圖形化編程教學設計

吳欣妍

〔摘? ? 要〕? 為了讓學生更好地適應數(shù)字時代的飛速發(fā)展，信息技術課更名為信息科技課，算法、數(shù)據(jù)編碼等內容進入課程內容，在這之前圖形化編程已經進入小學五年級的課本?！半p減”政策出臺后，1～2年級也開始了社團課程。為了更好地銜接信息教學、發(fā)展學生計算思維，我們在1～2年級社團中開展了Scratch編程教學，在5～6年級社團開展了樂高機器人活動。本文結合不同年級的圖形化編程教學，談一談如何在圖形化編程教學中培養(yǎng)學生的計算思維。

〔關鍵詞〕? 信息科技；計算思維；圖形化編程；教學實踐

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 12-0052-03

隨著計算機的逐漸普及與互聯(lián)網的迅速發(fā)展，人類不知不覺走進了信息數(shù)字化的新時代。而信息化的發(fā)展也推動了教育的不斷發(fā)展。在小學信息科技學科教學中開展圖形化編程教學，對培養(yǎng)學生的計算思維起到重要的促進作用。實踐證明：以培養(yǎng)計算思維為導向實施圖形化編程教學，切實可行。因此，在“雙減”背景下如何在小學信息科技圖形化編程教學中培養(yǎng)學生的計算思維，如何培養(yǎng)學生的信息科技學科核心素養(yǎng)，是教師值得研究的重要課題，也是此學科教學探究的重要內容。當然，學生的計算思維培養(yǎng)是一個長期的過程，并不是幾節(jié)課就可以形成的，我們應在教學中不斷滲透，不斷引導，不斷培養(yǎng)，從而有效實現(xiàn)學科教學目標。

一、概念界定與理論基礎

（一）“雙減”之后

為了落實“雙減”政策，學校進一步優(yōu)化作業(yè)質量，減輕學生作業(yè)負擔，提升學校課后服務水平，滿足學生多樣化需求。學校每天給每個班級開展一節(jié)社團活動，作為一線教師，筆者也承擔了相應的社團活動，也正是在這個背景下，我作為一名小學信息科技教師開始接觸1～2年級的信息科技教學。筆者經過一系列的調查研究，決定在1～2年級開展入門門檻低、學生容易上手的Scratch圖形化編程教學。

（二）計算思維

2022年版《義務教育信息科技課程標準》再次明確，信息科技課程的目標要圍繞核心素養(yǎng)，體現(xiàn)課程性質，反映課程理念。計算思維作為信息科技學科核心素養(yǎng)之一，也有了明確的內涵解讀。而計算思維，實際上就是人人都應具備的一種基本技能。課標指出，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。筆者在圖形化編程中創(chuàng)設問題情境，引導學生進行抽象、分解、建模，并通過算法設計來解決問題，能嘗試模擬、仿真、驗證解決問題的過程，反思、優(yōu)化解決問題的方案。

（三）圖形化編程

圖形化編程一般指專為小學生編程開發(fā)的積木式程序設計語言，它以形象直觀的積木指令幫助學生在創(chuàng)作中學習編程，表達自己的想法。在本文的教學實踐中，筆者以簡單的圖形化編程軟件Scratch在1～2年級的教學和接入硬件設備的圖形化編程軟件LEGO?MINDSTORMS?Education?EV3在5～6年級的教學為例，探討培養(yǎng)學生計算思維的圖形化編程教學。

二、1～2年級圖形化編程教學設計與分析

1～2年級圖形化編程，主要是開展Scratch編程教學，通過形象直觀的積木指令幫助學生在創(chuàng)作中學習編程，降低學生的學習難度，提高他們學習信息科技的興趣，激發(fā)他們學習的熱情和信心。為此，筆者以簡單的圖形化編程軟件Scratch在1～2年級實施教學，不僅完成教學目標，還取得了良好的教學效果。

