面向計算思維培養的圖形化編程項目學習設計

摘要：隨著信息科技的快速發展與廣泛應用創生出一個全新的數字化環境，賦予信息科技課程新的內涵。與此同時，計算思維日益成為人才培養的關鍵，新課標也將計算思維列為信息科技的核心素養。圖形化編程作為小學生培養計算思維的依托工具之一，有著明顯的思維性和趣味性，項目化學習則強調學習者在新的情境中運用所學解決問題。圍繞小學編程課項目化學習的核心問題，即計算思維的培養展開研究，從課標出發，以有趣的文字為教學內容，依據計算思維解決問題的過程開展項目化學習，為促進學生信息科技核心素養的階段性發展保駕護航。

關鍵詞：計算思維；圖形化編程；項目化學習

一、前言

信息科技以新理念、新業態、新模式全面融入人類經濟、政治、文化、社會、生態文明建設各領域和全過程。數字時代賦予了信息科技課程新任務，加強信息科技教育，提高全民數字素養與技能已成為學校教育的重要任務。《義務教育信息科技課標標準（2022年版）》（以下簡稱課標）明確提出信息科技課程要培養的核心素養主要包括：信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任。大量研究表明，項目化學習在強調學習者經歷和解決問題的過程、培養多種高階思維上效果顯著，與計算思維的學習過程和培養目標有較大契合度。因此，本研究著眼計算思維的培養，以Kitten Block作為工具平臺，以本校六年級學生為研究對象，通過建構項目化學習模式，整合形成評價，為后續教學提供理論和實踐層面的指導。

二、理論與核心概念

科學規范的理論指導與概念界定，為本研究的合理性提供支撐。

一是建構主義學習理論。知識通過交互主動建構。新舊知識的雙向互動能夠豐富學習者的知識體系。項目化學習被認為是一種經典的建構主義學習理論教學模式，學生需要運用原有的知識和經驗，創造出新意義和新知識。

二是計算思維。計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設計等思維活動。具備計算思維的學生能對問題進行抽象、分解、建模，并通過設計算法形成解決方案，能嘗試模擬、仿真、驗證解決問題的過程，反思、優化解決問題的方案，并將方案遷移運用于解決其他問題[1]。

三是項目化學習。項目化學習的界定很多，如真實的驅動性問題、在情境中對問題展開探究、用項目化小組的方式進行學習、運用各種工具和資源促進問題解決、產生可以公開發表的成果[2]。本研究采用夏雪梅研究對項目化學習的定義：學生在一段時間內對學科或跨學科有關的驅動性問題進行深入持續的探索，在調動所有知識、能力、品質等創造性地解決新問題、形成公開成果中，形成對核心知識和學習歷程的深刻理解，能夠在新情境中進行遷移[3]。

四是圖形化編程。圖形化編程語言又稱G語言，是一種比文本編程語言更簡單、編程環境更直觀的編程語言。它將晦澀復雜的程序代碼轉換成可拖拽的積木，用戶只需選擇、拖拽、組合操作界面的指令塊就可以像搭積木一樣進行程序設計。圖形化編程可以制作故事、游戲和動畫，并能直接監測編程進度和檢測編程效果，是集學習與游戲于一體的編程方式，是低齡段孩子都可以操作的軟件。該技術為本研究的開展提供了技術支持。

三、問題聚焦

綜合上述內容，文章在已有研究基礎上，依托項目化學習，結合計算思維這一核心素養開展實踐，具體包括以下三個方面內容：第一，從課程標準出發，如何選擇、設計面向計算思維培養的課程內容；第二，如何設計并實踐面向計算思維的項目化學習；第三，項目化學習的應用是否有利于培養學生計算思維。

四、研究思路與方法

通過對日常教學過程的反思、教學內容的梳理以及相關研究的分析，具體研究思路如圖1所示。

五、計算思維量表

由于計算思維的呈現離不開流程圖，故參考《Flowcharts： A tool for computational thinking》一文，將計算思維的過程與流程圖進行了映射，具體見表1。

六、要求及維度

（一）課標對學生計算思維的要求

算法是計算思維的核心要素之一。從廣義上講，算法是指按照一定規則解決某類問題時采取的明確的、有限的、可執行的操作步驟，能夠將一定規范的輸入在有限時間內轉化為所要求的輸出。這個過程可以用自然語言、流程圖等方式進行形式化描述[4]。在課標中，計算思維主要以身邊的算法為載體，使學生了解利用算法求解簡單問題的基本方式，培養學生初步運用算法思維的習慣，并通過實踐形成設計與分析簡單算法的能力。身邊的算法模塊主要包括算法的描述、算法的執行和算法的效率三部分。

