以《制作陽光運動計步器》課編程教學鍛煉兒童計算思維能力

〔摘 要〕 在信息化社會，學生認識世界、解決問題的思維方式有很多種，其中計算思維尤其重要，而編程教學正是培養學生計算思維能力的重要途徑。基于此，本文以小學信息科技閩教版六年級下冊《制作陽光運動計步器》一課為例，根據筆者自身的授課經驗及思考，簡述在創客項目背景下的編程教學中培養學生計算思維能力的實施路徑：一是創設問題情境，激發創新意識；二是規劃解決問題，培養計算思維能力；三是反思引導遷移，拓展計算思維。按此實施路徑，再解構培養計算思維的核心能力，提出了三個實踐體會和建議：創設良好教學情境，啟發計算思維；基于動手實踐操作，解決實際問題；開展計算思維訓練，引導持續學習。在開展教學工作的過程中，開展基于計算思維能力培養的相關實踐及探究，有利于進一步完善和優化面向計算思維能力培養的學生編程教學方式，從而有效推進編程教學實踐。

〔關鍵詞〕 編程教學；計算思維能力；實踐

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2024） 23 073-075

一、選題緣由

自2001年以來，FabLab與DIY理念席卷全球，快速傳播，并于2015年被引入國內。楊現民認為創客教育指的是“創造中學”，并融合了信息技術的新型教育模式。王佑鎂等指出創客教育的“創客”除了體現于學生的動手操作中，還應包含培養學生的信息素養，即利用信息技術手段創造性地解決生活中的問題。由此可見，創客教育在培養學生利用信息技術解決問題，提升信息素養和創新意識方面極具潛力。目前，國內針對學生開設的創客課程大多以自然、_{1wp7FeCXcKw7DMTpbF4mV3fkHnIKy7GGwa97a8RClT0=}科學、勞動、信息等多學科的知識與技能為基礎，再借助各種技術工具如3D打印、圖形化編程、切割技術等進行項目探究和成果表達，歸屬于綜合實踐類課程。其中，在編程學習模塊中，學生可通過運用編程技術設計制造智能玩具、智能生活用具等，以實現培養其觀察、想象、判斷、邏輯、計算等思維能力的目的。學生體驗發現問題—分析問題—確定目標—分解步驟—組合歸整的解決問題的過程，其本質也是運用計算思維解決問題的過程。因此，創客教育背景下的編程教學對于提高學生計算思維能力具有十分重要的意義。

二、概念界定

（一）編程教學

隨著STEAM教育被越來越多的教育工作者推崇，屬于STEAM教育概念下的兒童編程教學也在我國越來越受到重視。但有別于對象是高學段學生的編程教育，兒童編程教育顯然不是讓年幼的兒童學習晦澀難懂的編程語言，而是讓他們體驗編程的過程，實現編程的結果，享受編程帶來的快樂。兒童編程教學的開展離不開編程技術工具的支持，如Logo語言、Alice編程、Scratch等。從理論層面來說，這些目前流行的兒童編程工具大多是從皮亞杰認知發展階段理論出發，提供適合兒童年齡的技術與環境幫助他們學習掌握下一階段的能力，最終順利實現兒童到青少年兩個發展階段之間的平穩過渡。

（二）計算思維

眾所周知，計算思維的概念先驅是周以真教授，她指出，計算思維絕不是計算機的思維方式，而應是人的思考過程。而后，眾多研究學者在其基礎上歸納出計算思維四個方面的特性：能借助信息化工具解決問題；具有一定的邏輯性；能夠依據問題建立一個模型；能設計算法解決同類問題。JohnWoollard和CynthiaSelby從中再提煉出五個核心詞：分解、抽象、算法思維、歸納和遷移。因此本文認為，計算思維指的是利用計算機解決問題的過程和方法中所涉及的一系列思維活動。

三、實施路徑

創客教育背景下的兒童編程教學在我國算是“新興的教育模式”。如何在保證編程課程有效性的前提下提升學生的創新能力和問題解決能力，關鍵在于制訂有效的教學策略，遵循循序漸進的教學原則，以適配學生的學習情況。根據編程課程特點，教師通常會采用項目式教學法、游戲體驗教學法或情境教學法等。本文以小學信息科技閩教版六年級下冊《制作陽光運動計步器》一課為例，根據筆者自身的授課經驗及思考，簡述在創客項目背景下的編程教學中培養學生計算思維的實施路徑。

（一）創設問題情境，激發學生創新意識

孔子曰：“疑是思之始，學之端。”學習的起點在于意識到問題的存在。在教學過程中有意識地引入問題情境，幫助學生直觀地感受、理解和掌握知識，能有效促進教學目標的實現。因此，在正式教學活動開始前，教師在《制作陽光運動計步器》創客項目中創設問題情境：“今天你走多少步了？你在朋友圈中步數排行是第幾名？多少人為你點贊？我們常見的步數排行榜、計步器、運動手環是如何統計步數的？”依據問題引導學生思考計步器的工作原理，激發其探索新知的欲望，提出制作一個運動計步器，明確要實現的功能和解決的問題。

（二）規劃解決問題，培養計算思維能力

如前文所言，計算思維指的是解決問題的思維過程。在創客教育項目中，需要學生將問題分解為可進一步解決的子問題，再依次采用相應的解決方案。在制作陽光運動計步器任務中，教師指導學生學習了micro：bit板識別人體姿態變化的功能知識之后，便要求學生思考，不同的動作輸入會帶來什么不同的體驗，如何以此有效記錄步數？而后，學生通過閱讀教材第68-72頁，明確了探究活動任務并探尋如何制作計步器的思路，得出制作計步器的步驟可分為：確定硬件設備和軟件界面；使用變量記錄步數；編寫游戲腳本；穿戴設備設計。其中，關鍵在于如何編寫游戲腳本。為了利于學生理解，教師從開始到結束，將腳本分割為相對獨立的幾個部分，借助流程示意圖分析初始化變量及步數累計腳本編寫思路，培養學生分析問題、解決問題的計算思維能力。