（一）游戲設計切入，邏輯推理，設計腳本

1～2年級學生注意力難以集中，貪玩好動。讓學生先試玩游戲，激發(fā)學生的學習興趣，再引導學生去思考游戲背后的原理，學會站在開發(fā)者角度去思考問題。在教學中，游戲的試玩有效調動了學生的興趣，引發(fā)學生思考游戲的趣味性與游戲規(guī)則設計的關系。在分析設計游戲中，我引導學生思考：角色的變化是怎樣的？大概哪些指令可以使角色出現(xiàn)這些變化？這些指令組合后，我們的角色可以實現(xiàn)這些對應的變化嗎？會出現(xiàn)其他的可能嗎？如果有其他可能，通過怎樣的腳本完善可以解決這些意外情況？學生在學習中，不斷地思考預判，將游戲設計得更加嚴謹，盡可能地減少游戲漏洞，從而實現(xiàn)有目標的學習。

（二）分解任務，將復雜的游戲變化分解為局部的具體指令設計

學生要思考游戲的整體呈現(xiàn)效果，而整體的效果不可能一步到位，需要各個角色的協(xié)調。我主要引導學生運用計算思維中的分解，學會從一個整體的游戲或動畫，找到其運行的本質。我們知道，任何游戲都是通過角色的運動和背景的變化來完成的。這些運動可以是獨立地按照時間的變化或者角色本身的變化出現(xiàn)，也可以是因為別的角色影響而導致的變化?？此茝碗s的游戲必然由角色和背景組成，學生通過分解分析后，將這個看似難以完成制作的游戲分解成角色的導入、腳本控制角色移動、判斷控制角色變化這些簡單的程序設計，將大問題分解為小問題，然后綜合運用所學知識去一一解決問題。

（三）算法，找出規(guī)律，讓程序幫助完成煩瑣的工作

在程序編寫學習中，最常用的就是重復執(zhí)行，就是用計算思維中的算法，去甄別并描述規(guī)律，讓程序來重復這個規(guī)律。在游戲設計中有些NPC會有很多重復單一的動作，如果用簡單的順序結構，腳本的搭建是無窮無盡的。但找出規(guī)律后我們發(fā)現(xiàn)，這些腳本都是一樣的，我們可以用不斷重復執(zhí)行，讓程序來幫助我們完成這個操作。

（四）抽象，排除非主要因素，抓住核心去解決問題

在Scratch程序設計中，有些角色是需要通過畫筆模塊創(chuàng)作的，而學生在思考設計中會陷入思路瓶頸。其實通過計算思維中的抽象去抓住問題核心，排除其他干擾因素，我們會發(fā)現(xiàn)，有些角色只是通過畫筆落筆、抬筆、清空就可以完成我們設想的變化。在復雜的變化中排除其他角色變化的影響，單純思考局部的變化與Scratch中指令可能實現(xiàn)的效果，抓住核心問題去解決。

三、5～6年級圖形化編程教學設計與分析

在5～6年級的圖形化編程中，開始接入硬件的使用，編程的主要目的是讓接入的硬件設備可以發(fā)揮它們的具體功能，以完成實際情境中的任務。筆者以經典的搬運任務分析接入硬件設備的圖形化編程教學實踐，以此有效提升信息科技學科的教學效率與學生的核心素養(yǎng)。

（一）分解搬運任務，細化機器人運動

機器人經典的搬運任務是將在引導線上的物體搬運到指定的位置。從人類的角度看來比較簡單的任務，放到機器人身上，是比較困難的。人類完成搬運需要調動自己的四肢，移動抓取，還需要調動自己的感官判斷搬運放置的位置。把人類的動作轉移到機器人身上來進行細化，幫助學生分解復雜的搬運任務。

移動可以用機器人結構上有動力帶動的輪胎來解決，抓取可以用能夠用動力控制開合的夾子來解決。那么人類感官的判斷呢？這里需要使用可以感知外部環(huán)境的傳感器來解決。

