面向計(jì)算思維培養(yǎng)的創(chuàng)意編程啟蒙教學(xué)實(shí)踐
——以“初識慧編程”教學(xué)設(shè)計(jì)為例

商艷 江蘇省鹽城市建湖縣向陽路小學(xué)

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出“在計(jì)算思維方面，（讓學(xué)生）能運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法解決問題，并能遷移運(yùn)用解決其他問題”。筆者根據(jù)《江蘇省義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)指南》中“身邊的算法”模塊的實(shí)施建議，基于計(jì)算思維開展小學(xué)生創(chuàng)意編程實(shí)踐研究。遵循學(xué)生的年齡特點(diǎn)和心智水平，筆者設(shè)計(jì)了《初識慧編程》系列入門課程，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用自主、合作、探究等方式，從多個(gè)層面認(rèn)識“慧編程”圖形化編程軟件的工作流程和功能，并在遞進(jìn)式的學(xué)習(xí)活動中實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

●背景分析

1.內(nèi)容的選擇與設(shè)計(jì)

本課是了解“慧編程”軟件的初始課，旨在帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)圖形化編程的美妙世界，讓學(xué)生在玩中學(xué)，啟發(fā)創(chuàng)作激情。與之前所學(xué)的畫圖、WPS應(yīng)用程序相比，慧編程軟件不僅具有所見即所得的特點(diǎn)，而且還能呈現(xiàn)豐富的交互效果和強(qiáng)大的解決問題能力。本課教學(xué)重點(diǎn)是認(rèn)識軟件的界面和體驗(yàn)圖形化編程的功能，引導(dǎo)學(xué)生在搭建積木式腳本的過程中，掌握軟件的基本工作方式，并能編寫簡單的腳本，解決實(shí)際問題。

2.學(xué)情的分析與思考

本課的學(xué)習(xí)對象是五年級的學(xué)生，這個(gè)年齡段的學(xué)生思維活躍，好奇心強(qiáng)，對事物的認(rèn)知正逐步從具象思維向抽象思維過渡。學(xué)生已掌握計(jì)算機(jī)的基本操作，能制作出貼近生活的數(shù)字化作品，具備一定的審美標(biāo)準(zhǔn)和信息素養(yǎng)。雖然學(xué)生尚未接觸編程軟件，但是對能制作出動畫和游戲的編程軟件有極大的好奇心和創(chuàng)作欲。由于學(xué)生思維能力和運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問題的能力不足，在面對陌生的編程界面和大段的語法結(jié)構(gòu)時(shí)，容易不知所措，甚至產(chǎn)生畏難情緒。

●“初識慧編程”教學(xué)設(shè)計(jì)

1.創(chuàng)設(shè)情境，呈現(xiàn)游戲

筆者展示“熊貓翻跟頭”的游戲效果，鼓勵(lì)學(xué)生試玩游戲。試玩游戲有助于學(xué)生初步了解軟件界面和常用按鈕的功能，激發(fā)探究“慧編程軟件制作熊貓翻跟頭游戲”的好奇心與求知欲。

2.范例研習(xí)，分析游戲

（1）認(rèn)識“慧編程”軟件主要區(qū)域的名稱和功能。由于軟件界面的區(qū)域眾多，通過對比該編程軟件與一般應(yīng)用軟件（WPS文字）的界面，讓學(xué)生初步認(rèn)識其特有的組成部分，再借助學(xué)件，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，從而了解何為編程軟件。

（2）分析范例，了解腳本區(qū)和積木區(qū)的關(guān)系。慧編程的界面包含菜單欄、工具欄以及舞臺區(qū)、積木區(qū)、腳本區(qū)。為了方便角色功能的實(shí)現(xiàn)，通常將同類型的積木塊集合在一個(gè)功能模塊下，再根據(jù)需要，將不同類型的積木塊拖動到腳本區(qū)，進(jìn)行組合、拆分之后就可以執(zhí)行腳本，實(shí)現(xiàn)游戲或動畫。

本活動的目標(biāo)是了解編程軟件的定義。通過體驗(yàn)式學(xué)習(xí)方式，將概念性內(nèi)容通過任務(wù)和活動具象化，引導(dǎo)學(xué)生在了解腳本的概念、腳本區(qū)的構(gòu)成和作用的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步思考積木區(qū)和腳本區(qū)的關(guān)系、積木區(qū)的功能模塊與對應(yīng)積木塊之間的關(guān)系，加深對指令積木和腳本的認(rèn)識。學(xué)生在此基礎(chǔ)上借助學(xué)習(xí)與生活中的實(shí)例，體驗(yàn)身邊的動作，用自然語言來描述角色動作，進(jìn)而自主構(gòu)建內(nèi)在知識地圖，學(xué)會深入思考問題。

