摘" 要" 編程教育是計(jì)算思維培養(yǎng)的重要載體，設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)是培養(yǎng)計(jì)算思維的有效方式。通過分析計(jì)算思維的核心要素，結(jié)合設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)經(jīng)典模型的特征，構(gòu)建了基于計(jì)算思維培養(yǎng)的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式，在各個(gè)階段中有針對性地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，并在具體的教學(xué)案例中進(jìn)行實(shí)踐，來驗(yàn)證該模式的有效性。

關(guān)鍵詞" 計(jì)算思維；設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)；Scratch；編程

中圖分類號：G623.58" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）03-0083-05

0" 引言

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》再次將計(jì)算思維作為學(xué)科核心素養(yǎng)，計(jì)算思維的重要性顯而易見。當(dāng)前國內(nèi)對學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)更多集中于信息技術(shù)課堂，其中尤以編程教學(xué)為主，但在實(shí)際的編程課堂中，教師還是較為注重軟件本身的技能操作，不重視學(xué)生思維能力的培養(yǎng)。設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)本身具有迭代性、整合性、反思性、設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)[1]，與計(jì)算思維的培養(yǎng)相契合。

因此，本研究將計(jì)算思維的培養(yǎng)滲透到Scratch

編程課堂活動(dòng)中，構(gòu)建了基于計(jì)算思維培養(yǎng)的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模型，在教學(xué)活動(dòng)流程中有針對性地對計(jì)算思維的核心要素進(jìn)行培養(yǎng)，為編程課堂的教學(xué)改革提供新思路。

1" 計(jì)算思維與設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)

1.1" 計(jì)算思維

計(jì)算思維一詞最早出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)的計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)聯(lián)系密切，且沒有明確的概念。等到2006年，卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授才第一次概括了計(jì)算思維的核心概念，她認(rèn)為計(jì)算思維是分析問題和解決問題過程中的思維活動(dòng)，并提出計(jì)算思維是一種普適的技能，應(yīng)該成為數(shù)字化時(shí)代每個(gè)人都具備的基本能力[2]。2011年，美國國際教育技術(shù)協(xié)會(huì)（ISTE）聯(lián)合其他組織給出了計(jì)算思維的操作性定義，認(rèn)為計(jì)算思維是一種問題解決過程，還明確了計(jì)算思維的六階段要素[3]。作為學(xué)科核心素養(yǎng)，計(jì)算思維在編程課堂中主要表現(xiàn)為學(xué)生能夠?qū)栴}進(jìn)行分解，通過抽象建模形成問題解決方案，利用計(jì)算機(jī)編寫程序解決問題，并將解決問題的方法和思路進(jìn)行遷移運(yùn)用的能力。

對于計(jì)算思維的核心要素，國內(nèi)外學(xué)者從不同角度進(jìn)行了闡述。其中南安普敦大學(xué)的學(xué)者提出計(jì)算思維的五要素，其中包括算法思維、分解、抽象、評估、概括。傅騫等[4]根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，將計(jì)算思維水平進(jìn)一步分解為抽象思維、分解思維、算法思維、評估思維和泛化思維。綜合來看，本研究提出計(jì)算思維的核心要素包括抽象、分解、算法、迭代、遷移。分解是指在一定目標(biāo)下將復(fù)雜問題做合理分解；抽象是指利用已有的知識經(jīng)驗(yàn)快速找到問題的關(guān)鍵；算法強(qiáng)調(diào)利用程序來解決當(dāng)前問題；迭代是指對先前方案多次修改調(diào)整直到最佳效果；遷移將解決問題的思路和方法應(yīng)用于其他情境中。

1.2" 設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)

設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)（DBL）是近年來在國外興起的一種模式，最早是由佐治亞理工學(xué)院的克羅德納（Kolodner J L）教授小組提出的。設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式的核心就是“設(shè)計(jì)”，學(xué)生利用已有的知識經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)作品，通過不斷的修改優(yōu)化，達(dá)到最佳效果。整個(gè)過程中，學(xué)生不僅在循環(huán)迭代中完成主題作品，而且還培養(yǎng)了問題解決能力、計(jì)算思維能力等。設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)在發(fā)展過程中形成了一些較為成熟的模式，包括多林·尼爾森的逆向思維學(xué)習(xí)過程模型和克羅德納的基于設(shè)計(jì)的科學(xué)探究雙循環(huán)模型。

