關(guān)于小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的探討

【摘要】信息化技術(shù)的高速發(fā)展不僅為我國(guó)創(chuàng)造了新的信息社會(huì)環(huán)境，也要求人們需要具備一定的信息化思維，這樣才能夠更好地認(rèn)識(shí)世界。小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)不僅需要培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，還要提高學(xué)生的計(jì)算思維能力?；诖?，文章首先介紹了計(jì)算思維以及Scratch軟件的概念和意義，隨后針對(duì)具體教學(xué)情況提出相關(guān)教學(xué)設(shè)計(jì)原則，最后根據(jù)各項(xiàng)實(shí)踐流程開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，并對(duì)現(xiàn)有教學(xué)活動(dòng)存在的不足加以討論。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)信息技術(shù)；編程教學(xué)；計(jì)算思維；探討

作者簡(jiǎn)介：時(shí)小明（1982—），男，江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)湖塘橋?qū)嶒?yàn)小學(xué)。

新課改提出小學(xué)需要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維作為全面提升學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵點(diǎn)。在信息化高度發(fā)展的時(shí)代，無(wú)論是學(xué)習(xí)、生活等都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)。可以說(shuō)，未來(lái)發(fā)展需要人們具備一定的計(jì)算機(jī)技能及計(jì)算思維。本文基于Scratch軟件分析如何能夠在信息技術(shù)編程教學(xué)活動(dòng)中提高學(xué)生的計(jì)算思維能力。

一、計(jì)算思維概述

計(jì)算思維由美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家周以真在2006年提出。計(jì)算思維的本質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)的思維方式解決問(wèn)題并理解人類行為，計(jì)算思維的特點(diǎn)是抽象化與自動(dòng)化。從實(shí)際教學(xué)角度來(lái)看，教師需要通過(guò)針對(duì)性的教學(xué)方式將小學(xué)生培養(yǎng)成具有較強(qiáng)讀寫(xiě)及計(jì)算能力的人。計(jì)算能力在人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用的領(lǐng)域較多，也是人們思維認(rèn)知發(fā)展必不可少的能力［1］。

計(jì)算思維可以從六個(gè)角度分析其特征。第一，計(jì)算思維的重點(diǎn)并不是要求學(xué)生學(xué)會(huì)某種編程語(yǔ)言，或者提高編程能力，而是要求學(xué)生在有一定編程基礎(chǔ)的情況下嘗試?yán)糜?jì)算機(jī)的思維方式解決問(wèn)題。第二，計(jì)算思維并不是學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的全部，只是學(xué)生提升自身綜合能力的一部分。第三，計(jì)算思維學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)避免學(xué)生過(guò)于強(qiáng)調(diào)像計(jì)算機(jī)運(yùn)作方式一樣去思考某些問(wèn)題。第四，計(jì)算思維是基于計(jì)算機(jī)特定的某些程序或者軟件功能概括而來(lái)。第五，計(jì)算思維的學(xué)習(xí)不僅需要學(xué)生具備一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)或編程能力，更需要學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)思維，這樣才能將數(shù)學(xué)思維與工程思維進(jìn)行融合，從而更好地理解計(jì)算機(jī)。第六，學(xué)生不僅需要在課程中培養(yǎng)自己的計(jì)算思維，更要將計(jì)算思維運(yùn)用到實(shí)際生活中。計(jì)算思維不僅是解決問(wèn)題的基本工具，在未來(lái)更是促進(jìn)時(shí)代發(fā)展的重要推動(dòng)力［2］。

