計(jì)算思維導(dǎo)向下的小學(xué)生編程多元化教學(xué)實(shí)施路徑

黃嬌應(yīng) (福建省龍巖市實(shí)驗(yàn)小學(xué) 364000)

在計(jì)算思維導(dǎo)向下的小學(xué)生編程教學(xué)以培養(yǎng)計(jì)算思維為目標(biāo),旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握解決一類問(wèn)題的方法和技術(shù)。實(shí)施項(xiàng)目式、學(xué)科融合、合作學(xué)習(xí)與互動(dòng)實(shí)踐、激發(fā)思辨與創(chuàng)新編程等多元化編程教學(xué)策略,可以有效促進(jìn)小學(xué)生計(jì)算思維、創(chuàng)造力和實(shí)踐能力發(fā)展,培養(yǎng)解決問(wèn)題的創(chuàng)新思維、合作精神、自主學(xué)習(xí)能力等綜合素養(yǎng)。

一、實(shí)施項(xiàng)目式編程教學(xué)策略, 增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題計(jì)算思維

項(xiàng)目式編程教學(xué)策略是讓學(xué)生在完成具體項(xiàng)目的過(guò)程中,體驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)劃、項(xiàng)目實(shí)施與項(xiàng)目評(píng)價(jià)等計(jì)算思維,理解編程在解決實(shí)際問(wèn)題中的重要性和應(yīng)用價(jià)值,進(jìn)一步提高編程技能。以“制作一個(gè)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)”為例,說(shuō)明項(xiàng)目式編程教學(xué)策略實(shí)施步驟達(dá)成的解決實(shí)際問(wèn)題的計(jì)算思維。

1.設(shè)計(jì)有挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目

可以為學(xué)生設(shè)計(jì)有一定難度和挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目,要涉及實(shí)際問(wèn)題或應(yīng)用場(chǎng)景,設(shè)計(jì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容時(shí),要確保項(xiàng)目與學(xué)生的年齡和能力水平相匹配。如“一個(gè)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)”項(xiàng)目式教學(xué),教學(xué)對(duì)象為六年級(jí)學(xué)生,依據(jù)學(xué)生生活經(jīng)歷和認(rèn)知能力,設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)性項(xiàng)目——利用microbit開(kāi)源硬件及其編程,設(shè)計(jì)一個(gè)交通信號(hào)燈模擬系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)十字路口紅綠燈切換。

2.引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題和思考解決方案

通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生提出相關(guān)問(wèn)題,讓他們思考可能的解決方案,激發(fā)學(xué)生好奇心和探索能力,幫助他們明確項(xiàng)目目標(biāo)和需求。如紅燈綠燈持續(xù)的時(shí)間多長(zhǎng)比較合理? 當(dāng)直行路口亮綠燈時(shí),對(duì)面的紅綠燈如何提示? 如何控制橫行路口為紅燈? 這些問(wèn)題在程序上如何實(shí)現(xiàn),需要哪些條件判斷、邏輯關(guān)系?

3.引導(dǎo)分組合作

項(xiàng)目式教學(xué)需將學(xué)生分成小組,學(xué)生相互協(xié)作、分享思路和經(jīng)驗(yàn),合作解決問(wèn)題,培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。小組分工協(xié)作,一定要明確設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、規(guī)格、外觀等,共同思考如何將設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈應(yīng)用于實(shí)際,解決交通流量高峰等,達(dá)成小組協(xié)作創(chuàng)意物化的目標(biāo)。