逆向思維學(xué)習(xí)過程模型強(qiáng)調(diào)從問題出發(fā)，根據(jù)問題構(gòu)建模型，小組合作探討解決方案，修改完善形成最佳方案。與傳統(tǒng)教學(xué)模式不同的是，逆向思維學(xué)習(xí)過程模型更加注重學(xué)習(xí)過程中的迭代以及學(xué)習(xí)評價(jià)和反思[1]。

基于設(shè)計(jì)的科學(xué)探究雙循環(huán)模型是由“設(shè)計(jì)/

再設(shè)計(jì)”和“調(diào)查與探索”兩個(gè)循環(huán)圈構(gòu)成。學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需求在兩個(gè)循環(huán)圈中隨意跳轉(zhuǎn)，在“設(shè)計(jì)/再設(shè)計(jì)”循環(huán)圈中，學(xué)生通過建構(gòu)模型、設(shè)計(jì)程序來解決問題，如果遇到知識經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致設(shè)計(jì)無法進(jìn)行，便可跳轉(zhuǎn)到“調(diào)查與探索”循環(huán)圈中獲得問題解決方法的支持，循環(huán)往復(fù)，直至任務(wù)完成。

兩個(gè)模型都在強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐，且學(xué)習(xí)過程是循環(huán)迭代的過程。本研究綜合兩個(gè)模型的共同之處，結(jié)合小學(xué)編程教學(xué)的特點(diǎn)，構(gòu)建了基于計(jì)算思維培養(yǎng)的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模型。

2" 基于計(jì)算思維培養(yǎng)的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式的

構(gòu)建

本研究結(jié)合了逆向思維學(xué)習(xí)過程和基于設(shè)計(jì)的科學(xué)雙循環(huán)模型的共同點(diǎn)，并在學(xué)生活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)有針對性地培養(yǎng)計(jì)算思維能力，具體模型如圖1所示，學(xué)生活動(dòng)主要包括三個(gè)階段，即探究階段、設(shè)計(jì)階段、評價(jià)階段。

2.1" 探究階段

探究階段的具體流程包括理解挑戰(zhàn)、明確任務(wù)、合作探究、建立模型。知識探究是模型構(gòu)建的基礎(chǔ)。學(xué)生在理清思路，確定問題后，通過探討項(xiàng)目實(shí)施應(yīng)該解決的問題，包括應(yīng)該如何搭建、某些模塊的含義、不同模塊之間的關(guān)系，需要用到哪些資源，如何獲取資源等問題，只有解決了這些問題才能將自己的想法以積木塊的方式搭建出來。探究階段是以學(xué)生為主體，利用自己已有的知識經(jīng)驗(yàn)，通過小組合作交流，圍繞問題和解決方案進(jìn)行探究。教師在必要時(shí)進(jìn)行一定的引導(dǎo)、幫助，避免學(xué)生偏離教學(xué)目標(biāo)。

在探究階段中，“理解挑戰(zhàn)，明確任務(wù)”主要是通過對項(xiàng)目進(jìn)行分解，分解成多個(gè)子問題，有步驟地解決問題，該過程精準(zhǔn)培養(yǎng)了思維要素中的分解技能；“建立模型”是在明確任務(wù)后，抽象出問題特征，通過合作探究共同建立出任務(wù)原型，該過程體現(xiàn)了思維要素中的抽象技能。

2.2" 設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)階段的具體流程包括制定計(jì)劃、確定方案、設(shè)計(jì)編程、修改完善。設(shè)計(jì)階段是課堂教學(xué)的核心環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)階段是在探究階段的基礎(chǔ)上，將探究形成的想法方案予以實(shí)施，強(qiáng)調(diào)學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)踐。在明確挑戰(zhàn)任務(wù)，合作探究的基礎(chǔ)上，小組交流制定方案計(jì)劃，確定方案，開始設(shè)計(jì)編程，在此過程中，設(shè)計(jì)方案并不是固定不變的，而是不斷修改完善的。設(shè)計(jì)便是要學(xué)生發(fā)散思維，構(gòu)想多種可能的方案，每個(gè)小組的作品都具有獨(dú)創(chuàng)性。在此過程中，教師通過巡視、觀察學(xué)生小組的設(shè)計(jì)情況，盡可能保證各小組進(jìn)度一致。