二、Scratch軟件在小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)中的意義

隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，計(jì)算思維成為人們理解問(wèn)題的重要工具。近些年來(lái)，我國(guó)小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)逐步將培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維作為教學(xué)重點(diǎn)目標(biāo)，如何通過(guò)實(shí)踐的方式檢驗(yàn)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)是教學(xué)評(píng)價(jià)的重要思考。Scratch軟件是一個(gè)簡(jiǎn)單易上手并且適合8歲以上兒童學(xué)習(xí)的編程軟件，其不僅為學(xué)生提供可視化的編程環(huán)境，還將復(fù)雜生澀的程序代碼轉(zhuǎn)化為一個(gè)又一個(gè)方塊，便于學(xué)生進(jìn)行拼接。對(duì)于大多數(shù)小學(xué)生而言，這款軟件具有顏色分明的可視化模塊，只要他們具備一定的語(yǔ)言理解能力和思考能力就可以根據(jù)教師的需求組合出代碼塊。同時(shí)，這款軟件也將代碼塊與動(dòng)畫(huà)、故事，甚至是游戲結(jié)合在一起。學(xué)生可以根據(jù)自己天馬行空的想象，利用拼接組合或重構(gòu)代碼塊的方式創(chuàng)造出屬于自己的成果。在此學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生能夠有效鍛煉自身解決問(wèn)題的能力，還能夠改善思維認(rèn)知，以此在腦海中建立基礎(chǔ)的計(jì)算思維模型［3］。

三、Scratch軟件教學(xué)情況研究

學(xué)生的計(jì)算思維能夠反映學(xué)生是否真正理解計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本思想。但從實(shí)際教學(xué)情況來(lái)看，有些教師過(guò)于注重培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)操作能力，忽略了學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏應(yīng)有的思考［4］。因此，小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)不僅需要為學(xué)生提供有關(guān)信息技術(shù)的教學(xué)知識(shí)，還需要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，也就是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維［5］。

四、基于scratch編程的小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)原則

教師在設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)的過(guò)程中需要基于教學(xué)目標(biāo)，以及構(gòu)建主義理論體系等相關(guān)概念進(jìn)行設(shè)計(jì)。教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)充分體現(xiàn)自主探究及合作探究的特征，這樣才能夠?yàn)榕囵B(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維創(chuàng)造一定的條件。因此，教師在小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要遵循以下幾個(gè)原則。

（一）引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情景

為了更好地促進(jìn)學(xué)生探究教學(xué)問(wèn)題，教師需要注重學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教師需要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方向，要求學(xué)生主動(dòng)創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情景，通過(guò)這種方式幫助學(xué)生在腦海中構(gòu)建知識(shí)體系模型，以此促使學(xué)生在后續(xù)學(xué)習(xí)期間利用scratch編程軟件提高自身計(jì)算能力，形成計(jì)算思維。以“勇者迷宮”這一游戲活動(dòng)為例，教師需要結(jié)合該游戲需求，要求學(xué)生根據(jù)自身認(rèn)知親自創(chuàng)設(shè)游戲規(guī)則。學(xué)生需要畫(huà)出迷宮中形形色色的通道，以及主角和各種道具的初始位置。在此期間，教師需要著重觀察每一名學(xué)生在設(shè)計(jì)迷宮及游戲規(guī)則時(shí)的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，了解學(xué)生是否能夠準(zhǔn)確掌握本次活動(dòng)開(kāi)展的重難點(diǎn)。

（二）以學(xué)生為中心

教師應(yīng)基于學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)能力開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。由于小學(xué)生之間存在較大的個(gè)體差異性，倘若教師不能以學(xué)生為中心開(kāi)展教學(xué)，那么很可能會(huì)出現(xiàn)教學(xué)活動(dòng)與學(xué)生知識(shí)接收能力不匹配的情況［6］。例如部分學(xué)生在設(shè)計(jì)勇闖迷宮游戲期間往往會(huì)遇到難以控制主角前后左右移動(dòng)的問(wèn)題，少數(shù)學(xué)生還會(huì)遇到主角碰到迷宮墻壁難以退回的問(wèn)題。教師需要針對(duì)學(xué)生群體遇到的各種學(xué)習(xí)問(wèn)題，進(jìn)行有針對(duì)性的分析，也可引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合某一答案通過(guò)舉一反三的方式解決其他問(wèn)題。如教師可為學(xué)生講解主角如何向前行走，并要求學(xué)生結(jié)合問(wèn)題解決思路設(shè)計(jì)主角向左、向后和向下移動(dòng)的控制策略。以學(xué)生為中心開(kāi)展教學(xué)，教師再通過(guò)積極引導(dǎo)和監(jiān)督的方式，能夠有效調(diào)動(dòng)學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的積極性［7］。

