譚國(guó)聚 孟延豹

前言：《高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的正式發(fā)布，帶來(lái)了整個(gè)K12基礎(chǔ)教育的信息技術(shù)課程的重大變革，信息技術(shù)課的課程方向?qū)脑瓉?lái)的重技能、重操作過(guò)程轉(zhuǎn)為重思維培養(yǎng)、重核心素養(yǎng)培養(yǎng)，所有的信息技術(shù)教師都必須重視這個(gè)轉(zhuǎn)變，適應(yīng)這個(gè)轉(zhuǎn)變。北京小學(xué)通州分校一向重視信息技術(shù)課程以及結(jié)合信息技術(shù)課程的跨學(xué)科整合型課程的開(kāi)發(fā)與實(shí)施，在本次改革中又走在了前面，筆者在此特將其部分成果呈現(xiàn)給讀者，希望能夠給朋友們帶來(lái)一些啟發(fā)。

2006年，周以真教授提出了“計(jì)算思維”（Computational thinking），為信息技術(shù)課程的教學(xué)改革帶來(lái)了啟示。《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》已把“計(jì)算思維”列入學(xué)科核心素養(yǎng)，使其成為信息技術(shù)核心培養(yǎng)目標(biāo)之一。那計(jì)算思維怎樣反映到小學(xué)生的思維品質(zhì)上呢？

● 問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)

隨著課程的不斷建設(shè)和發(fā)展，程序設(shè)計(jì)教學(xué)作為信息技術(shù)學(xué)科的主要教學(xué)內(nèi)容，成為教育技術(shù)專(zhuān)家的共識(shí)，以編程為核心的課程改革成為發(fā)展趨勢(shì)。

筆者搜索了相關(guān)指數(shù)，結(jié)果令人吃驚。首先搜索少兒編程百度指數(shù)，這個(gè)指數(shù)依然是上升趨勢(shì)，而且，針對(duì)Scratch的編程，呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。但搜索與程序設(shè)計(jì)聯(lián)系緊密的計(jì)算思維關(guān)鍵詞，百度指數(shù)顯示沒(méi)有被收錄，這說(shuō)明該關(guān)鍵詞的熱度還不是很高。這也證明了整個(gè)社會(huì)群體對(duì)這個(gè)概念還沒(méi)有足夠的關(guān)注，還不是很清楚編程用來(lái)做什么，同時(shí)也說(shuō)明，針對(duì)編程的學(xué)習(xí)目的沒(méi)有開(kāi)展相應(yīng)的教學(xué)方法指導(dǎo)?？梢?jiàn)，在編程教育非常火爆的背后，缺乏的是學(xué)生深度學(xué)習(xí)課程的能力以及對(duì)教法的指導(dǎo)。

● 概念界定

1.周以真教授的計(jì)算思維概念

自2006年周以真教授提出“計(jì)算思維”后，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行了研究，使計(jì)算思維的概念得到了不同的發(fā)展與延伸。

2011年國(guó)際教育技術(shù)協(xié)會(huì)（ISTE）聯(lián)合計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（CSTA）共同給出了計(jì)算思維的操作性定義：計(jì)算思維是一個(gè)問(wèn)題解決的過(guò)程，該過(guò)程包括制訂問(wèn)題、分析問(wèn)題、抽象建模、算法設(shè)計(jì)、優(yōu)化方案、遷移解決方法等六要素。

2.《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中計(jì)算思維的概念

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行了解釋?zhuān)骸熬邆溆?jì)算思維的學(xué)生，在信息活動(dòng)中能夠采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問(wèn)題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù);通過(guò)判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決問(wèn)題的方案;總結(jié)利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程與方法，并遷移到與之相關(guān)的其他問(wèn)題解決中?！?/p>

2017年版課標(biāo)對(duì)計(jì)算思維的解釋是對(duì)ISTE&CSTA提出的計(jì)算思維操作性定義的補(bǔ)充和完善，筆者以此作為計(jì)算思維的界定。

