范海明

【摘 要】通過(guò)學(xué)習(xí)編程來(lái)培養(yǎng)小學(xué)生的計(jì)算思維已經(jīng)越來(lái)越受到重視。筆者結(jié)合GoC編程工具的特點(diǎn)，以計(jì)算思維形成一般過(guò)程中的分解問(wèn)題、模式識(shí)別、抽象概括、算法設(shè)計(jì)等四要素為導(dǎo)向，將計(jì)算思維培養(yǎng)融入任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)中。本文以粵教B版六年級(jí)下冊(cè)信息技術(shù)第5課“筑長(zhǎng)城”為例，闡述如何對(duì)小學(xué)GoC編程繪圖教學(xué)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，把教學(xué)任務(wù)分解成讓學(xué)生容易理解的子任務(wù)，層層迭代上升，從而優(yōu)化小學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提升小學(xué)生的計(jì)算思維能力。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維;任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué);小學(xué)生;GoC編程畫(huà)圖

任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)是一種建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和教學(xué)理論基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生提出任務(wù)，學(xué)生以任務(wù)為導(dǎo)向，自主探究學(xué)習(xí)的教學(xué)方法。任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法是小學(xué)信息技術(shù)課中最常用的教學(xué)方法之一。任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法的核心內(nèi)容有：任務(wù)完成的主體是學(xué)生，知識(shí)和技能蘊(yùn)含在一個(gè)個(gè)具體任務(wù)中，學(xué)生們通過(guò)分析、實(shí)踐等完成任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)建構(gòu)。

計(jì)算思維是學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。目前學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的主要途徑。但在小學(xué)信息技術(shù)課的教學(xué)實(shí)踐中，往往存在關(guān)注編程工具的具體功能使用，缺乏計(jì)算思維滲透的方法;關(guān)注編程任務(wù)分析，缺乏指導(dǎo)學(xué)生建模的方法，從而弱化了計(jì)算思維訓(xùn)練和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方案設(shè)計(jì)

計(jì)算思維包含四個(gè)核心要素，分別是分解問(wèn)題、模式識(shí)別、抽象概括和算法設(shè)計(jì)。將計(jì)算思維的核心要素落實(shí)到具體的小學(xué)編程教學(xué)中，需要對(duì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)進(jìn)行計(jì)算思維“要素化”的設(shè)計(jì)。下面就以粵教B版六年級(jí)下冊(cè)信息技術(shù)第5課“筑長(zhǎng)城”為例，運(yùn)用GoC編程工具實(shí)現(xiàn)融入計(jì)算思維培養(yǎng)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)方案。教學(xué)對(duì)象是小學(xué)六年級(jí)的學(xué)生，這些學(xué)生之前已學(xué)過(guò)Scratch和諾寶編程，有一定編寫(xiě)程序的知識(shí)基礎(chǔ)，具備一定的信息素養(yǎng)。

1.分解問(wèn)題

將一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成若干個(gè)子問(wèn)題，可以降低解決問(wèn)題的復(fù)雜度，使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，從而達(dá)到解決問(wèn)題的目的。分解問(wèn)題的核心就是將數(shù)據(jù)、流程或問(wèn)題分解為更小且易于處理的幾個(gè)部分。如圖1所示的四個(gè)繪制圖形任務(wù)中，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)圖形由易到難地進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)圖形生成的規(guī)律，幫助學(xué)生根據(jù)任務(wù)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜進(jìn)行推理和分析。

任務(wù)一圖形分解成6個(gè)一樣的“幾”;任務(wù)二圖形分解成7個(gè)一樣的“小山丘”;任務(wù)三圖形分解成6個(gè)大小一樣的正三角形;任務(wù)四圖形分解成12個(gè)大小一樣的五角星?？梢钥闯?，任務(wù)一到任務(wù)四分解出來(lái)的圖形復(fù)雜度是層層遞進(jìn)的，只要先繪制出這些分解出來(lái)的最小基本圖形，就可以通過(guò)程序指令生成相應(yīng)的復(fù)雜圖形。

2.模式識(shí)別

模式識(shí)別是指對(duì)表征事物或現(xiàn)象的各種形式（數(shù)值、文字和邏輯關(guān)系）的信息進(jìn)行處理和分析，以對(duì)事物或現(xiàn)象進(jìn)行描述、辨認(rèn)、分類(lèi)和解釋的過(guò)程。觀察任務(wù)一到任務(wù)四的圖形代碼（圖2），每個(gè)任務(wù)都用到了循環(huán)模式，循環(huán)體里都是被分解出來(lái)的最簡(jiǎn)單圖形代碼;被分解出來(lái)的基本圖形代碼從任務(wù)一到任務(wù)四出現(xiàn)了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的趨勢(shì)。

如任務(wù)一旋轉(zhuǎn)的角度是90度，最后RT（180）是讓筆的方向回到初始角度，容易理解;任務(wù)二圖形下面加一條輔助直線，每個(gè)小山丘是一個(gè)等邊三角形，每個(gè)內(nèi)角是60度，外角是120度，就能理解程序開(kāi)始是RT（30），到了頂點(diǎn)用RT（120），最后回到初始方向?yàn)長(zhǎng)T（150）;任務(wù)三圖形在任務(wù)二的基礎(chǔ)上知道畫(huà)三角形外角是RT（120），緊接著讓畫(huà)筆前進(jìn)到畫(huà)下一個(gè)三角形的起點(diǎn)，并初始到合適的角度;任務(wù)四圖形在前三個(gè)任務(wù)的基礎(chǔ)上尋找規(guī)律，獲得正N邊形外角的公式360/N，從而得出旋轉(zhuǎn)角度是144度，前進(jìn)到起點(diǎn)，畫(huà)筆方向轉(zhuǎn)到合適方向。由易到難，形成任務(wù)驅(qū)動(dòng)的效果。