（三）自主研究與合作探究相結(jié)合

教師需要基于構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論，以自主研究與合作探究相結(jié)合的方式開(kāi)展教學(xué)。從實(shí)際教學(xué)角度來(lái)看，教師需要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，以便讓學(xué)生開(kāi)展自主研究。例如，教師可為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)學(xué)習(xí)背景，引導(dǎo)學(xué)生探究某一教學(xué)問(wèn)題，隨后再將這一問(wèn)題與重點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)聯(lián)系起來(lái)，并讓學(xué)生以小組為單位開(kāi)展合作探討并進(jìn)行實(shí)踐。教師需要時(shí)刻觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)變化，以此來(lái)分析該教學(xué)活動(dòng)是否能夠幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣以及解決問(wèn)題的能力。以游戲“碰撞”為例，教師在教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展期間，需要引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)探究“當(dāng)主角與墻壁或其他物體碰撞時(shí)，應(yīng)該采取哪種措施控制主角的移動(dòng)？”此時(shí)教師需要將學(xué)生劃分成多個(gè)學(xué)習(xí)小組，要求每個(gè)學(xué)習(xí)小組通過(guò)構(gòu)建流程圖的方式解決此問(wèn)題。每個(gè)學(xué)習(xí)小組中，一部分學(xué)生負(fù)責(zé)流程圖框架的設(shè)計(jì)，一部分學(xué)生負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)內(nèi)容，剩余學(xué)生將流程圖內(nèi)容應(yīng)用到游戲中，檢查此流程、操作是否正確。最終學(xué)生會(huì)得出正確答案：每輸入一次行走指令后，主角的Y坐標(biāo)值都需要增加一位。隨后需要判斷主角是否碰到迷宮墻壁，倘若碰到，則需要確保Y的坐標(biāo)值-1；倘若沒(méi)有，Y的坐標(biāo)值需要+1。

（四）多維度評(píng)價(jià)

多維度評(píng)價(jià)能夠有效保障教師可以根據(jù)以往教學(xué)實(shí)踐情況，更好地設(shè)計(jì)出符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律、提高學(xué)生思維能力的教學(xué)內(nèi)容。教師不僅要對(duì)學(xué)生整體學(xué)習(xí)能力變化進(jìn)行評(píng)估，還需要通過(guò)多元化的方式對(duì)學(xué)生在各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)中的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估結(jié)果應(yīng)與教學(xué)課程開(kāi)展過(guò)程相結(jié)合，這樣才能夠?yàn)閷W(xué)生提供更高質(zhì)量的教育內(nèi)容［8］。例如教師需要著重觀察學(xué)生利用流程圖設(shè)計(jì)Scratch模塊期間，能否采用正確的學(xué)習(xí)思路編寫(xiě)游戲代碼，能否從時(shí)間復(fù)雜度以及游戲功能等層面重新審視程序代碼，并通過(guò)調(diào)試的方式優(yōu)化程序；能否在與其他同學(xué)溝通交流的過(guò)程中解決運(yùn)動(dòng)方向、角度調(diào)整以及運(yùn)動(dòng)速率等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)上述情況的觀察，教師可最終評(píng)判每一名學(xué)生的問(wèn)題解決能力、發(fā)散思維能力及團(tuán)隊(duì)合作能力。