4.提供必要的指導(dǎo)和支持

鼓勵(lì)學(xué)生自主思考和解決問(wèn)題,激發(fā)他們創(chuàng)造性思維和自主學(xué)習(xí)能力的同時(shí),教師要提供必要的指導(dǎo)和支持,幫助學(xué)生理解項(xiàng)目要求、解決遇到的問(wèn)題,讓學(xué)生順序完成項(xiàng)目。如在編寫(xiě)程序,測(cè)試功能時(shí),指導(dǎo)學(xué)生將系統(tǒng)控制程序分解成若干子程序(紅綠燈的狀態(tài)、倒計(jì)時(shí)、切換順序),小組分工編寫(xiě),項(xiàng)目負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)整合各子程序、調(diào)試主程序。提供場(chǎng)景材料支持各小組模擬不同交通狀況、仿真測(cè)試系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果。指導(dǎo)小組改進(jìn)、完善、優(yōu)化子程序,嘗試增加一些額外功能,如聲音提示、特殊路況處置等,使系統(tǒng)更加完善和實(shí)用。

5.鼓勵(lì)創(chuàng)新和嘗試

鼓勵(lì)學(xué)生嘗試不同思路的解決方案,即使這些嘗試可能不成功,也能幫助他們從失敗中吸取教訓(xùn),并找到新的方法來(lái)解決問(wèn)題。鼓勵(lì)學(xué)生展示和分享項(xiàng)目成果,演示交通信號(hào)燈模擬系統(tǒng)功能,交流項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)等,收集同學(xué)、老師對(duì)項(xiàng)目的評(píng)價(jià),進(jìn)一步完善項(xiàng)目成果。在項(xiàng)目實(shí)施中,學(xué)生學(xué)會(huì)提出創(chuàng)意和創(chuàng)新想法,發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的解決方案,提升解決實(shí)際問(wèn)題能力。

項(xiàng)目式編程教學(xué)策略,將主要促進(jìn)以下兩種計(jì)算思維發(fā)展:一是解決實(shí)際問(wèn)題水平。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中,學(xué)生需要掌握開(kāi)源硬件功能及其編程工具,分析現(xiàn)實(shí)的交通信號(hào)燈切換規(guī)則,并將其轉(zhuǎn)化為可編程的算法,編寫(xiě)信號(hào)燈切換控制程序,模擬交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。二是創(chuàng)造性思維。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中,學(xué)生根據(jù)實(shí)際交通流量調(diào)整信號(hào)燈切換時(shí)間,以優(yōu)化路況,還可以添加特殊功能,如在節(jié)假日根據(jù)不同時(shí)間段,設(shè)置不同的信號(hào)燈模式等。

二、實(shí)施學(xué)科融合編程教學(xué)策略, 培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科與知識(shí)遷移的計(jì)算思維

學(xué)科融合編程教學(xué)是將編程與其他學(xué)科結(jié)合起來(lái),通過(guò)跨學(xué)科的教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)編程技能解決實(shí)際問(wèn)題,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新思維。在培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科與知識(shí)遷移思維中,進(jìn)一步提升問(wèn)題解決能力和綜合思考的計(jì)算思維。

實(shí)施學(xué)科融合編程教學(xué)策略,從學(xué)科需求、設(shè)計(jì)編程任務(wù)、整合資源、引導(dǎo)跨學(xué)科思考四方面入手:一是了解學(xué)科需求。深入了解學(xué)科課程學(xué)習(xí)目標(biāo),與學(xué)科教師合作。確定如何將編程與學(xué)科內(nèi)容融合,共同制訂合適的教學(xué)方案。以“數(shù)學(xué)與編程融合”為例,在繪制幾何圖形編程活動(dòng)中,學(xué)習(xí)使用編程語(yǔ)言和編程工具繪制各種幾何形狀,同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生探索形狀的各種屬性和特征。二是針對(duì)學(xué)科內(nèi)容設(shè)計(jì)編程任務(wù)。根據(jù)學(xué)科學(xué)習(xí)目標(biāo),設(shè)計(jì)與學(xué)科相關(guān)的編程任務(wù),讓學(xué)生通過(guò)編程解決學(xué)科問(wèn)題或應(yīng)用學(xué)科知識(shí)。如在數(shù)學(xué)課程中,可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)游戲或模擬數(shù)學(xué)問(wèn)題。三是整合學(xué)科資料和資源。收集并整合學(xué)科相關(guān)資料、案例和應(yīng)用實(shí)例,并提供給學(xué)生,引導(dǎo)學(xué)生探索、應(yīng)用和擴(kuò)展學(xué)科知識(shí)。四是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科思考,讓不同學(xué)科專長(zhǎng)的學(xué)生合作,共同開(kāi)展跨學(xué)科項(xiàng)目。例如,數(shù)學(xué)專長(zhǎng)學(xué)生和編程專長(zhǎng)學(xué)生合作,可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和可視化項(xiàng)目;藝術(shù)專長(zhǎng)學(xué)生和編程專長(zhǎng)學(xué)生合作,可以進(jìn)行游戲開(kāi)發(fā)等。通過(guò)學(xué)科融合的編程活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生將編程應(yīng)用于學(xué)科問(wèn)題的能力,并在不同學(xué)科間進(jìn)行知識(shí)和技能遷移,進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生從多個(gè)學(xué)科角度綜合思考和解決問(wèn)題能力。

