程序設(shè)計模塊化，計算思維深度化
——以小學圖形化編程課為例

山東省鄒城市南屯煤礦學校 許紅霞 賈艷霞

一、計算思維概述

計算思維是由周以真教授提出的，指的是以與計算機技術(shù)有關(guān)的基本概念為基礎(chǔ)，對有關(guān)問題進行解答、設(shè)計等與計算機技術(shù)有關(guān)的各類思維活動。隨后，越來越多的專家學者投入計算思維的研究與分析。2016年，《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》正式出臺，給學生的能力培養(yǎng)和個人發(fā)展提出了更為明確的要求。2017年，國務院明確要求在中小學教學中增加人工智能的有關(guān)課程，加大力度推進編程教育。

二、信息技術(shù)課堂教學培養(yǎng)計算思維面臨的問題

（一）理論研究較多，實踐研究較少

盡管在十多年前周以真教授便提出了計算思維的概念，但從我國研究的整體情況來看，專門針對計算思維的研究仍然有所欠缺，整體上仍然處在初級階段，無法與小學信息技術(shù)課程的日常教學結(jié)合起來。與此同時，其中大部分內(nèi)容都屬于理論研究的層次，無法為小學教學工作起到良好的指導作用。根據(jù)統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，對計算思維的理論研究占六到七成，足以說明研究者將研究重點更多地放在理論層面。由于實踐研究不足，無法建構(gòu)起完善的信息技術(shù)教學體系，學生的計算思維一直都難以實現(xiàn)有效培養(yǎng)。

（二）教師了解不多，教學實踐更少

在以往的教學活動中，教師對計算思維的了解較少。直到新課標正式頒布，教師才逐漸接觸到計算思維這一概念。然而，由于教學經(jīng)驗不足，教師對計算思維的認識和了解并不全面，深度也有所不足。同時大部分認識都停留在理論層面，對如何將其與日常教學活動相結(jié)合的了解有所不足。教師作為信息技術(shù)課程的組織者和設(shè)計者，他們對計算思維的認知直接決定了學生的學習情況。當教師對計算思維的理論研究和實踐研究都有所不足時，自然無法實現(xiàn)對學生計算思維的培養(yǎng)，圖形化編程課程的教學水平提升也受到了一定影響。

（三）培養(yǎng)方式欠缺，教學效果不佳

在當前的小學信息技術(shù)課程教學中，教師主要采用的仍然是灌輸式教學方法。由于信息技術(shù)的有關(guān)理論知識相對枯燥無趣，學生在學習時不可避免地會遇到一些障礙。而灌輸式教學方法過度關(guān)注學生的理論掌握和實際操作，忽視了對學生思維方式的培養(yǎng)。在這一教學模式下，學生在學習時只是機械地對案例進行模仿，卻不能形成自己的認識和進行獨立的思考。正是由于教師的培養(yǎng)方式欠缺，信息技術(shù)課程無法收獲預期的教學效果。

三、以計算思維為導向的圖形化編程課教學方法

（一）對接生活，模塊化情境設(shè)計

從教學實踐中可以發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建合適的教學情境對激發(fā)學生的學習興趣、優(yōu)化教學效果具有重要意義。故而，以計算思維為導向的小學圖形化編程教學，應當以調(diào)動學生的學習積極性為基礎(chǔ)，不斷優(yōu)化教學情境的設(shè)計，從學生的學習感受出發(fā)，聯(lián)系他們的日常生活，以便讓學生發(fā)自內(nèi)心地對編程學習產(chǎn)生興趣。例如，在學習火柴人跳舞這一節(jié)課程時，引導學生認識不同的圖形化編程軟件并對其具體的使用方法有所了解，是教師的重要任務，也是圖形化編程教學的前提。但傳統(tǒng)教學方法明顯難以調(diào)動學生的興趣，無法引導學生熟練地掌握上述軟件的使用方法。為此，教師可以以積木游戲為載體創(chuàng)設(shè)合適的教學情境，并逐漸過渡到編程軟件的介紹和分析中。從搭建積木的生活經(jīng)驗出發(fā)，學生能進行遷移性學習，將積木類比為控件，在控件的組合之中達到一定的教學效果。