五、基于scratch編程的小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)實(shí)踐流程

（一）教學(xué)計(jì)劃

以“火柴人跳舞”游戲?yàn)槔?，本次課的主要教學(xué)任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)造型變換的方式實(shí)現(xiàn)角色的動(dòng)畫(huà)效果。該過(guò)程是制作動(dòng)畫(huà)與游戲的基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)Scratch的重要課程。相比于靜態(tài)圖畫(huà)軟件，學(xué)生需要探究如何采取多元化措施將角色“動(dòng)”起來(lái)，以及為了配合角色動(dòng)畫(huà)，如何對(duì)舞臺(tái)背景、顏色變換進(jìn)行設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。

（二）教學(xué)實(shí)施

教學(xué)實(shí)施主要分為三個(gè)小節(jié)，首先是導(dǎo)入環(huán)節(jié)，其次是教學(xué)過(guò)程，最后是課堂小結(jié)。

教學(xué)導(dǎo)入：為幫助學(xué)生理解火柴人跳舞的動(dòng)畫(huà)，教師首先需要利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為學(xué)生播放一段現(xiàn)代街舞的表演視頻，隨后向?qū)W生提問(wèn)該街舞視頻中的特點(diǎn)，如表演者肢體動(dòng)作變化、音樂(lè)和畫(huà)面背景等內(nèi)容。教師可以將學(xué)生劃分成多個(gè)學(xué)習(xí)小組，并要求每個(gè)學(xué)習(xí)小組中的組員分別從動(dòng)作、音樂(lè)及舞臺(tái)效果等多個(gè)維度出發(fā)分析街舞的特點(diǎn)，思考探究在創(chuàng)作火柴人街舞表演期間可能會(huì)遇到的各種問(wèn)題。由此引入本次課的任務(wù)，讓學(xué)生利用Scratch軟件親自設(shè)計(jì)街舞表演。

教學(xué)過(guò)程：在此期間，教師需要幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)思路以及學(xué)習(xí)重點(diǎn)。火柴人跳舞的動(dòng)畫(huà)需要至少有一個(gè)火柴人在不停地展示跳舞動(dòng)作，同時(shí)也需要在不同時(shí)刻表演出不同的舞蹈造型。學(xué)生要確保能夠利用自己的鼠標(biāo)與鍵盤(pán)，控制火柴人跳舞。為了進(jìn)一步渲染舞臺(tái)氛圍，學(xué)生還需要設(shè)立一個(gè)舞臺(tái)背景，并在舞臺(tái)中設(shè)計(jì)一定的燈光特效。燈光特效應(yīng)與火柴人舞步同步變換。在角色造型設(shè)計(jì)期間，教師需要重點(diǎn)關(guān)注每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，如學(xué)生能否創(chuàng)建一個(gè)Scratch模塊，并將其命名為角色一火柴人，或者學(xué)生在繪制角色的過(guò)程中，能否以角色一作為目標(biāo)，通過(guò)復(fù)制粘貼修改的方式繪制出造型1、2、3等；在控制程序腳本編寫(xiě)期間，教師需要著重關(guān)注學(xué)生能否根據(jù)角色一代碼區(qū)搭建腳本；在外觀模型中能否依次選擇下一造型模塊分別進(jìn)行調(diào)試；在控制模塊中能否利用重復(fù)執(zhí)行模塊將下一造型模塊進(jìn)行包裹等。教師需要不定期對(duì)學(xué)生群體進(jìn)行巡視指導(dǎo)，并找到成果完成度較高的學(xué)生，將其作品展示給其他同學(xué)。此外，教師還需要觀察學(xué)生在舞臺(tái)燈光特效設(shè)計(jì)，以及同步控制程序腳本設(shè)計(jì)中的學(xué)習(xí)狀況，如學(xué)生在舞臺(tái)燈光特效設(shè)計(jì)期間，能否自主設(shè)計(jì)舞臺(tái)背景并選擇控制模塊編寫(xiě)舞臺(tái)的腳本程序，能否將控制模塊設(shè)置成鍵盤(pán)的上下左右控制鍵并寫(xiě)入顏色特效增加相關(guān)代碼，能否將腳本中的火柴人動(dòng)作與舞臺(tái)特效進(jìn)行同步等。