3.模仿設(shè)計(jì)，修改游戲

在學(xué)生對編程軟件有了初步認(rèn)識后，應(yīng)將其注意力引導(dǎo)到本課的教學(xué)重點(diǎn)上來，即體驗(yàn)編程的一般過程。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生再玩游戲，發(fā)現(xiàn)游戲中文字滑動得太快，繼而引發(fā)新問題：怎樣看清熊貓說的話？

（1）修改范例，認(rèn)識腳本與動作之間的關(guān)系。由于文字顯示在腳本區(qū)非常明顯的地方，通過分析影響文字被看清楚的因素，多數(shù)學(xué)生能夠修改文字以調(diào)整熊貓動作，獲得成功的體驗(yàn)。學(xué)生通過閱讀腳本發(fā)現(xiàn)，除了修改文字長短，還能修改文字顯示時(shí)長，以達(dá)到看清楚文字的效果，初步建立起角色腳本與角色行為之間的關(guān)聯(lián)。

（2）模仿范例，實(shí)現(xiàn)“來回跑步”的效果。影響游戲效果的因素有很多，學(xué)生要學(xué)會閱讀、分析腳本，還要根據(jù)效果實(shí)現(xiàn)的需要修改腳本。通過橫向分析表格（如下表）得出“翻跟頭”的動作與腳本之間的對應(yīng)關(guān)系，從而理解參數(shù)的意義，再縱向分析表格，遷移出類似腳本并合理設(shè)置參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)“來回跑步”的效果。

4.自由創(chuàng)作，升級游戲

所有人都可以在編程軟件中創(chuàng)作屬于自己的游戲和動畫。規(guī)劃單中設(shè)計(jì)創(chuàng)作目標(biāo)、作品設(shè)計(jì)、角色設(shè)計(jì)、腳本設(shè)計(jì)等內(nèi)容填空，為學(xué)生搭建創(chuàng)編之梯，幫助學(xué)生打開思路。教師引導(dǎo)學(xué)生在原有范例的基礎(chǔ)上，升級熊貓自我介紹的腳本，并通過引導(dǎo)學(xué)生思考：“我要做什么？怎么做？為什么這樣做？”讓學(xué)生有序分析，找到問題解決的切入口，創(chuàng)設(shè)個(gè)性化的游戲或故事。

5.思維導(dǎo)圖，拓展提升

慧編程軟件支持多種外部設(shè)備，外設(shè)對于五年級學(xué)生而言，相對簡單。在一節(jié)課結(jié)束前，展示慧編程軟件的其他應(yīng)用場景，進(jìn)一步拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，為日后運(yùn)用豐富的擴(kuò)展資源和外部設(shè)備偵測環(huán)境的開源硬件設(shè)計(jì)創(chuàng)客作品做好鋪墊。

●教學(xué)實(shí)踐的思考

在本次創(chuàng)意編程啟蒙學(xué)習(xí)實(shí)踐中，學(xué)生不僅領(lǐng)悟了程序設(shè)計(jì)的樂趣，而且能完成范例作品的制作，但是在改編、創(chuàng)作作品方面能力還需進(jìn)一步提升。筆者認(rèn)為，基于學(xué)生已有認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，開展面向計(jì)算思維培養(yǎng)的創(chuàng)意編程啟蒙教學(xué)，需要從以下四方面進(jìn)行考慮。

1.重構(gòu)教學(xué)組織的方式，加強(qiáng)項(xiàng)目的探索與實(shí)踐

動作腳本參數(shù)翻跟頭重復(fù)旋轉(zhuǎn) 6 次，每次旋轉(zhuǎn) 60°來回跑步重復(fù)執(zhí)行 n 次，每次移動 10 步

所有的編程語言都有共同的概念和模塊（如變量、條件判定、循環(huán)、函數(shù)）和解決問題的方法（如遞歸、分而治之、動態(tài)規(guī)劃等）。創(chuàng)意編程啟蒙教學(xué)的根本在于熟悉和掌握核心概念、思維和算法，即計(jì)算思維。教師要選擇對學(xué)生發(fā)展有意義的實(shí)踐活動和有價(jià)值的主題項(xiàng)目活動，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在不同環(huán)節(jié)掌握知識和技能，獲得學(xué)習(xí)的方法。學(xué)生的參與度越高，形成的結(jié)論就越全面、深刻，這也是形成多元化、多層次、多方面結(jié)論的一個(gè)方法。本課借助表格支架幫助學(xué)生觀察積木塊的類別和形狀，使其在嘗試、交流、歸納的過程中獲得新知，在嘗試修改熊貓腳本直到看清楚熊貓說的話時(shí)，自主探究出修改、添加、拆分、刪除積木塊的方法。

