吳欣妍

〔摘? ? 要〕? 為了讓學(xué)生更好地適應(yīng)數(shù)字時代的飛速發(fā)展，信息技術(shù)課更名為信息科技課，算法、數(shù)據(jù)編碼等內(nèi)容進入課程內(nèi)容，在這之前圖形化編程已經(jīng)進入小學(xué)五年級的課本?！半p減”政策出臺后，1～2年級也開始了社團課程。為了更好地銜接信息教學(xué)、發(fā)展學(xué)生計算思維，我們在1～2年級社團中開展了Scratch編程教學(xué)，在5～6年級社團開展了樂高機器人活動。本文結(jié)合不同年級的圖形化編程教學(xué)，談一談如何在圖形化編程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

〔關(guān)鍵詞〕? 信息科技；計算思維；圖形化編程；教學(xué)實踐

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 12-0052-03

隨著計算機的逐漸普及與互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，人類不知不覺走進了信息數(shù)字化的新時代。而信息化的發(fā)展也推動了教育的不斷發(fā)展。在小學(xué)信息科技學(xué)科教學(xué)中開展圖形化編程教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生的計算思維起到重要的促進作用。實踐證明：以培養(yǎng)計算思維為導(dǎo)向?qū)嵤﹫D形化編程教學(xué)，切實可行。因此，在“雙減”背景下如何在小學(xué)信息科技圖形化編程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，如何培養(yǎng)學(xué)生的信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)，是教師值得研究的重要課題，也是此學(xué)科教學(xué)探究的重要內(nèi)容。當然，學(xué)生的計算思維培養(yǎng)是一個長期的過程，并不是幾節(jié)課就可以形成的，我們應(yīng)在教學(xué)中不斷滲透，不斷引導(dǎo)，不斷培養(yǎng)，從而有效實現(xiàn)學(xué)科教學(xué)目標。

一、概念界定與理論基礎(chǔ)

（一）“雙減”之后

為了落實“雙減”政策，學(xué)校進一步優(yōu)化作業(yè)質(zhì)量，減輕學(xué)生作業(yè)負擔，提升學(xué)校課后服務(wù)水平，滿足學(xué)生多樣化需求。學(xué)校每天給每個班級開展一節(jié)社團活動，作為一線教師，筆者也承擔了相應(yīng)的社團活動，也正是在這個背景下，我作為一名小學(xué)信息科技教師開始接觸1～2年級的信息科技教學(xué)。筆者經(jīng)過一系列的調(diào)查研究，決定在1～2年級開展入門門檻低、學(xué)生容易上手的Scratch圖形化編程教學(xué)。

（二）計算思維

2022年版《義務(wù)教育信息科技課程標準》再次明確，信息科技課程的目標要圍繞核心素養(yǎng)，體現(xiàn)課程性質(zhì)，反映課程理念。計算思維作為信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)之一，也有了明確的內(nèi)涵解讀。而計算思維，實際上就是人人都應(yīng)具備的一種基本技能。課標指出，計算思維是指個體運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計等思維活動。筆者在圖形化編程中創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生進行抽象、分解、建模，并通過算法設(shè)計來解決問題，能嘗試模擬、仿真、驗證解決問題的過程，反思、優(yōu)化解決問題的方案。

（三）圖形化編程

圖形化編程一般指專為小學(xué)生編程開發(fā)的積木式程序設(shè)計語言，它以形象直觀的積木指令幫助學(xué)生在創(chuàng)作中學(xué)習(xí)編程，表達自己的想法。在本文的教學(xué)實踐中，筆者以簡單的圖形化編程軟件Scratch在1～2年級的教學(xué)和接入硬件設(shè)備的圖形化編程軟件LEGO?MINDSTORMS?Education?EV3在5～6年級的教學(xué)為例，探討培養(yǎng)學(xué)生計算思維的圖形化編程教學(xué)。

二、1～2年級圖形化編程教學(xué)設(shè)計與分析

1～2年級圖形化編程，主要是開展Scratch編程教學(xué)，通過形象直觀的積木指令幫助學(xué)生在創(chuàng)作中學(xué)習(xí)編程，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，提高他們學(xué)習(xí)信息科技的興趣，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的熱情和信心。為此，筆者以簡單的圖形化編程軟件Scratch在1～2年級實施教學(xué)，不僅完成教學(xué)目標，還取得了良好的教學(xué)效果。