● 基于程序結(jié)構(gòu)講授法培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維

1.基于程序結(jié)構(gòu)講授法的程序設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)

（1）基于項(xiàng)目的課程設(shè)計(jì)

腳本中涉及的命令模塊，都是圍繞所在的程序結(jié)構(gòu)講授完成，即沒(méi)有獨(dú)立的命令模塊的講解，而是針對(duì)程序結(jié)構(gòu)詳細(xì)講授，在結(jié)構(gòu)中包含相關(guān)的命令模塊。

（2）基于游戲的課程設(shè)計(jì)

課程的設(shè)置基于小學(xué)生喜聞樂(lè)見(jiàn)的小游戲，這樣即使涉及復(fù)雜的程序、運(yùn)算的命令模塊，學(xué)生也能夠有耐心把這個(gè)程序編寫(xiě)完整。

（3）基于跨學(xué)科的課程設(shè)計(jì)

課程案例設(shè)置含有跨學(xué)科的內(nèi)容，是希望讓學(xué)生通過(guò)信息技術(shù)課學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)，并把這個(gè)思考的方法轉(zhuǎn)移到生活中，從而提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。

2.教學(xué)案例

（1）Scratch 2.0編程軟件

Scratch是一款面向少年的簡(jiǎn)易編程工具，共有十大模塊、100多塊“積木”，使用者只需用鼠標(biāo)拖動(dòng)模塊到程序腳本區(qū)就可以編寫(xiě)程序。

（2）Scratch 2.0程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

Scratch2.0編程軟件作為一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，具有計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)特征。程序腳本是由順序、循環(huán)、選擇以及模塊化程序結(jié)構(gòu)這四種基本結(jié)構(gòu)組成，四種結(jié)構(gòu)既可以單獨(dú)使用，也可以相互結(jié)合組成較為復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)。

①順序程序結(jié)構(gòu)。

順序結(jié)構(gòu)是程序結(jié)構(gòu)中最基本的結(jié)構(gòu)，即程序是按從上往下的順序執(zhí)行。例如，在貓抓老鼠2.0升級(jí)版案例中，案例分為五個(gè)項(xiàng)目，其中一個(gè)項(xiàng)目就是，小貓的移動(dòng)辦法是通過(guò)鍵盤(pán)方向鍵的上下左右移動(dòng)來(lái)決定的。

教學(xué)片段：

師：我們編寫(xiě)的程序通過(guò)方向鍵控制小貓的移動(dòng)方向，這是一個(gè)順序結(jié)構(gòu)（通過(guò)直接講授幫助學(xué)生構(gòu)建程序結(jié)構(gòu)過(guò)程）。我們?cè)诰帉?xiě)小貓按照方向鍵方向移動(dòng)這個(gè)順序結(jié)構(gòu)的腳本時(shí)，需要哪些命令模塊？

生：在事件中按下xx鍵，然后移動(dòng)（判斷、分析數(shù)據(jù)）。

此環(huán)節(jié)學(xué)生能夠組織數(shù)據(jù)，但不是很合理，還要通過(guò)分析、判斷的過(guò)程，形成合理的腳本。通過(guò)順序結(jié)構(gòu)的直接講授，學(xué)生在一段時(shí)間內(nèi)自然就會(huì)形成順序的概念，并且結(jié)合順序結(jié)構(gòu)，進(jìn)行合理的組織和思考，從而逐步提升計(jì)算思維能力。

②循環(huán)程序結(jié)構(gòu)。

有些程序需要不斷重復(fù)同樣的內(nèi)容，如在制作不斷切換造型來(lái)實(shí)現(xiàn)的動(dòng)畫(huà)效果時(shí)，需要不斷重復(fù)切換不同的造型，這就是循環(huán)結(jié)構(gòu)。循環(huán)結(jié)構(gòu)一般用于重復(fù)某段需要不斷重復(fù)執(zhí)行的腳本。