2.立足核心概念的理解，實(shí)現(xiàn)問題的發(fā)現(xiàn)與解決

創(chuàng)意編程啟蒙課的核心問題在于理解什么是編程軟件、怎樣使用編程軟件創(chuàng)作游戲和動畫。為了幫助學(xué)生更好地理解這一問題，應(yīng)關(guān)注學(xué)生認(rèn)知沖突的焦點(diǎn)，即問題的表述要清晰明確，要對學(xué)生理解核心概念有所幫助，且能提供解決策略和思維方法。例如，在理解“什么是編程軟件”這一問題時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生先對比編程軟件和一般的應(yīng)用軟件，再描述自己的發(fā)現(xiàn)：編程軟件中的特有組成部分將其與一般軟件區(qū)別開；只有通過思考“什么是腳本？同一角色的積木塊和動作之間存在什么關(guān)系”，才能在實(shí)踐中理解用腳本表示角色的行為和動作的方法。只有立足學(xué)生已有的知識儲備，將內(nèi)容問題化，組織碎片化知識，才能引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程語言解決問題，進(jìn)而理解程序設(shè)計(jì)的意義。

3.經(jīng)歷算法形成的過程，倡導(dǎo)模型的遷移與應(yīng)用

在圖形化編程教學(xué)中，建立和應(yīng)用由多種圖形化控件組成的模型，已經(jīng)成為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要方式。在本節(jié)課中，筆者首先用數(shù)學(xué)語言概括問題的本質(zhì)特征，初步建立模型。為了看清熊貓說的話，引導(dǎo)學(xué)生修改文字的顯示時(shí)長，初步感知參數(shù)的作用。在此基礎(chǔ)上，分析“翻跟頭”的動作與腳本之間的對應(yīng)關(guān)系。原來重復(fù)旋轉(zhuǎn)6次，每次旋轉(zhuǎn)60°，才能實(shí)現(xiàn)熊貓旋轉(zhuǎn)360°的動作效果。其次，修改旋轉(zhuǎn)次數(shù)和每次旋轉(zhuǎn)的角度，體會采用算法實(shí)現(xiàn)重復(fù)運(yùn)動的巧妙，在潛移默化中驗(yàn)證模型。最后，將建模思想遷移到“來回跑步”腳本的實(shí)現(xiàn)中去。學(xué)生利用“翻跟頭”與“來回跑步”問題之間的相似性，自主編寫腳本并合理設(shè)置參數(shù)，再次經(jīng)歷算法形成的建模過程。這種遷移與應(yīng)用模型的實(shí)踐，讓學(xué)生體會到運(yùn)用計(jì)算思維解決類似問題的優(yōu)勢。

4.發(fā)揮多元評價(jià)的效能，做好作品的分享和迭代

創(chuàng)意編程啟蒙教學(xué)注重評價(jià)育人，注重將教學(xué)設(shè)計(jì)和評價(jià)規(guī)劃融入到學(xué)生的學(xué)習(xí)活動中，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程和評價(jià)活動的有機(jī)融合。通過本課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能根據(jù)問題解決的需要合理設(shè)計(jì)方案，學(xué)會將具體問題轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)語言，且運(yùn)用一定的腳本來表現(xiàn)自我設(shè)計(jì)的作品，并能根據(jù)任務(wù)的變化，選擇合適的積木塊，合理修改、完善方案。學(xué)生改變了對信息科技課的固有觀念，從游戲的使用者轉(zhuǎn)變?yōu)橛螒虻膭?chuàng)作者。本課采用學(xué)習(xí)規(guī)劃單、“智慧星”應(yīng)用程序等來綜合評價(jià)學(xué)生，從多角度、多方式來了解、評價(jià)學(xué)生計(jì)算思維能力的變化，關(guān)注過程的反饋和指導(dǎo)，以便進(jìn)一步修改完善教學(xué)。通過問題支架關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的細(xì)節(jié)，通過建議支架幫助學(xué)生在尚未達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，嘗試運(yùn)用其他方法來調(diào)試測試、迭代修改。