一節鋪墊課，讓學生具備創客的基礎，是給學生的一次創客教育的補償教學。Tinker教育強調，真實與零基礎即可學習低難度的創客。學生在Tinker活動中掌握的創客研究方法和解決實際問題的能力，可以遷移到后續復雜的創客活動中，為STEM學習打下基礎。任何人，在任何地點，都可以參與Tinker實踐，突破時空和人員的限制。這樣的低門檻學習條件以及作品的高完成度，催生了學生濃厚的求知欲與好奇心，為其接下來深入探索創客活動注入了“興奮劑”。

“課時二”中，我們將Tinker活動中的真實材料換成了特定的零件，并設置電路與電機的探索任務，讓學生由探索真實情境中的材料間的關系轉向探索各零件之間的關系，并且通過探索活動，形成小組互助模式。在遇到電路與電機的問題后，部分學生迎難而上，與同學、教師積極探索。這樣的學習模式源自學生的學習內驅力，有效避免了小組合作模式的弊端，形成了良好的學習態勢。Tinker的教育理念并未發生變化，只是教學素材發生了變化。學生將在Tinker活動中所學的研究方法沿用至創客活動中，并在這樣“先Tinker后創客”的教學模式中，擁有了知識和心理上的補償。

在完成基本活動后，我們也為學生布置了提高型任務：

（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，讓它成為一輛獨一無二的小車？

（2）你的小車想要前進，四個輪胎的轉動方向有什么規律？可觀察生活中汽車的輪胎轉動方向。

在第一個任務中，我們將創客回歸真實世界，在鼓勵學生創造創新的基礎上，又彌補了創客重視數字化、忽視探索真實世界的不足，同時為學生搭建了真實世界與創客連接的橋梁，幫助其從熟悉的真實世界找到創新的靈感，完成創造活動。

第二個任務從實踐操作到理性思考，喚醒學生的數學、科學等學科知識與思維，符合創客教育的理念，引導學生思考車輪的運動轉向，為接下來的編程學習打下基礎。

當Tinker為創客提供補償教學成為新常態，學生也就慢慢從心理上對Tinker產生了“依賴”。這種“依賴”進一步涵養了學生的學習努力，而興趣與努力正是創客活動中計算思維產生的內在動力。

三、Tinker對學生創客活動設計的啟示

與其憤慨于學生學習習慣、基礎的低水準和教學的高失敗，不如設計有趣又實用的Tinker活動。這留給教師的絕不只是與“熊孩子”斗智斗勇的經歷，更重要的是如何利用好創客活動，生發從“開展學生的創客活動”到“構建學生的計算思維”的思考。

（一）Tinker活動：興趣與努力

杜威提出的興趣學說認為，興趣作為自我的表達可以分為兩個階段，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。小學生入情緒階段易，攀登知性階段難，他們面對困難容易退卻，難以萌生主動努力的意志，而“先Tinker后創客”的教學模式，為他們提供了努力“補給站”。學生從與他們日常生活中可直接觸碰的各種材料和工具開始，實物利用，在不斷探索中生發直接的興趣與愉悅的情緒，并建構一定的知識和學習方法，進而來到數字化的正式創客活動中，其學習心理和基礎都已得到“加油”。同時，教師的“學習知識導航”和“學習心理續航”，更容易使他們產生努力克服困難的學習意志和間接的興趣。這種主動與持續的努力有助于啟動學生創客活動中的反思性思維。

反思性思維（Reflective Thinking）指對某個問題進行反復的、嚴肅的、持續不斷的深思。學生在創客活動中遭遇困境或失敗，有可能啟動反思性思維，在反思和活動的往復循環中，學生會邊做邊想，一邊試驗，一邊思考“這個問題是怎么導致的”“下一步，我該怎么做”。往復循環的過程可以讓計算思維這項綜合能力在人機協同問題解決情境中得到提升。當學生不愿或啟動反思性思維失敗時，他們就可能產生畏難情緒或者分散注意力，甚至放棄活動。可見，Tinker活動帶來的知性階段的興趣與努力，對基于創客活動下的計算思維的產生具有重要意義。但是，興趣與努力只是思維發生的內在動力，教師的“知識導航”與“心理續航”也必不可少。

（二）情境與對話：“知識導航”與“心理續航”

1.安全的課堂情境

“先Tinker后創客”的教學模式必有安全的情境與開放的對話。創客活動是一個問題探究的過程，既然是問題探究，就有成功和失敗。教師應允許失敗，甚至制造和鼓勵失敗，可以說，這是一種有效失敗。具有“暗示”失敗的學習情境會讓學生感到心理安全，克服心理恐懼，啟動反思性思維，激發不懈努力、克服困難的斗志。比如，教師在給學生的半成品代碼中，找出一兩個對解決問題起關鍵作用的代碼，將其設置成錯誤代碼，讓學生去調試程序，發現錯誤，鼓勵其不斷調整參數，直至程序調試成功。

2.顯性的反思性對話

雖然反思是內省的過程，是自我的對話，但是，教師也可以利用課堂中的對話，幫助學生形成反思性思維。在編程學習情境中，教師逐步放開對課堂的控制，鼓勵開展積極開放的生生對話和師生對話，搭建反思腳手架引領對話，幫助學生總結、討論和評價自己的思維過程與方法。例如，在編程過程中鼓勵學生進行語言轉換，利用類比思維，將表達任務的自然語言與計算語言相互轉換，教師通常只注意到訓練學生將自然語言轉換成計算機語言，但計算機語言到自然語言的轉換也不可忽視。對基礎薄弱的小學生來說，這一步反而更容易被記憶。這不但可以發展計算思維，還可以發展創客活動中的表達技能與人文教育。對于高年級的Python這類抽象編程語言，教師可鼓勵學生利用可視化技術將算法轉換為圖表，如流程圖、表單等，是從Scratch等圖形化編程向文本編程的銜接。我們還倡導鼓勵學生為代碼添加注釋，讓學生邊寫邊思考代碼與問題解決目標之間的關聯，養成良好的計算思維習慣。

面對學生在創客活動中遇到的問題，作為一線信息技術教師，我們需要關注的不是學生“一次搭建行動”“一個程序編程”的成功與失敗，而是要為他們設計切實可行、適合他們的教學模式與創客活動，用Tinker活動引領他們跨越知識鴻溝，體驗創造的刺激、美妙與歡樂，綻放思維的火花。

【參考文獻】

李業富.經驗的重構：杜威教育學與心理學[M].上海：華東師范大學出版社，2017.