图形化编程促思维发展

图形化编程促思维发展

孙敏

南京市九龙小学， 210035

摘要：计算思维作为21世纪学生必须具备的思维能力，近年来受到广大教育工作者的密切关注。2017年修订版《江苏省义务教育信息技术纲要》将“计算思维”列为学科四大核心素养之一。本文以小学生计算思维的视角来重构Scratch课堂教学，将教学的最终落脚点锁定在培养学生的计算思维能力上。笔者在教学中立足学生生活经验，采用创设问题情境、提供学习支架，引导学生交流分享等方法，对培养学生计算思维进行有益的尝试。

关键词：计算思维；Scratch教学；教学实践

一、关于计算思维研究的启示

周以真于2006年首次系统描述了计算思维，认为计算思维是一种运用计算机科学的基本概念去求解问题、设计系统和理解人类行为等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。2011年，国际教育技术协会（ISTE）联合计算机科学教师协会（CSTA）共同给出了计算思维的操作性定义，该定义不仅将计算思维描述为一个问题解决的过程,还提出了计算思维的六个要素：①提出问题②按逻辑组织和分析问题③抽象建模④算法设计⑤优化方案⑥迁移解决方法。

近年来，计算思维在实践应用中有了新的发展。卡法伊提出的计算参与成为培养计算思维的新方法，并从社会及文化层面拓展和加深了计算思维的内涵。他认为应该将计算思维放在更大的文化背景、个人学习和教育环境中培养，计算参与可以通过从培养个人的计算思维技能，到鼓励参与作品分享、社区讨论、再修改等，提升学生的计算思维能力，实现计算思维的动态培养。2017年，《江苏省义务教育信息技术课程纲要》将计算思维列为信息技术核心素养之一，指出计算思维是个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。

笔者以上述理论研究为依据，根据小学生的认知特点和学习心理，结合教学实践，提炼出四个对小学阶段计算思维培养有一定指导意义的要素，即算法、抽象、优化和逻辑。 

二、Scratch教学中培养小学生计算思维的实践

Scratch作为一款面向儿童的图形化程序设计软件，可以让学生在趣味化的学习情境中体验程序设计，经历分析任务、根据任务思考问题解决的方法，最终选择和设计出符合需求的最合理的指令算法，并对学习过程和方法进行归纳和整理的一系列过程。学习Scratch有利于学生运用计算的方法，提高分析问题并解决问题的能力，为培养学生的计算思维能力提供了良好的环境和平台。

1.创设问题情境，培养学生计算思维的抽象与逻辑能力

计算思维的本质是抽象。对于小学生来说，抽象与建模具有较大的难度。为了帮助学生建立从真实世界到Scratch编程的桥梁，教师应创设真实的问题情境，通过一系列精心设计的问题引发学生思考，将复杂问题分解成若干简单的小问题，在对问题的层层抽象中，引导学生清晰的描述和定义对象。

实例一：在教学《小猫抓老鼠》时，老师播放范例后抛出一系列问题：“游戏要完成什么功能？需要哪些角色？它们的初始状态是什么？哪些角色是静止的？哪些角色是运动的？运动角色的激发条件是什么？在完善优化环节，引导学生思考：“调试运行后，为什么没实现最初预期的效果？游戏如何变得更有趣？”经过小组讨论、交流，学生最终完成思维导图，并借助思维导图完成后续的学习。

分析：对结构比较复杂、逻辑性不严密的游戏而言，尤其需要教师通过一连串由浅入深、由表及里、由易到难的问题，启发学生思考，引导他们抽丝剥茧，梳理解决问题的思路。通过对范例的分析与解读，教师帮助学先理清角色之间的相互关系，再具体分析各个角色的状态，最后细化到可能使用的控件、参数。经历了这样一个由繁化简的分析、思考和优化的过程，学生最终明确了游戏的制作思路，设计出作品具体内容框架，规划出需要解决哪些子任务，并从具体复杂的问题中抽象出计算机能够解决的问题模型，最终达到解决问题的目的。

