小學生計算思維培養(yǎng)

羅川蘭 張川 鄧江華

【摘 要】計算思維是當前國際信息技術(shù)教育領(lǐng)域廣為關(guān)注的一個重要內(nèi)容。中小學信息技術(shù)課程應(yīng)承擔起發(fā)展學生計算思維的重要任務(wù)。圖形化編程采用高度可視化的界面和積木組合式程序設(shè)計方法，能有效地培養(yǎng)中小學生的計算思維。本文綜合計算思維和圖形化編程的特點，以計算思維的分解、抽象、概括、算法思維、評估優(yōu)化等五要素為導向，結(jié)合重慶地方特色，設(shè)計了“吃火鍋”的編程教學案例，以培養(yǎng)學生的計算思維，期望為教學工作者的實際教學提供參考。

【關(guān)鍵詞】計算思維;圖形化編程;中小學;信息技術(shù)教育

教學背景

計算思維是當前國際信息技術(shù)教育領(lǐng)域廣為關(guān)注的一個重要內(nèi)容。在國內(nèi)外中小學信息技術(shù)教育領(lǐng)域，計算思維已成為信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要內(nèi)容。

2013年，英國南安普敦大學Cynthia Selby和John Woollard提出計算思維由算法思維、評估、抽象、分解、概括等要素組成[1]。華東師范大學教授謝忠新認為，使用計算思維來解決問題的一般過程如下：首先將復(fù)雜問題分解成一系列小的問題（分解）;分別仔細研究這些小的問題，僅關(guān)注重要的特征，同時忽略不相關(guān)的細節(jié)（抽象）;然后概括解決問題的思路（概括）;接著編寫解決問題的程序（算法）;對設(shè)計的解決方案進行評估（評估），是否最好地解決復(fù)雜問題[2]（圖1）。

傳統(tǒng)的基于代碼的編程方式對于小學生來說十分困難，而圖形化編程通過視覺化的方式將思維設(shè)計過程外化地呈現(xiàn)出來，不僅能提高程序設(shè)計學習的有效性，還能提供多種方式幫助學生建構(gòu)知識，能有效地培養(yǎng)學生的計算思維能力[3]。

本文以計算思維的分解、抽象、概括、算法思維、評估優(yōu)化五要素為導向，利用圖形化編程的優(yōu)點，結(jié)合重慶地方特色，設(shè)計了“吃火鍋”的編程教學案例，以培養(yǎng)學生的計算思維?！俺曰疱仭本幊探虒W是程序內(nèi)容的啟蒙課，是在學生掌握計算機基本操作的基礎(chǔ)上進行設(shè)計的。該課結(jié)合學生生活實際，采用學生熟悉的“吃火鍋”為教學內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)教學案例并開展實際教學，引領(lǐng)學生初識圖形化編程，培養(yǎng)計算思維能力。

“吃火鍋”包括“五任務(wù)、五步驟、一思維”的核心內(nèi)容?！拔迦蝿?wù)”是在創(chuàng)設(shè)的“吃火鍋”情境下，編寫程序完成去美食街、進火鍋店、找到座位、往返取菜、燙煮毛肚這五個任務(wù)。

“五任務(wù)”利用圖形化編程軟件的自定義塊功能，將復(fù)雜的程序邏輯進行封裝整合，使學生不受程序細枝末節(jié)的影響，專注于計算思維的建立（圖2）?！拔宀襟E”是在實際課堂中以計算思維的分解、抽象、概括、算法思維、評估五要素為導向，開展任務(wù)驅(qū)動教學?！耙凰季S”則是學生按照五個步驟完成五個任務(wù)后形成的計算思維。

1.創(chuàng)設(shè)情境，分解任務(wù)

首先創(chuàng)設(shè)“吃火鍋”的情境，引出要解決“吃火鍋”的任務(wù)。并將此情境任務(wù)拆分為“去美食街、進火鍋店、找到座位、往返取菜、燙煮毛肚”五個任務(wù)，并設(shè)定五個不同的場景。在教師的引導下，學生抽象地表達所要解決的問題（抽象概念），從起點出發(fā)前進找到美食街、進入火鍋店、找到座位、取菜、燙菜。

該環(huán)節(jié)用貼近學生生活的故事情境，激發(fā)學生的學習興趣和學習動機，并訓練學生分解任務(wù)的能力，滲透計算思維“分解”要素。學生抽象地表達所要解決的問題，將具體與抽象互相轉(zhuǎn)化，滲透了計算思維“抽象”“概括”等要素。