三、實(shí)施合作學(xué)習(xí)和互動(dòng)實(shí)踐編程教學(xué)策略,提升學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決問(wèn)題的思維能力

合作學(xué)習(xí)和互動(dòng)實(shí)踐編程教學(xué)策略是鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行合作學(xué)習(xí),組建小組,共同解決編程問(wèn)題或開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。通過(guò)合作與互動(dòng),學(xué)生可以相互激發(fā)思維火花,共同解決問(wèn)題,培養(yǎng)小組合作和溝通能力。在編程教育中,合作學(xué)習(xí)和互動(dòng)實(shí)踐是非常重要的教學(xué)策略,能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)小組合作和溝通能力,提高學(xué)習(xí)效果。

實(shí)施合作學(xué)習(xí)和互動(dòng)實(shí)踐編程教學(xué)策略步驟如下:

1.根據(jù)主題形成小組項(xiàng)目

引導(dǎo)學(xué)生形成小組,先分工完成編程子項(xiàng)目再將子項(xiàng)目合成完整的項(xiàng)目,共同解決編程問(wèn)題。如“控制機(jī)器人舞蹈”編程項(xiàng)目,需要將舞蹈動(dòng)作分成幾個(gè)模塊進(jìn)行編程構(gòu)思與設(shè)計(jì),小組組員分工對(duì)各模塊進(jìn)行編程程序,再整合成一個(gè)完整舞蹈系統(tǒng)程序,在測(cè)試過(guò)程中進(jìn)行互動(dòng)實(shí)踐和反饋,改進(jìn)機(jī)器人的舞蹈表演。

2.組織互動(dòng)討論和分享活動(dòng)

通過(guò)課堂討論、在線論壇等方式開(kāi)展互動(dòng)討論和分享活動(dòng),讓學(xué)生積極參與互動(dòng),從互動(dòng)中提高學(xué)習(xí)有效性。

3.開(kāi)展交流展示活動(dòng)

組織學(xué)生進(jìn)行編程作品的展示和交流活動(dòng)。學(xué)生可以展示自己的項(xiàng)目、分享編程經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解等,促進(jìn)學(xué)生之間交流和合作,激發(fā)他們學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。合作學(xué)習(xí)和互動(dòng)實(shí)踐編程教學(xué)策略,側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。一是學(xué)生在合作中相互學(xué)習(xí)和支持,增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作能力。二是學(xué)生在合作中共同思考和實(shí)施解決方案,有效溝通與協(xié)商,提升問(wèn)題解決與協(xié)作能力。三是學(xué)生通過(guò)實(shí)踐和反饋的迭代過(guò)程來(lái)改進(jìn)編程方案,培養(yǎng)問(wèn)題解決和持續(xù)學(xué)習(xí)的能力。