（三）反思引導遷移，拓展計算思維

對于計算機這一學科來說，編程必然包含了計算機相關的知識、技巧和方法，因此學生可以通過“編程”的方式解決問題，從中獲得計算思維。例如，學生可能會先學習如何編寫一個簡單的程序以解決一個特定問題。然后，教師可以引導學生反思這個過程，思考如何改進代碼，或者如何將這個程序的原理應用到其他類型的編程問題上。通過這樣的反思和遷移，學生不僅學會了編程技能，還培養了計算思維。本課中，在完成制作陽光運動計步器這一原始目標的基礎上，教師還可以引導學生思考如何進一步優化算法和拓展應用，使其更加實用和有趣。例如開啟步數挑戰任務，設計一個小游戲，角色需要在一定步數內到達某個地點；還可以將步數與故事結合：創建一個故事場景，角色每走一步，故事就向前發展一點……通過這些拓展應用，學生可以將簡單的計步器變成一個互動性強、教育意義豐富的項目。這不僅能夠提高學生的編程技能，還能激發其創造力和解決問題的能力，進一步提升計算思維能力。

四、實踐體會與建議

（一）創設良好教學情境，啟發計算思維

創設良好的教學情境十分有利于提升教學質量和學生的學習體驗，啟發學生思維、激發學生學習或探索的興趣。在編程教學中，利用與學生的興趣501LdsPh+xuwoA93syTSPA455p2VJdYR7AbiMKaQvRw=和生活經驗相關的情境，可以激發其學習熱情，使他們更愿意參與學習編程的活動。此外，情境教學還可以幫助學生將抽象的算法知識和理論聯系到具體的情境中，將理論應用于實踐，提高解決實際問題的能力。在富有挑戰性的情境中，學生還需創造性地思考和解決問題，這有助于培養他們的創新能力和解決問題的靈活性。在具體的創客背景下的實踐應用中，教師可以采用情境模擬、問題驅動、故事角色扮演以及實地考察等策略，以創設良好的教學情境。這樣，教師便可以為學生提供一個充滿挑戰和機遇的學習環境，激發他們的好奇心和探索精神，鼓勵他們發揮創意，充分培養計算思維能力。

（二）基于動手實踐操作，解決實際問題

兒童編程教學中的動手實踐操作是讓學生通過編寫和運行代碼直接參與學習過程，即通過實踐理解和掌握編程概念、鍛煉計算思維。在適用于小學生的編程教學中，建議逐步采用以下實踐策略：1.逐步引導。從簡單的編程任務開始，逐步引導學生完成更復雜的項目。2.項目驅動學習。設計實際創客項目，讓學生在完成項目的過程中學習編程。3.代碼審查。讓學生互相審查代碼。4.錯誤調試。鼓勵學生在編程過程中遇到錯誤時自己調試。5.編程挑戰和競賽。組織編程挑戰或競賽。6.使用可視化編程工具。讓學生通過拖拽和組合代碼塊來學習編程邏輯。7.代碼復用和模塊化。教授學生如何復用代碼和創建模塊。8.版本控制。介紹版本控制系統（如Git）的基本概念。9.編程倫理和責任。讓學生理解編程行為的社會影響。10.反思和文檔。鼓勵學生在編程過程中進行反思，并記錄他們的思考和學習過程。通過這些動手實踐操作，學生不僅能夠學習編程語言的語法，還能培養解決問題的能力、計算思維和創造力。同時，這種學習方式也有助于他們提高對編程的自信心和興趣。

（三）開展計算思維能力訓練，引導學生持續學習

為了幫助學生提升計算思維，開展相關的訓練是非常必要的。可從計算思維的內涵出發有針對性地開展訓練：在分解問題環節學會使用流程圖或思維導圖可視化問題的不同部分；在模式識別環節學習通過觀察和實驗得出的數據中尋找規律和趨勢以識別問題中的模式；在抽象化環節中學習從具體問題中提取關鍵特征，從而創建模型或類比以簡化問題；在算法設計中學習基本的算法概念，以實現能夠設計一系列清晰、有序且可重復的步驟解決問題的目標；在實踐編程環節，學習使用編程語言或圖形化編程工具實現算法，以此鍛煉計算思維。

同時，為了讓學生享受計算思維訓練帶來的樂趣和成就感，培養其在不斷變化的信息化環境中保持競爭力，教師還應積極引導其進行與計算思維相關的持續學習，關注計算思維在不同領域的應用，如人工智能、機器人學習、大數據分析等，對新技術和新概念保持好奇心，不斷探索計算思維的新領域等。

五、結語

正如凱文·凱利所說：“人們在將生物邏輯輸入計算機的同時，也把技術邏輯帶到了自己的生命之中。”在信息社會，計算思維是學生學習知識必備的一種思維方式。本文以《制作陽光運動計步器》一課為例，探討了如何在創客教育背景下的編程教育中提升學生的計算思維能力。在開展教學工作的過程中，開展基于計算思維的相關實踐及探究，有利于進一步完善和優化面向計算思維培養的兒童編程教學方式，從而有效推進兒童編程教學實踐。

參考文獻

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