2.任務(wù)驅(qū)動，思維訓練

任務(wù)一：去美食街

教師打開“去美食街”程序，并指明任務(wù)，編寫程序，讓角色走到美食街。接著，帶領(lǐng)學生分解問題，請學生將問題思路補充完整。

當“黑色小旗”被點擊，從人民廣場出發(fā)，前進 三 步 ，最后進入美食街 。

學生在完成填空的同時，進行了一次思路總結(jié)。接著學生根據(jù)思路抽象概念，編寫、完善程序（概括思路、算法思維）。

任務(wù)二：進火鍋店

進入美食街后，還需走進火鍋店。同樣地，打開“進火鍋店”程序。帶領(lǐng)學生分解問題，將問題思路補充完整。

進入火鍋店線路分為三個部分。

當“黑色小旗”被點擊，前進三步，向右轉(zhuǎn)，然后前進兩步，向左轉(zhuǎn)，再前進三步，進入火鍋店。

任務(wù)二是任務(wù)一的鞏固練習，并在程序中增加了轉(zhuǎn)彎的內(nèi)容，提升難度，進一步訓練學生思維。完成任務(wù)一和任務(wù)二后，教師進行小結(jié)，回顧前兩個任務(wù)的操作，先分解任務(wù)與抽象概念，最后概括思路，完成程序的編寫，形成算法思維。在此過程中，一步一步培養(yǎng)學生的計算思維（概括思路、算法思維）。

任務(wù)三：找到座位

在“找到座位”任務(wù)中，學生自主編寫程序，讓角色走到空桌子旁。學生在編寫程序時發(fā)現(xiàn)，拼接二十幾個“前進一步”程序塊很費時，而且程序很長。教師引導學生尋找重復(fù)使用程序塊，引出使用“重復(fù)執(zhí)行幾次”程序塊優(yōu)化程序，提高編寫效率。任務(wù)完成后進行小結(jié)，當有多個相同的程序塊時，可以使用“重復(fù)執(zhí)行幾次”優(yōu)化程序，提高效率。學生在此過程中，對程序進行評估，并找出優(yōu)化程序的辦法（優(yōu)化程序），滲透計算思維“評估優(yōu)化”“算法思維”等要素。

任務(wù)四：往返取菜

在“往返取菜”程序中，角色需要到取菜處取菜，并放到桌子上，一次取一盤菜，共取六盤菜。為簡化任務(wù)、優(yōu)化程序，教師先帶領(lǐng)學生分解問題，總結(jié)第一次取菜的思路，并編寫程序。接著與學生共同完成第二次取菜的程序，對比兩次取菜的程序，發(fā)現(xiàn)有相同的程序段。再次引導用“重復(fù)執(zhí)行幾次”優(yōu)化程序。并且任務(wù)四強調(diào)必須思考判斷重復(fù)執(zhí)行的是多個程序塊組成的程序段（概括思路、算法思維）。

學生完成任務(wù)后，總結(jié)用“重復(fù)執(zhí)行幾次”，將程序長度變短，操作變少的過程是對程序的評估、優(yōu)化（優(yōu)化程序）。

任務(wù)五：燙煮毛肚

打開“燙煮毛肚”程序，燙煮毛肚。重慶火鍋燙毛肚的秘訣是先放到鍋里、煮一煮、拿起來，再放到鍋里、煮一煮、拿起來。重復(fù)三或四次，最后吃掉。請學生分析問題，總結(jié)思路，并說給同桌聽聽，然后編寫程序?qū)崿F(xiàn)燙煮毛肚的動畫效果。

學生綜合前面所學知識，獨立完成該任務(wù)。教師要向?qū)W生強調(diào)不能急于操作，應(yīng)先分解任務(wù)、抽象思路，并與同桌交流。交流完成后，編寫、優(yōu)化程序。至此，學生初步掌握了計算思維方式。

3.回顧深化，思維提升

最后教師將和學生再次回顧解決程序問題的步驟和思維方式。啟發(fā)學生：應(yīng)用計算思維不僅能解決程序問題，還能解決學習和生活中的實際問題?！俺曰疱仭币徽n源于學生的生活實際，學生通過對“吃火鍋”問題的分步解決，完成了計算思維的遷移運用。在學習過程中，學生不但表現(xiàn)出極大的興趣，而且通過對抽象問題的主動探究，提升了利用計算思維解決問題的能力。

總? 結(jié)

編程教學是培養(yǎng)計算思維的有效途徑。筆者設(shè)計并實施了“吃火鍋”一課，開展基于計算思維培養(yǎng)的圖形化編程教學，將內(nèi)容分解為五大任務(wù)，并將“抽象”“概括”“算法”“評估”等要素融入教學，使學生在學習中體驗編程帶來的樂趣，提高了利用計算思維解決問題的能力。

總之，基于計算思維培養(yǎng)的圖形化編程教學能夠吸引學生興趣，培養(yǎng)學生的計算思維，說明其具有適用性和可行性。將來要根據(jù)小學生的特點，以生活實際問題為出發(fā)點，系統(tǒng)地開發(fā)圖形化編程課程，并且開展實證研究，探究編程課程培養(yǎng)計算思維新的教學模式。

Selby C ， Woollard J . Computational thinking： the developing definition[C]// Special Interest Group on Computer Science Education. 2013.

謝忠新. 關(guān)于計算思維進入中小學信息技術(shù)教育的思考[J]. 中小學信息技術(shù)教育，2017（10）.

郭守超， 周睿， 鄧常梅等. 基于App Inventor和計算思維的信息技術(shù)課堂教學研究[J]. 中國電化教育，2014（3）： 91-96.