在設(shè)計(jì)階段中，“設(shè)計(jì)編程”重點(diǎn)培養(yǎng)了學(xué)生在編程設(shè)計(jì)中的算法技能，通過采用流程圖、思維導(dǎo)圖等方式展示編程中的算法，該環(huán)節(jié)是完成任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是體現(xiàn)計(jì)算思維本質(zhì)的重要步驟。

2.3" 評價(jià)階段

評價(jià)階段具體流程包括展示作品、評估測試、迭代優(yōu)化、交流反思。評價(jià)階段是指學(xué)生在完成作品后，以小組形式展示作品，并簡要說明制作思路、制作過程中的問題以及如何解決，學(xué)生在小組互評、教師評價(jià)中獲得建議和反饋，形成改進(jìn)結(jié)論，在此過程中實(shí)現(xiàn)對新知識的理解與掌握，根據(jù)結(jié)論再次修改作品，不斷循環(huán)迭代，優(yōu)化完善，形成最佳作品。

在評價(jià)階段中，“評估測試，迭代優(yōu)化”是對問題求解過程中的思路方法進(jìn)行綜合驗(yàn)證，出現(xiàn)問題后進(jìn)行循環(huán)迭代，修改優(yōu)化，直至形成最優(yōu)方案，該過程體現(xiàn)了設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)的關(guān)鍵特征，精準(zhǔn)培養(yǎng)了思維要素中的迭代技能；“展示作品，交流反饋”重點(diǎn)培養(yǎng)了學(xué)生的遷移技能，學(xué)生進(jìn)行組內(nèi)互評，組間互評，討論交流，這是學(xué)生對課堂學(xué)習(xí)最佳的反饋，通過不同思想觀點(diǎn)的碰撞，容易發(fā)生思維的遷移與拓展，進(jìn)一步強(qiáng)化相關(guān)技能。

3" 基于計(jì)算思維培養(yǎng)的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)案例分析

本研究以“平臺跳躍游戲”為例，探討該模型在具體教學(xué)中的應(yīng)用，根據(jù)模型來設(shè)計(jì)教學(xué)流程，包括創(chuàng)設(shè)情境，明確問題、啟發(fā)思考，指導(dǎo)探究、設(shè)計(jì)程序，實(shí)時(shí)監(jiān)測、組織分享，評價(jià)作品、優(yōu)化完善，反思?xì)w納。“平臺跳躍游戲”的規(guī)則是通過鍵盤上的“上下左右”鍵來控制小猴子的運(yùn)動(dòng)，只有跳到一個(gè)又一個(gè)平臺上，最終觸碰到氣球才算勝利，中途掉落平臺則游戲失敗。

3.1" 創(chuàng)設(shè)情境，明確問題

情境性是設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模型的基礎(chǔ)。情境的創(chuàng)設(shè)要具有生活化，才能引起學(xué)生的情感共鳴，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。另外，通過情境展現(xiàn)的問題/任務(wù)要具有一定的挑戰(zhàn)性，學(xué)生能夠產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，對知識的學(xué)習(xí)和運(yùn)用也更加深刻。通過創(chuàng)設(shè)情境，教師要幫助學(xué)生明確任務(wù)問題。在“平臺跳躍游戲”中，學(xué)生親自體驗(yàn)了游戲的樂趣，明白游戲的規(guī)則，好奇心和求知欲讓他們迫切想要嘗試自己編寫程序來設(shè)計(jì)游戲。在此過程中，教師帶領(lǐng)學(xué)生從自然語言過渡到抽象語言，循序漸進(jìn)，讓學(xué)生不至于一頭霧水，不知所措。