在講授的時(shí)候，教師可以通過(guò)提問(wèn)幫助學(xué)生建構(gòu)循環(huán)程序結(jié)構(gòu)。例如，在設(shè)計(jì)模擬循跡的程序時(shí)，通過(guò)添加色塊模擬傳感器，小貓運(yùn)動(dòng)中不停偵測(cè)黑色軌跡，從而達(dá)到循線的目的。

學(xué)生在完成色塊的偵測(cè)時(shí)沒(méi)有問(wèn)題，可是小貓的循線還是出現(xiàn)了問(wèn)題，就是原地不動(dòng)。教師并沒(méi)有直接告訴學(xué)生用什么結(jié)構(gòu)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，而是通過(guò)事實(shí)問(wèn)題的問(wèn)答來(lái)幫助學(xué)生了解程序結(jié)構(gòu)，從而解決問(wèn)題。

教學(xué)片段：

師：要使小貓循線不偏離黑色軌跡，需要怎么辦？

學(xué)生的答案五花八門(mén)：傳感器、移動(dòng)、判斷……（這些答案沒(méi)有回答到點(diǎn)上）

師：小貓循線移動(dòng)是僅僅移動(dòng)一步或者幾步嗎？

生：不是，是一直移動(dòng)。

師：在程序設(shè)計(jì)中怎么理解一直移動(dòng)呢？同學(xué)們可以點(diǎn)開(kāi)控制模塊，看一看哪種結(jié)構(gòu)可以幫助我們解決一直移動(dòng)的問(wèn)題。（基于事實(shí)問(wèn)題，讓學(xué)生構(gòu)建與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)系，提升計(jì)算思維能力）

學(xué)生通過(guò)分析判斷，就會(huì)想到如果讓小貓重復(fù)移動(dòng)是不是會(huì)開(kāi)始循線？經(jīng)過(guò)調(diào)試，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了小貓循線的程序設(shè)計(jì)。

③選擇程序結(jié)構(gòu)。

選擇結(jié)構(gòu)也稱為判斷結(jié)構(gòu)或分支結(jié)構(gòu)，是在順序結(jié)構(gòu)中提供了程序的分支，也就是說(shuō)在程序的一個(gè)順序流程中加入子程序流程，這樣可以使程序更具交互性。分支結(jié)構(gòu)又可分為單分支結(jié)構(gòu)和雙分支結(jié)構(gòu)。

選擇程序結(jié)構(gòu)是程序設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的一環(huán)。學(xué)生編寫(xiě)的腳本如果帶有選擇程序結(jié)構(gòu)，這個(gè)程序會(huì)變得更有趣味。這里不僅涉及到一個(gè)結(jié)構(gòu)，還有偵測(cè)的命令模塊，需要條件，才可以選擇。

教學(xué)片段：

師：我們?cè)O(shè)計(jì)了貓抓老鼠這個(gè)程序，通過(guò)變量的變化實(shí)現(xiàn)了貓抓老鼠。那么怎樣停止程序？

生：點(diǎn)擊紅色按鈕;還有單獨(dú)設(shè)置一個(gè)腳本，按下空格鍵停止全部程序;等等。

師：我們能不能通過(guò)單獨(dú)寫(xiě)個(gè)腳本，用到判斷的程序結(jié)構(gòu)。（這個(gè)程序結(jié)構(gòu)的問(wèn)題拋出，學(xué)生很快想到如果……，條件是什么）

有了這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生提出諸多條件的問(wèn)題，如導(dǎo)入另外一個(gè)角色，無(wú)論是小貓還是老鼠碰到這個(gè)角色，都停止全部程序。

師：大家還可思考，能不能把變量作為條件，與選擇程序結(jié)構(gòu)一起用？

最后，教師和學(xué)生達(dá)成共識(shí)，如果變量增加到15這個(gè)數(shù)值，那么就結(jié)束所有程序。

學(xué)生在編寫(xiě)程序的時(shí)候，也許不會(huì)過(guò)多思考，但是程序結(jié)構(gòu)的拋出，給了學(xué)生一個(gè)思考的方向，和解決問(wèn)題的思路。