（一）游戲設(shè)計切入，邏輯推理，設(shè)計腳本

1～2年級學(xué)生注意力難以集中，貪玩好動。讓學(xué)生先試玩游戲，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，再引導(dǎo)學(xué)生去思考游戲背后的原理，學(xué)會站在開發(fā)者角度去思考問題。在教學(xué)中，游戲的試玩有效調(diào)動了學(xué)生的興趣，引發(fā)學(xué)生思考游戲的趣味性與游戲規(guī)則設(shè)計的關(guān)系。在分析設(shè)計游戲中，我引導(dǎo)學(xué)生思考：角色的變化是怎樣的？大概哪些指令可以使角色出現(xiàn)這些變化？這些指令組合后，我們的角色可以實現(xiàn)這些對應(yīng)的變化嗎？會出現(xiàn)其他的可能嗎？如果有其他可能，通過怎樣的腳本完善可以解決這些意外情況？學(xué)生在學(xué)習(xí)中，不斷地思考預(yù)判，將游戲設(shè)計得更加嚴謹，盡可能地減少游戲漏洞，從而實現(xiàn)有目標的學(xué)習(xí)。

（二）分解任務(wù)，將復(fù)雜的游戲變化分解為局部的具體指令設(shè)計

學(xué)生要思考游戲的整體呈現(xiàn)效果，而整體的效果不可能一步到位，需要各個角色的協(xié)調(diào)。我主要引導(dǎo)學(xué)生運用計算思維中的分解，學(xué)會從一個整體的游戲或動畫，找到其運行的本質(zhì)。我們知道，任何游戲都是通過角色的運動和背景的變化來完成的。這些運動可以是獨立地按照時間的變化或者角色本身的變化出現(xiàn)，也可以是因為別的角色影響而導(dǎo)致的變化?？此茝?fù)雜的游戲必然由角色和背景組成，學(xué)生通過分解分析后，將這個看似難以完成制作的游戲分解成角色的導(dǎo)入、腳本控制角色移動、判斷控制角色變化這些簡單的程序設(shè)計，將大問題分解為小問題，然后綜合運用所學(xué)知識去一一解決問題。

（三）算法，找出規(guī)律，讓程序幫助完成煩瑣的工作

在程序編寫學(xué)習(xí)中，最常用的就是重復(fù)執(zhí)行，就是用計算思維中的算法，去甄別并描述規(guī)律，讓程序來重復(fù)這個規(guī)律。在游戲設(shè)計中有些NPC會有很多重復(fù)單一的動作，如果用簡單的順序結(jié)構(gòu)，腳本的搭建是無窮無盡的。但找出規(guī)律后我們發(fā)現(xiàn)，這些腳本都是一樣的，我們可以用不斷重復(fù)執(zhí)行，讓程序來幫助我們完成這個操作。

（四）抽象，排除非主要因素，抓住核心去解決問題

在Scratch程序設(shè)計中，有些角色是需要通過畫筆模塊創(chuàng)作的，而學(xué)生在思考設(shè)計中會陷入思路瓶頸。其實通過計算思維中的抽象去抓住問題核心，排除其他干擾因素，我們會發(fā)現(xiàn)，有些角色只是通過畫筆落筆、抬筆、清空就可以完成我們設(shè)想的變化。在復(fù)雜的變化中排除其他角色變化的影響，單純思考局部的變化與Scratch中指令可能實現(xiàn)的效果，抓住核心問題去解決。

三、5～6年級圖形化編程教學(xué)設(shè)計與分析

在5～6年級的圖形化編程中，開始接入硬件的使用，編程的主要目的是讓接入的硬件設(shè)備可以發(fā)揮它們的具體功能，以完成實際情境中的任務(wù)。筆者以經(jīng)典的搬運任務(wù)分析接入硬件設(shè)備的圖形化編程教學(xué)實踐，以此有效提升信息科技學(xué)科的教學(xué)效率與學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（一）分解搬運任務(wù)，細化機器人運動

機器人經(jīng)典的搬運任務(wù)是將在引導(dǎo)線上的物體搬運到指定的位置。從人類的角度看來比較簡單的任務(wù)，放到機器人身上，是比較困難的。人類完成搬運需要調(diào)動自己的四肢，移動抓取，還需要調(diào)動自己的感官判斷搬運放置的位置。把人類的動作轉(zhuǎn)移到機器人身上來進行細化，幫助學(xué)生分解復(fù)雜的搬運任務(wù)。

移動可以用機器人結(jié)構(gòu)上有動力帶動的輪胎來解決，抓取可以用能夠用動力控制開合的夾子來解決。那么人類感官的判斷呢？這里需要使用可以感知外部環(huán)境的傳感器來解決。

（二）提煉核心問題，規(guī)劃設(shè)計程序塊

在細化機器人運動之后，筆者帶領(lǐng)學(xué)生為這些運動設(shè)計程序。無論是抓取還是移動對于搬運任務(wù)來說都不是一次就可以完成的，但是實現(xiàn)這些動作的指令是類似的。程序是代替人類發(fā)出機器可以接收的指令，讓機器可以完成有規(guī)律的運動，如果程序搭建過于碎片化，一個指令一個指令地發(fā)出，就不能實現(xiàn)讓機器人完成搬運任務(wù)的初始目的。