教學(xué)片段

【教師】同學(xué)們平常喜歡玩游戲嗎？都喜歡玩些什么游戲?。?/p>

【學(xué)生】王者榮耀、QQ飛車等等。

【教師】你們玩的游戲都是別人設(shè)計(jì)的，那么今天我們自己來設(shè)計(jì)一個(gè)游戲——平臺跳躍游戲。（展示平臺跳躍游戲的畫面）。小猴子的愿望是摸到氣球，該怎么實(shí)現(xiàn)呢？同學(xué)們可以幫幫它。

（學(xué)生體驗(yàn)“平臺跳躍”的Scratch小游戲）

【教師】我們找同學(xué)來分享一下游戲結(jié)果。學(xué)生A來說一說你的小猴子是如何取得勝利的呢？學(xué)生B可以分享他的小猴子又是如何失敗的呢？

【學(xué)生A】我通過鍵盤上的“上下左右”鍵來控制小猴子的運(yùn)動(dòng)，小猴子跳到第一個(gè)平臺，又跳到第二個(gè)平臺，最后摸到氣球，系統(tǒng)便提示我“勝利”啦！

【學(xué)生B】我和學(xué)生A的操作一樣，只不過我的小猴子從第一個(gè)平臺跳到第二個(gè)平臺時(shí)，發(fā)生點(diǎn)意外，它沒能成功跳到第二個(gè)平臺上，掉了下來，系統(tǒng)就判定我為“失敗”。

【教師】同學(xué)們都已經(jīng)體驗(yàn)過了“平臺跳躍游戲”的規(guī)則，那么這個(gè)Scratch小游戲應(yīng)該如何制作呢？

3.2" 啟發(fā)思考，指導(dǎo)探究

設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)的主線應(yīng)該是“設(shè)計(jì)”，為了減少學(xué)生在其他環(huán)節(jié)浪費(fèi)過多的時(shí)間，教師應(yīng)該帶領(lǐng)學(xué)生對情境或者案例進(jìn)行分解、剖析，啟發(fā)學(xué)生思考，引導(dǎo)學(xué)生探究。

根據(jù)“平臺跳躍游戲”的情境，教師提出五個(gè)問題來指導(dǎo)學(xué)生的探究活動(dòng)，即視頻中要選擇和繪制哪些角色？小猴子是如何實(shí)現(xiàn)跳躍運(yùn)動(dòng)的？小猴子是如何實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)的？游戲成功應(yīng)該如何設(shè)置？游戲失敗應(yīng)該如何設(shè)置？學(xué)生在明確問題后，根據(jù)教師提出的問題進(jìn)行小組討論，探討解決問題的想法和思路，將最終方案記錄到學(xué)習(xí)任務(wù)單上，并根據(jù)思路繪制出流程圖，流程圖（部分）如圖2。在此過程中，教師巡視指導(dǎo)，答疑解惑。

3.3" 設(shè)計(jì)程序，實(shí)時(shí)監(jiān)測

學(xué)生探究出解決方案后，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)思路來編寫程序，（如表1是重要步驟的代碼塊設(shè)置），在實(shí)踐中將編程方案落實(shí)，然后通過不斷調(diào)試來驗(yàn)證是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，如若在調(diào)試中出現(xiàn)問題或是思考出最優(yōu)解法，還可以對程序進(jìn)行優(yōu)化和修改。在此過程中，教師不僅要關(guān)注小組進(jìn)度給予指導(dǎo)，控制好時(shí)間，同時(shí)還要選擇合適的方式幫助學(xué)生解決問題。另外，教師通過巡視了解各小組進(jìn)度差距，主動(dòng)為一些困難小組和進(jìn)度緩慢的小組提供幫助和指導(dǎo)，盡可能保持各個(gè)小組齊頭并進(jìn)。

3.4" 組織分享，評價(jià)作品

學(xué)生在初步完成作品后進(jìn)行分小組展示，如圖3學(xué)生作品展示，展示過程中可以簡要說明制作思路、制作過程中出現(xiàn)的問題以及如何解決。評價(jià)時(shí)每位學(xué)生都要參與其中，通過分享評價(jià)，學(xué)生不僅可以借鑒其他小組的優(yōu)勢和創(chuàng)意，同時(shí)還能根據(jù)其他同學(xué)的建議對自己的作品進(jìn)行修改和優(yōu)化。