課堂小結(jié)：為觀察學(xué)生計(jì)算思維能力的形成，教學(xué)期間教師可要求學(xué)生填寫(xiě)“學(xué)會(huì)了”評(píng)價(jià)表，在該評(píng)價(jià)表中學(xué)生需要詳細(xì)闡述各種腳本場(chǎng)景的設(shè)計(jì)策略。例如學(xué)生需要在評(píng)價(jià)表中書(shū)寫(xiě)“將重復(fù)執(zhí)行模塊、特效增加25模塊以及等待0.5秒模塊融入‘被點(diǎn)擊’模塊中，以此確保使用者點(diǎn)擊命令時(shí)便能夠增加舞臺(tái)特效”。教師通過(guò)上述方式能夠觀察學(xué)生在實(shí)踐期間的各模塊設(shè)計(jì)思路，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維能力的發(fā)展。

（三）教學(xué)活動(dòng)存在的不足以及未來(lái)發(fā)展方向

編程教學(xué)方式僅僅是通過(guò)程序開(kāi)發(fā)的途徑來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。但計(jì)算思維是一種包含眾多內(nèi)容的全面思維能力，其不僅僅需要學(xué)生對(duì)于各項(xiàng)教學(xué)環(huán)節(jié)都能夠做到符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，還需要學(xué)生基于各種教學(xué)內(nèi)容做出科學(xué)性的分析。這一過(guò)程需要大量的學(xué)習(xí)時(shí)間，并且也跟學(xué)生自身綜合能力有關(guān)［9］。但從實(shí)際情況來(lái)看，計(jì)算思維的教學(xué)過(guò)程往往會(huì)受到學(xué)生自身學(xué)習(xí)能力的限制，或者因?qū)W校教學(xué)實(shí)力或教學(xué)環(huán)境不足而無(wú)法得到充分落實(shí)。因此，在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)深入發(fā)掘?qū)W生的計(jì)算思維能力，并將計(jì)算思維用于日常教學(xué)以及實(shí)際生活中的有效策略還有待進(jìn)一步研究與考查。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)中，要想培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，教師需要結(jié)合學(xué)生自身學(xué)習(xí)情況以及學(xué)校教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施展開(kāi)分析，再以個(gè)人探究與合作探討相結(jié)合的教學(xué)方式開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，最后再通過(guò)多元化的調(diào)查方式觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，得出較為全面的學(xué)習(xí)情況評(píng)價(jià)。

【參考文獻(xiàn)】

［1］賴楊志.基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)探索：以圖形化編程教學(xué)為例［J］.教育信息技術(shù)，2021（05）：78-80，27.

［2］江林璇.試析小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)［J］.百科論壇電子雜志，2021（18）：45.

［3］沈陵江.小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)［J］.互動(dòng)軟件，2021（04）：2696.

［4］羅川蘭，張川，鄧江華.小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)：以“吃火鍋”編程教學(xué)為例［J］.中小學(xué)信息技術(shù)教育，2021（04）：61-63.

［5］楊煌華.小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)［J］.新教育時(shí)代電子雜志（學(xué)生版），2020（35）：131.

［6］陳晨.基于計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)Scratch編程教學(xué)探討［J］.基礎(chǔ)教育論壇，2021（20）：71-72.

［7］張金橋.如何在小學(xué)信息技術(shù)scratch編程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維［J］.科普童話·新課堂（上），2021（06）：71.

［8］李素卿.編程熱潮，計(jì)算思維情歸何處？：聚焦計(jì)算思維在小學(xué)編程教學(xué)中的落實(shí)問(wèn)題［J］.中國(guó)信息技術(shù)教育，2021（14）：45-47.

［9］李少芳.基于Scratch編程教學(xué)的小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)實(shí)踐研究［J］.考試周刊，2021（12）：3-4.