2.重视分享交流，培养学生计算思维的优化能力

作品的分享与交流，是学生对自己编程结果的再认识、再整理，同时还可以将学生个体解决问题的思路和方法推而广之，成为解决某一类问题的普遍方法，这个过程有助于培养学生的归纳与综合能力，可以内化和迁移计算思维。

实

图4

例二：在学生制作完《大富翁游戏》作品后，教师引导学生思考：“游戏想实现什么样的功能和效果？在编写脚本的过程中遇到了什么问题？问题解决了吗？你是如何解决的？”同学们分享自己的编程经验和操作心得，在思维的交融和碰撞中发现问题并解决问题。在评价作品环节，老师先引导他们说一说作品的亮点和得意之处，再提出改进的建议。在分享作品环节，教师让同学们交换座位，互相玩一玩同座同学编写的程序，鼓励他们展示作品、分享智慧，教师再适时进行点拨和提示，出示新颖有趣、有创意的作品，进一步引发了学生的思考，激发他们深入学习编程的欲望。

分析：教师应对学生分享交流的过程进行引导和把控，不仅要关注学生个体作品的完成情况，更要引导其对同伴的作品作出评价。通过分享与交流，可以帮助学生拓展思路、取长补短，克服思维定势，养成批判思维。同时，学生经历“分析问题—搭建脚本—运行调试——完善优化”这一循环往复，优化迭代的过程，可以从本质和全局上建立对问题的解决思路，形成普适性的技能。随着学生作品的复杂度与精彩程度不断上升，学生解决问题的能力在不断提高，学生的思维不断向深度和广度延展。

3.提供学习支架，培养学生计算思维的算法能力

根据维果斯基的最近发展区的理沦，教师通过搭建适当的支架为学生学习新知识提供支撑，引导学生逐步完成学习任务，不断地把学生的能力从一个水平提升到另一个新的更高水平。通过学习支架教师引导教学，使学生掌握、建构、内化那些能使其从事更高认知活动的技能。

实例三：《趣味赛龙舟》一课中，教师为学生提供了任务学习单和微视频两种自学辅助形式。同学们根据自己的实际情况，借助上述学习支架有条不紊的开展自主学习。学习单由易到难、由浅入深的布置了基本任务和拓展任务，不仅以文字形式提示关键的操作步骤，还将范例脚本以图形化的方式列于其中。微视频则提供了“克隆粽子”、“增加计时器”、“趣味赛龙舟2.0”“趣味赛龙舟3.0”等演示范例，为学生提供了多样化、分层次的个性化学习指导。

分析：教学中教师给学生提供充分的自主探究的时间与空间，放手让学生进行自主学习。在这一过程中，教师利用学习单和微视频等学习支架将学生的隐性知识显性化，思维过程可视化，利用板书、课件、示范演示等方式，将问题求解中分析的过程、思考的过程及优化的过程呈现出来，帮助学生梳理编写程序的一般步骤，为顺利的将自然语言转化为编程语言提供支持。随着学习的深入，学生的思维程度也随着学习单的难度不断上升。学习支架的使用不断对学生的算法能力进行强化和训练，帮助他们获得举一反三、触类旁通的能力。

通过以上的实践和探索，笔者通过基于计算思维的Scratch教学，让学生体会到编程的魅力，多角度的考虑和分析问题，系统的规划思考问题，灵活的进行知识迁移，提出个性化的解决问题的策略，对问题的解决方案不断进行更好的完善，最终实现计算思维的培养与提高。

参考文献

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2. 王旭卿.面向三维目标的国外中小学计算思维培养与评价研究[J].电化教育研究2014⑺

3. 刘敏娜，张倩苇.国外计算思维教育研究进展[J]．开放教育研究，2018⑴

4. 徐荣.小学信息科技教学中提升学生思维品质的实践研究[J].中小学信息技术教育,2015⑽

5. 刘广智．基于问题求解的scratch教学框架[J]．教育，2019（32）

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