提煉出核心的指令，讓程序自動執(zhí)行煩瑣的指令，是我們設(shè)計程序的初衷。而在目前我們使用的大多數(shù)圖形化編程軟件都給了我們自定義設(shè)計程序的模塊，我們可以用已有的程序指令組合形成一個復(fù)雜的程序塊指令。學(xué)生可以將搬運任務(wù)分解為巡線走、拐彎、抓取、放下這四種常見的程序塊指令。如果地形圖較為復(fù)雜，巡線走還可以細分為直線巡線走、曲線巡線走、大彎巡線走。規(guī)劃設(shè)計合適的程序塊可以有效地減輕程序編寫負擔以及程序指令冗余造成的程序卡頓。

（三）設(shè)計算法，調(diào)用程序塊完成任務(wù)

根據(jù)具體任務(wù)，設(shè)計合適的算法，調(diào)用已經(jīng)設(shè)計好的程序塊，解決問題。結(jié)合搬運任務(wù)，可以設(shè)計以下算法：收起夾子→前進→拐彎→抓取物品→收起夾子→拐彎→前進→放下物品。

在算法設(shè)計中，引導(dǎo)學(xué)生找出解決問題的方法，讓學(xué)生在生活中能夠有意識地使用簡單算法，利用計算機實現(xiàn)問題的自動化求解，能有意識地總結(jié)解決問題的方法，并將其遷移到其他問題求解中。

四、圖形化編程教學(xué)的體會

5～6年級圖形化編程教學(xué)，筆者開展了三年，在教學(xué)實踐中不斷地摸索。任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)比較適合5～6年級教學(xué)，5～6年級的學(xué)生正處于邏輯思維逐漸形成的重要階段，從原來的形象思維為主向邏輯思維為主過渡。他們對于復(fù)雜的編程算法接受度較高，也更容易學(xué)習(xí)理解和應(yīng)用。

1～2年級圖形化編程教學(xué)，在“雙減”背景下，筆者開展了一年。學(xué)生的信息基礎(chǔ)以及思維發(fā)展的特點，是教學(xué)中的主要困難。在教學(xué)中，筆者也在嘗試探索設(shè)計出更適合他們思維發(fā)展規(guī)律的課程內(nèi)容，讓學(xué)生能夠更好地了解算法，對程序設(shè)計的過程有初步的概念，也更好地為學(xué)生計算思維的養(yǎng)成做好鋪墊。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中，掌握信息處理的基本過程與方法，體驗過程與控制的場景，驗證解決問題的過程，初步具備運用信息科技解決問題的能力，有效發(fā)展學(xué)生的計算思維，從而實現(xiàn)課程目標。

總之，隨著當代信息科技的不斷推進，信息科技課程越來越受到社會的廣泛關(guān)注和重視。在小學(xué)信息科技圖形化編程教學(xué)中，計算思維已成為培養(yǎng)學(xué)生信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分。尤其在“雙減”背景下，作為一線教師，應(yīng)在學(xué)生掌握“雙基”的基礎(chǔ)上，通過合理規(guī)劃，讓學(xué)生有效運用課余時間，引導(dǎo)他們用信息科技學(xué)科思維去分析問題、解決問題，使他們更好地自主學(xué)習(xí)，完成學(xué)習(xí)目標。在教學(xué)中，在1～2年級社團中開展Scratch編程教學(xué)，在5～6年級社團中建立樂高機器人社團。同時教師也應(yīng)致力學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，善于發(fā)現(xiàn)、挖掘?qū)W科教學(xué)中的計算思維，高度重視小學(xué)信息科技課程中圖形化編程教學(xué)的探索和實踐，進一步提高小學(xué)信息科技課堂教學(xué)效率，從而推動此課程的持續(xù)發(fā)展，為培養(yǎng)新時代的新型人才做出應(yīng)有的貢獻。

參考文獻

[1]何莉娜.多學(xué)科知識相融合：圖形化編程顯魅力：貴陽市實驗小學(xué)圖形化編程的跨學(xué)科實踐探索[J].新課程導(dǎo)學(xué)，2022（24）：61-64.

[2]鄒衛(wèi)華.基于圖形化編程的小學(xué)生高階思維培養(yǎng)策略[J].中國信息技術(shù)教育.2022（6）：50-52.

[3]張曉寧.基于簡易圖形化編程工具的小學(xué)信息科技教學(xué)模式探究[J].中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報（電子版），2020（36）：76，80.

[4]龐洪贏.林敬敬.融合與創(chuàng)新：圖形化編程中項目主題確立的三種途徑[J].中國信息技術(shù)教育，2021（19）：52-53.

[5]胡文俊.淺談簡易圖形化編程工具在小學(xué)信息科技課堂上的創(chuàng)新探索[J].求知導(dǎo)刊，2020（43）：41-42