3.抽象概括

抽象是指抽取客觀事物的一般的、本質(zhì)的屬性的思維方法;概括是指把抽象出來(lái)的個(gè)別事物的本質(zhì)屬性連接起來(lái)，推及其他同類(lèi)事物，從而歸結(jié)全類(lèi)事物的共性的思維方法。抽象概括是指從具體的具有共性的事物中揭示其本質(zhì)意義的兩種思維活動(dòng)。

通過(guò)對(duì)四個(gè)圖形任務(wù)的代碼模式識(shí)別，可以抽象概括出：（1）復(fù)雜圖形分解成基本圖形，基本圖形作為循環(huán)體，用循環(huán)模式解決問(wèn)題，從而概括出了復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、簡(jiǎn)單問(wèn)題自動(dòng)化的思維模式原理。（2）理解初始化概念，在畫(huà)出第一個(gè)基本圖形后，都要確定好畫(huà)下一個(gè)圖形的初始位置和方向，這是解決問(wèn)題的一個(gè)關(guān)鍵初始規(guī)律。（3）通過(guò)畫(huà)正三角形旋轉(zhuǎn)120度、畫(huà)正六邊形旋轉(zhuǎn)60度、畫(huà)正12邊形旋轉(zhuǎn)30度……抽象出畫(huà)正N邊形外角旋轉(zhuǎn)的角度公式為360/N。任務(wù)驅(qū)動(dòng)，迭代上升，抽象概況能力得到提升。

4.算法設(shè)計(jì)

算法設(shè)計(jì)代表著采用系統(tǒng)的方法描述解決問(wèn)題的策略。算法既可以用文字描述，也可以用流程圖進(jìn)行描述。根據(jù)平時(shí)教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生操作任務(wù)一時(shí)，往往會(huì)用到順序算法，教師可提出如果畫(huà)1000個(gè)“長(zhǎng)城”基本圖形怎么辦呢，引出循環(huán)算法，修改變量，具體要畫(huà)多少個(gè)循環(huán)的基本圖形就設(shè)置循環(huán)多少次，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行，理解自動(dòng)化思維概念;任務(wù)三和任務(wù)四還可以引出循環(huán)的嵌套算法，初步體會(huì)模塊化抽象。任務(wù)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)一個(gè)個(gè)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的任務(wù)構(gòu)造，不斷優(yōu)化算法，提升算法思維。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的實(shí)施與反思

“筑長(zhǎng)城”這節(jié)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)了上一節(jié)課變量定義和賦值及運(yùn)算符的使用基礎(chǔ)上，結(jié)合計(jì)算思維的四個(gè)核心要素，讓學(xué)生找規(guī)律，探索循環(huán)的秘密，要求學(xué)生會(huì)用for語(yǔ)句重復(fù)多次操作，同時(shí)掌握正多邊形旋轉(zhuǎn)角度的計(jì)算方法，靈活運(yùn)用循環(huán)體中旋轉(zhuǎn)角度的命令改變圖形的形狀繪制創(chuàng)意圖形。因此，在本節(jié)課的教學(xué)過(guò)程中，教師采用基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，利用設(shè)計(jì)好的四個(gè)任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生由易到難地學(xué)習(xí)通過(guò)GoC編程繪制不同的圖形，讓學(xué)生體驗(yàn)到信息技術(shù)課堂中學(xué)習(xí)的建構(gòu)性特征，幫助學(xué)生形成計(jì)算思維。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生體會(huì)到用GoC編程的樂(lè)趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

培養(yǎng)小學(xué)生的計(jì)算思維就是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和洞察事物背后規(guī)律及其相互聯(lián)系的能力，就是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解構(gòu)并且會(huì)歸納總結(jié)的能力，就是培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)模型并尋找易被計(jì)算機(jī)解決的方案的能力，這樣就能夠讓學(xué)生面對(duì)未知、模糊、復(fù)雜或開(kāi)放的問(wèn)題，知道從哪里開(kāi)始、知道如何系統(tǒng)分析、知道用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的方法和步驟，提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力和自信心。因此，就信息技術(shù)課堂教學(xué)而言，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，就是教師要幫助學(xué)生搭建現(xiàn)實(shí)與用“計(jì)算機(jī)解決”之間的橋梁。

計(jì)算思維的培養(yǎng)是希望學(xué)生像專(zhuān)家那樣去思考利用信息技術(shù)解決問(wèn)題的方法與過(guò)程。因而融入計(jì)算思維培養(yǎng)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)不能局限于程序設(shè)計(jì)本身，還應(yīng)體現(xiàn)在各種內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，根據(jù)學(xué)生的自身問(wèn)題開(kāi)展教學(xué)，根據(jù)學(xué)情和問(wèn)題分析設(shè)計(jì)任務(wù)，使教學(xué)更有效地激發(fā)與培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力，引導(dǎo)學(xué)生理解與掌握利用信息技術(shù)解決問(wèn)題的學(xué)科方法，從而提高解決問(wèn)題的能力，發(fā)展學(xué)科素養(yǎng)。

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