四、實(shí)施激發(fā)思辨和創(chuàng)新編程教學(xué)策略, 培養(yǎng)學(xué)生批判思維與創(chuàng)新思維

激發(fā)思辨和創(chuàng)新的編程教學(xué)策略是鼓勵(lì)學(xué)生思考問(wèn)題的多種解決方法,鼓勵(lì)他們挑戰(zhàn)自己的思維。通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生思辨和創(chuàng)新能力,激發(fā)他們想象力和批判性思維,幫助學(xué)生發(fā)展批判性思維、創(chuàng)造力和問(wèn)題解決能力。

1.提出開(kāi)放性問(wèn)題

教師提出沒(méi)有明確答案的開(kāi)放性問(wèn)題。如“設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一個(gè)智能機(jī)器人”案例中提出“你認(rèn)為什么是智能機(jī)器人?”“智能機(jī)器人有什么特點(diǎn)?”“你認(rèn)為有感覺(jué)功能的機(jī)器人就是智能機(jī)器人嗎?”等問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論和互動(dòng),鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的見(jiàn)解、提供多種解決方法,從他們思考問(wèn)題的不同角度,培養(yǎng)他們批判性思維。

2.應(yīng)用項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)

鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目來(lái)運(yùn)用編程技巧和概念,讓學(xué)生參與創(chuàng)新項(xiàng)目。如“設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一個(gè)智能機(jī)器人”項(xiàng)目中,提供一系列挑戰(zhàn)性任務(wù):模擬環(huán)境中的搜索和救援、完成迷宮、進(jìn)行目標(biāo)導(dǎo)航等。應(yīng)用任務(wù)激發(fā)學(xué)生思辨能力,促使他們?cè)O(shè)計(jì)創(chuàng)新方法和算法來(lái)解決問(wèn)題。在項(xiàng)目中,鼓勵(lì)學(xué)生自主思考問(wèn)題、提出解決方案,并激勵(lì)他們追求創(chuàng)新和改善。

3.鼓勵(lì)創(chuàng)新意識(shí)

給學(xué)生自由空間,鼓勵(lì)他們?cè)诰幊讨斜磉_(dá)自己想法和創(chuàng)意,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自己想法。例如,創(chuàng)造新的游戲規(guī)則、設(shè)計(jì)獨(dú)特的界面等。通過(guò)創(chuàng)意編程,學(xué)生可以展現(xiàn)獨(dú)特創(chuàng)造力,并培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

4.鼓勵(lì)參與編程競(jìng)賽和挑戰(zhàn)

鼓勵(lì)學(xué)生參與編程競(jìng)賽和挑戰(zhàn),展示他們的編程技巧和創(chuàng)新能力。這些競(jìng)賽和挑戰(zhàn),可以激發(fā)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和創(chuàng)造力,推動(dòng)他們不斷提升和創(chuàng)新。實(shí)施激發(fā)思辨和創(chuàng)新編程教學(xué)策略,學(xué)生主要可形成兩大計(jì)算思維習(xí)慣。一是批判性思維。學(xué)生通過(guò)探索和分析問(wèn)題,評(píng)估不同解決方案的優(yōu)缺點(diǎn),培養(yǎng)批判性思維能力。二是創(chuàng)新創(chuàng)造思維。學(xué)生要思考新穎的解決方案,在編程領(lǐng)域中展現(xiàn)獨(dú)立思考和創(chuàng)新靈感。

在小學(xué)生編程教育教學(xué)中,綜合應(yīng)用項(xiàng)目式、學(xué)科融合、合作學(xué)習(xí)與互動(dòng)實(shí)踐、激發(fā)思辨與創(chuàng)新編程等多元化實(shí)施策略,提供多樣的編程活動(dòng),強(qiáng)調(diào)編程思維的實(shí)際應(yīng)用,鼓勵(lì)創(chuàng)造和合作,提供適當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)等形式,滿足不同層次學(xué)生需求和興趣。訓(xùn)練學(xué)生計(jì)算思維和編程能力。