3.5" 優(yōu)化完善，反思?xì)w納

優(yōu)化完善，反思?xì)w納是教學(xué)環(huán)節(jié)的最后一步。通過評價(jià)提出的建議，學(xué)生進(jìn)行作品優(yōu)化，并再次展示。

教師對每個(gè)項(xiàng)目作品進(jìn)行總結(jié)，指出其亮點(diǎn)，幫助學(xué)生獲得成就感和愉悅感。同時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生回憶本節(jié)課的知識點(diǎn)，總結(jié)歸納，學(xué)生在此過程中獲得升華。最后，教師組織學(xué)生討論交流，暢所欲言，反思學(xué)習(xí)過程中的不足，在總結(jié)反思中發(fā)現(xiàn)新的問題，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。課后教師反思本節(jié)課的優(yōu)缺點(diǎn)，整理學(xué)生意見和存在問題，以便在下次教學(xué)中進(jìn)行改進(jìn)。

4" 效果分析

4.1" 培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，激發(fā)學(xué)生的編程興趣

在設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式中，真正做到了“以學(xué)生為中心”。學(xué)生進(jìn)入情境后確定任務(wù)，在教師的引導(dǎo)下將任務(wù)分解成能夠解決的小問題，在小組合作中探討解決方案，明確設(shè)計(jì)思路和想法，繪制流程圖，以此來編寫程序，調(diào)試程序，優(yōu)化完善。整個(gè)過程都是由學(xué)生自己確定問題、設(shè)計(jì)方案、解決問題，計(jì)算思維能力得以提升，促使學(xué)生對編程產(chǎn)生興趣。

4.2" 提升學(xué)生的合作交流能力，增進(jìn)學(xué)生的情感共鳴

無論是探究階段還是設(shè)計(jì)、評價(jià)階段，學(xué)生都是以小組的形式參與其中，共同探究，溝通交流，在合作中產(chǎn)生情感共鳴，也讓學(xué)生明白了團(tuán)隊(duì)的重要性。為了共同的目標(biāo)，小組成員互幫互助，遇到問題妥善解決，培養(yǎng)了學(xué)生的人際交往能力。

4.3" 提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，面對問題發(fā)散思維

設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)的關(guān)鍵在于“設(shè)計(jì)”，學(xué)生圍繞主題任務(wù)發(fā)散思維，將自己的創(chuàng)意想法融入設(shè)計(jì)作品中。同時(shí)，在評價(jià)交流中，通過思想碰撞激發(fā)靈感，將創(chuàng)意體現(xiàn)在作品優(yōu)化上。

5" 結(jié)束語

信息化時(shí)代教育的革新更要凸顯學(xué)生的主體地位，筆者將設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)引入小學(xué)編程課堂，構(gòu)建了基于計(jì)算思維培養(yǎng)的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式，讓學(xué)生在“設(shè)計(jì)”中體驗(yàn)問題解決過程，掌握編程的基礎(chǔ)知識和技能，學(xué)生具有極大的創(chuàng)作興趣，教學(xué)效果良好。在編程教學(xué)中，教師只有真正認(rèn)識到培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維是課程的歸宿，在實(shí)際教學(xué)中才會(huì)重視知識的創(chuàng)造而非簡單的技術(shù)傳授，才能真正培養(yǎng)學(xué)生面對復(fù)雜問題時(shí)運(yùn)用計(jì)算思維的方式來解決問題[5]。

6" 參考文獻(xiàn)

[1] 李美鳳，孫玉杰.國外“設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)”研究與應(yīng)用綜述[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015，25（7）：12-18.

[2] 肖廣德，高丹陽.計(jì)算思維的培養(yǎng)：高中信息技術(shù)課程的新選擇[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015，25（7）：38-43.

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[4] 傅騫，解博超，鄭婭峰.基于圖形化工具的編程教學(xué)促進(jìn)初中生計(jì)算思維發(fā)展的實(shí)證研究[J].電化教育研究，2019，40（4）：122-128.

[5] 鄭茜.信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的策略研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2017，27（8）：121-123.