（二）提煉核心問題，規(guī)劃設計程序塊

在細化機器人運動之后，筆者帶領學生為這些運動設計程序。無論是抓取還是移動對于搬運任務來說都不是一次就可以完成的，但是實現(xiàn)這些動作的指令是類似的。程序是代替人類發(fā)出機器可以接收的指令，讓機器可以完成有規(guī)律的運動，如果程序搭建過于碎片化，一個指令一個指令地發(fā)出，就不能實現(xiàn)讓機器人完成搬運任務的初始目的。

提煉出核心的指令，讓程序自動執(zhí)行煩瑣的指令，是我們設計程序的初衷。而在目前我們使用的大多數(shù)圖形化編程軟件都給了我們自定義設計程序的模塊，我們可以用已有的程序指令組合形成一個復雜的程序塊指令。學生可以將搬運任務分解為巡線走、拐彎、抓取、放下這四種常見的程序塊指令。如果地形圖較為復雜，巡線走還可以細分為直線巡線走、曲線巡線走、大彎巡線走。規(guī)劃設計合適的程序塊可以有效地減輕程序編寫負擔以及程序指令冗余造成的程序卡頓。

（三）設計算法，調用程序塊完成任務

根據(jù)具體任務，設計合適的算法，調用已經設計好的程序塊，解決問題。結合搬運任務，可以設計以下算法：收起夾子→前進→拐彎→抓取物品→收起夾子→拐彎→前進→放下物品。

在算法設計中，引導學生找出解決問題的方法，讓學生在生活中能夠有意識地使用簡單算法，利用計算機實現(xiàn)問題的自動化求解，能有意識地總結解決問題的方法，并將其遷移到其他問題求解中。

四、圖形化編程教學的體會

5～6年級圖形化編程教學，筆者開展了三年，在教學實踐中不斷地摸索。任務驅動式的教學比較適合5～6年級教學，5～6年級的學生正處于邏輯思維逐漸形成的重要階段，從原來的形象思維為主向邏輯思維為主過渡。他們對于復雜的編程算法接受度較高，也更容易學習理解和應用。

1～2年級圖形化編程教學，在“雙減”背景下，筆者開展了一年。學生的信息基礎以及思維發(fā)展的特點，是教學中的主要困難。在教學中，筆者也在嘗試探索設計出更適合他們思維發(fā)展規(guī)律的課程內容，讓學生能夠更好地了解算法，對程序設計的過程有初步的概念，也更好地為學生計算思維的養(yǎng)成做好鋪墊。讓學生在學習中，掌握信息處理的基本過程與方法，體驗過程與控制的場景，驗證解決問題的過程，初步具備運用信息科技解決問題的能力，有效發(fā)展學生的計算思維，從而實現(xiàn)課程目標。

總之，隨著當代信息科技的不斷推進，信息科技課程越來越受到社會的廣泛關注和重視。在小學信息科技圖形化編程教學中，計算思維已成為培養(yǎng)學生信息科技學科核心素養(yǎng)的重要組成部分。尤其在“雙減”背景下，作為一線教師，應在學生掌握“雙基”的基礎上，通過合理規(guī)劃，讓學生有效運用課余時間，引導他們用信息科技學科思維去分析問題、解決問題，使他們更好地自主學習，完成學習目標。在教學中，在1～2年級社團中開展Scratch編程教學，在5～6年級社團中建立樂高機器人社團。同時教師也應致力學生計算思維的培養(yǎng)，善于發(fā)現(xiàn)、挖掘學科教學中的計算思維，高度重視小學信息科技課程中圖形化編程教學的探索和實踐，進一步提高小學信息科技課堂教學效率，從而推動此課程的持續(xù)發(fā)展，為培養(yǎng)新時代的新型人才做出應有的貢獻。

參考文獻

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