（二）面向計算思維的項目化學習設計的六個維度

面向計算思維的項目化學習設計需要從六個維度進行。一是核心知識：項目化學習所指向的核心知識是什么？從課標、教材出發，核心內容為如何將文字信息轉換為計算思維，從而解決問題。二是驅動性問題：如何將學科知識游戲化？本質問題直接指向核心知識中的概念或能力，或可將本質問題轉化為適合某個年齡段的學生，以激發學生主動投入。三是高階認知：高階認知的明晰設計更能整合基礎知識與技能，實現概念知識的項目化學習歷程。通過計算思維對游戲化進行分解，從而讓問題具體化。四是學習實踐：根據項目類型、驅動性問題特征和項目歷程，融入核心概念，有助于激發學生學習與思考。五是公開成果：確定學習成果和公開方式。成果要點、最低標準是什么，用怎樣的方式公開呈現或應用到個體的生活中。六是學習評價：學習評價設計對成果和實踐的初步要點設計，通過不斷修正對題目、配分進行細化。具體如圖2所示。

七、項目設計

根據上述流程設計，面向計算思維培養的圖形化編程項目化學習的安排具體如下：

《課程標準》模塊：身邊的算法。

項目名稱：有趣的文字。

項目課時：5課時。

項目簡述：在編程教育中，學生很樂于自主創作個性化的小游戲。但當涉及學科知識的趣味性小游戲時，大多數學生都無從下手。怎樣才能讓原本枯燥的科學知識搖身一變，在編程游戲中趣味十足呢？本項目整合語文字謎和算法結構等學科概念，讓學科直接形成關聯。項目設計始終關注如何將非游戲情境轉變為游戲化過程。學生通過搜索、總結、手冊設計等手段來了解如何將學科知識游戲化，并通過小組合作、動手實踐的方式形成基本概念。與此同時，學生開展協作式、探究式學習。在解決如何將學科知識游戲化問題的過程中，學習知識、建立學科聯系、掌握技能、理解知識與游戲也可以相互融合，寓教于樂。

項目涉及的主要知識點是信息科技。學生掌握算法的三種基本結構：順序、循環和分支，了解游戲化的基本流程，能根據需求選取合適的游戲機制，運用現有的材料設計制作一個“有趣的文字”小游戲。語文：知道幾種基本的字謎種類；數學：正多邊形；綜合：垃圾分類。

內容結構：根據課標中的內容要求，本項目圍繞算法結構，按照游戲元素—游戲設計—游戲效果的游戲化思路進行設計。游戲化的算法結構教學思路見表2，“有趣的文字”項目教學過程如圖3所示。

驅動性問題：第一是本質問題，如何將學科知識游戲化？第二是驅動性問題，作為一名游戲制作人，近期你接到一份新的項目：把一名小學生制作的“有趣的文字”猜字謎，開發成一款趣味小游戲。于是，你組織團隊成員開始討論如下問題：游戲元素、游戲機制的設計如何影響游戲的開發？如果用編程軟件實現游戲效果，應該如何創作？

成果與評價：成果包括個人成果與團隊成果兩部分，具體見表3。

高階認知：主要的高階認知策略包括問題解決、決策、創見、系統分析、實驗、調研等。

教學過程涉及的學習實踐：一是探究性實踐，探索各種小游戲的共性，并歸納游戲化的主要標準；二是社會性實踐，小組合作并討論游戲化元素和開發流程，能根據具體的主題、任務要求等設計和開發游戲；三是審美性實踐，根據需求，設計和制作游戲角色和界面，增加游戲對受眾吸引力；四是技術性實踐，運用網絡搜索素材、借助圖像處理軟件摳圖或制作特色文字、用編程軟件制作“有趣的文字”小游戲；五是調控性實踐，根據現實需求和主題內容，調整游戲開發流程和相關程序實現方法。

總結與反思：一是學完本項目后，你最大的收獲是什么？對你接下來的學習或生活有什么影響？二是學完本項目后，你有什么疑問？打算接下來怎樣解決？

八、結語

由于項目化學習對學生的自學能力和合作能力要求較高，但學生相關能力相對欠缺，故需要教師提前規劃好各階段學習目標和問題。此外，在過程性評價和課程安排方面還需要進行調整，5課時較少，不符合實際教學進度，最終的評價標準體系也還未完成，設計一個能夠覆蓋全程的評價體系非常必要。在項目實施過程中，要對學生團隊合作、作品創作和完成情況進行評價，動態調整評估內容，嘗試開展個性化評價。在后續的課堂教學中，希望能夠通過不斷的實踐和調整，進一步對課程進行修改和完善。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]宿慶.面向計算思維培養的高中信息技術課程項目式學習研究[D].西安：陜西師范大學，2021.

[3]夏雪梅.項目化學習設計：學習素養視角下的國際與本土實踐[M].北京：教育科學出版社，2021.

[4]李鋒.新版課程標準解析與教學指導（2022版）小學信息科技[M].北京：北京師范大學出版社，2022.