（二）由上到下，模塊化分解問題

在小學圖形化編程教學過程中，游戲制作也是一種經(jīng)典的教學模式，是學生普遍感興趣的一種學習途徑。一個優(yōu)質(zhì)游戲的制作往往要求制作者具有多類功能，倘若在學生體驗過游戲以后就直接要求他們進行制作，他們通常很難下手。之所以會出現(xiàn)這一問題，很大程度上是因為學生普遍缺少由上到下對問題進行分析的能力，而這正是計算思維中“分解”思維的重要體現(xiàn)。就這一問題，學生面臨的難題主要體現(xiàn)為兩方面：首先，學生無法將不同子功能間的聯(lián)系梳理清楚；其次，學生無法將各子功能的自然語言轉(zhuǎn)化為編程語言。為此，教師可以有針對性地處理這兩個問題：第一，教師可以利用模塊化的程序思維引導學生將一些復雜度較高的問題細化為不同的子問題。第二，教師還應當進一步細化子問題的表述方法，以便學生能更好地構(gòu)建底層邏輯。隨后，就可以要求學生根據(jù)自己的認知情況開始子模塊的構(gòu)建。

（三）剖析腳本，模塊化認識程序

在課堂教學中，當學生已經(jīng)完成部分腳本編寫工作以后，教師應當適時打斷學生，鼓勵他們重新閱讀腳本內(nèi)容。在這一過程中，教師可以提出一些問題來加深學生對腳本的理解。例如，“你認為這段腳本的功能在于什么？”“你能否用最簡單的語言概括這段腳本的作用？”通過這些問題進行引導，能讓學生站在模塊化的角度反復閱讀腳本，對程序有更全面、系統(tǒng)的了解。在日積月累的訓練之下，學生在閱讀腳本時眼中看到的便不只是一個個底層指令，而是一些承擔了不同職能的模塊，這也有助于促進學生對腳本的抽象認識。例如，在學習“花朵繽紛”這一節(jié)課時，學生經(jīng)常會對“重復五次”的指令有所誤解，不能設(shè)計出一個完整的花朵，而是設(shè)計出一些散著的花瓣。為此，教師應當鼓勵學生認真分析“重復五次”這一環(huán)節(jié)的價值，讓他們認識到這一環(huán)節(jié)的主要作用就是“形成一朵完整的花”。這樣一來，學生對腳本便形成了更加模塊化的認識，在設(shè)計過程中也很少會出現(xiàn)錯誤。

（四）交流評價，模塊化評估功能

通過以由上到下的方式分解問題，以重讀腳本的方式認識程序，能引導學生以正確、科學的思維學習并實踐編程知識。然而，僅依靠這兩種引導模式，并不能保證學生順利地完成編程任務。在日常教學中，倘若學生仍然存在關(guān)系混淆、程序不清等問題，教師就需要提高對交流評價的重視程度，組織全班學生將自己的編程成果展示出來，對每一個作品及其采用的子模塊進行及時的評估。由于不同的子模塊指向的是不同的功能，因此教師在進行評估時，也應當引導學生建立起模塊化思想。當學生能熟練地以模塊化視角審視子模塊與其功能的關(guān)系時，也能更深入地理解腳本與功能之間的關(guān)系。同時在未來的編程活動中，他們也能養(yǎng)成“逐段調(diào)試”的好習慣，從而實現(xiàn)對計算思維的進一步塑造。例如，在學習“小貓出題”這一部分內(nèi)容時，學生經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)在輸入正確答案以后，程序仍然出現(xiàn)錯誤的顯示。在展示評估以后，學生很快便能發(fā)現(xiàn)模塊之間的混亂。這時，教師就要告訴學生出現(xiàn)錯誤在所難免，但重點是要將腳本與子功能一一對應，判斷其是否正常，學生的評估能力也能在這一過程中實現(xiàn)發(fā)展與提升。

（五）課例統(tǒng)整，模塊化重構(gòu)作品

促進程序的模塊化既有助于降低學生對腳本的理解難度，又有助于復用相關(guān)代碼。對學生來說，對程序設(shè)計的學習是一個循序漸進的過程。在小學階段，能站在模塊化的立場上來分析并理解程序，有助于為學生后續(xù)的編程學習打下良好基礎(chǔ)。在不斷深入的學習之下，教師應當找機會對已經(jīng)完成的腳本進行反思和重構(gòu)。只有這樣，才能深化學生的計算思維，幫助學生在面對類似的問題時學會應用計算思維進行處理。例如，“畫城堡”這節(jié)課的難點在于如何理解積木塊的作用，并熟練地進行操作。為此，教師在正式授課結(jié)束以后，可以用一課時的時間進行課例統(tǒng)整，反思并重構(gòu)已經(jīng)形成的作品，不斷提高學生的熟練度，訓練他們形成計算思維。

四、結(jié)語

總而言之，以計算思維為導向進行小學圖形化編程課教學具有重要意義。在信息技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，編程語言和編程平臺都在進行革新和優(yōu)化，而思維層面也應當做出相應的改變和提升。模塊化程序設(shè)計的教學思維是從編程技術(shù)和計算思維兩方面入手來解決小學編程課教學中出現(xiàn)的問題，也是適應信息社會變化的重要途徑。