④模塊化程序結(jié)構(gòu)。

作為圖形化編程軟件，相比Scratch 1.4版本，Scratch 2.0中增添了更多積木模塊，定義好的腳本作為次要程序，在同一個(gè)程序中反復(fù)調(diào)用編寫(xiě)好的自定義模塊。這樣簡(jiǎn)化了程序，編寫(xiě)的思路也非常清晰。

因此筆者認(rèn)為，在Scratch 2.0中可以單獨(dú)提出一個(gè)程序結(jié)構(gòu)，即模塊化程序結(jié)構(gòu)。模塊化程序結(jié)構(gòu)由主程序腳本和定義模塊腳本組成。例如，講解通過(guò)程序畫(huà)花的過(guò)程，定義模塊腳本是一片花瓣、多片花瓣等，主程序腳本就是順序結(jié)構(gòu)，落筆，畫(huà)出花。

教學(xué)片段：（教師邊演示邊操作，如下圖所示）。

師：我們畫(huà)花可以想象有多片花瓣，還有枝干，如果這些內(nèi)容在一個(gè)程序中完成，需要不停地抬筆、落筆、移動(dòng)步數(shù)、旋轉(zhuǎn)。而Scratch 2.0中提供了自定義模塊，我們通過(guò)模塊化程序結(jié)構(gòu)來(lái)完成這個(gè)作品，會(huì)讓程序簡(jiǎn)單可讀，易于理解。

自定義模塊里命名之后，接下來(lái)的過(guò)程就是移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)的命令模塊。同樣，一片花瓣畫(huà)好，多個(gè)怎么畫(huà)？同樣的辦法，自定義之后，調(diào)用剛才的模塊，其他的部分依此類(lèi)推。

最后我們?cè)谥鞒绦蛑杏靡粋€(gè)順序結(jié)構(gòu)，就可以完成一朵花。

在教學(xué)實(shí)踐中，基于程序結(jié)構(gòu)講解程序設(shè)計(jì)，降低了學(xué)習(xí)難度，讓學(xué)生在編寫(xiě)腳本的過(guò)程中有了思路。直接講授程序結(jié)構(gòu)的過(guò)程就是小學(xué)生不斷分析、判斷、解決問(wèn)題的過(guò)程，是知識(shí)整體遷移的過(guò)程，也是不斷提升計(jì)算思維能力的過(guò)程。

3.借助評(píng)價(jià)量表深度認(rèn)知程序結(jié)構(gòu)

在以往的教學(xué)中，講授程序結(jié)構(gòu)是通過(guò)一系列的命令模塊，讓學(xué)生有感性認(rèn)識(shí)之后，再畫(huà)出程序流程圖，讓學(xué)生明白是什么程序結(jié)構(gòu)。

而筆者在實(shí)踐中，則是通過(guò)評(píng)價(jià)量表學(xué)習(xí)單進(jìn)行引導(dǎo)性學(xué)習(xí)，先給出程序設(shè)計(jì)的流程圖，讓學(xué)生有整體意識(shí)分析，再通過(guò)程序結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行分析、判斷、收集數(shù)據(jù)等操作，完成程序腳本的編寫(xiě)。也就是說(shuō)，先構(gòu)建模型的思維，再有細(xì)節(jié)性的思維，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間這種思維品質(zhì)的訓(xùn)練，學(xué)生無(wú)論是編寫(xiě)程序，還是解決生活中的問(wèn)題，都能形成有效的解決方案。

評(píng)價(jià)量表在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)知識(shí)的同時(shí)，對(duì)學(xué)生是否完成程序編寫(xiě)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)定，更重要的是，它通過(guò)程序結(jié)構(gòu)流程圖的展示，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維能力的形成。