基于計算思維能力培養(yǎng)的小學(xué)圖形化編程教學(xué)策略-以“火柴人跳舞”為例

人工智能發(fā)展進(jìn)程加快，對社會與人們生活產(chǎn)生了深刻的影響?；谌斯ぶ悄艿膹V泛應(yīng)用，編程開始進(jìn)入信息技術(shù)課程教學(xué)，并成為重要的教學(xué)內(nèi)容。然而，小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)還存在一些問題，編程內(nèi)容系統(tǒng)性不強，教學(xué)方法單一，導(dǎo)致學(xué)生對編程學(xué)習(xí)內(nèi)容提不起興趣，不利于學(xué)生思維進(jìn)階。因此基于小學(xué)編程教學(xué)現(xiàn)狀，嘗試打破傳統(tǒng)編程教學(xué)思想，有機融合計算思維，將圖形化的編程教學(xué)與抽象的計算思維能力培養(yǎng)有機結(jié)合起來，提高小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)的開放性，借助有序的教學(xué)設(shè)計、結(jié)構(gòu)化的學(xué)科思維等，以實現(xiàn)圖形化編程教學(xué)與學(xué)生計算思維能力協(xié)同發(fā)展。一、教學(xué)情境：尊重經(jīng)驗，對接生活信息技術(shù)教學(xué)實踐表明，情境對激發(fā)學(xué)生信息技術(shù)學(xué)習(xí)熱情、提高教學(xué)內(nèi)容的粘性具有重要的價值。因此，基于計算思維能力培養(yǎng)的圖形化編程教學(xué)應(yīng)基于學(xué)生興趣激活的需要，對傳統(tǒng)教學(xué)情境進(jìn)行優(yōu)化，尊重學(xué)生自身的經(jīng)驗，并關(guān)照學(xué)生現(xiàn)實生活，借助學(xué)生熟悉的案例、富有生活氣息的情境引入圖形化編程教學(xué)內(nèi)容，賦予情境以真實的意義，從而讓學(xué)生對圖形化編程教學(xué)內(nèi)容感興趣，激活學(xué)生探索編程學(xué)習(xí)內(nèi)容的源動力。如“火柴人跳舞”一課中，圖形化編程軟件認(rèn)識教學(xué)，這是編程教學(xué)的前提和基礎(chǔ)，傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師主要借助講解和記憶的方式引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識控件，掌握控件的操作方法。如果直接對學(xué)生進(jìn)行控件認(rèn)知教學(xué)，顯然難以有效調(diào)動學(xué)生認(rèn)知興趣。在分析學(xué)情基礎(chǔ)上，決定借助學(xué)生感興趣、熟悉的積木游戲創(chuàng)設(shè)與圖形化編程相似的情境，再過渡到圖形化編程軟件教學(xué)，讓學(xué)生根據(jù)搭積木的經(jīng)驗進(jìn)行遷移性學(xué)習(xí)，將控件比作積木，提供控件組合達(dá)到搭建腳本的效果。通過創(chuàng)設(shè)真實而有意義的情境，較好地借助學(xué)生已有的畫圖經(jīng)驗，將學(xué)生既有的經(jīng)驗與學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這樣不僅可以較好地激發(fā)學(xué)生編程學(xué)習(xí)之趣，而且也使學(xué)生既有的知識、經(jīng)驗形成關(guān)聯(lián)，讓新知識、新技能建立在學(xué)生既有認(rèn)知基礎(chǔ)和生活經(jīng)驗基礎(chǔ)之上。如此，學(xué)生對編程概念、語法等知識的理解就有了意義，學(xué)生計算思維能力也在遷移中得到自然生長。教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)時，為了促進(jìn)學(xué)生計算思維能力發(fā)展，教師可以結(jié)合情境產(chǎn)生的效果，配合情境設(shè)計相關(guān)的問題，讓問題自然地生成于情境。如結(jié)合學(xué)生“玩積木”時設(shè)計了這樣的問題：大家平時喜歡玩積木嗎？學(xué)生普遍回答玩過，喜歡玩。再進(jìn)一步提問：“你們是怎樣玩的，能不能介紹一些好玩的玩法？”借助情境產(chǎn)生的問題，既激發(fā)學(xué)生參與課堂問答的熱情，也借助問題引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生在交流積木玩法的過程中積極地調(diào)動思維，從“玩”上升到“策略”層面。學(xué)生在交流玩法的過程中，思維得到了較好的調(diào)動，也為了解本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了鋪墊，讓學(xué)生借助玩積木的經(jīng)驗學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容。如此，較好地實現(xiàn)學(xué)生生活經(jīng)驗和學(xué)習(xí)經(jīng)驗的融合，讓生活經(jīng)驗促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗的生成，奠定計算思維能力發(fā)展的思維基礎(chǔ)。二、教學(xué)目標(biāo)：尊重學(xué)生差異，實施目標(biāo)分層學(xué)生圖形化編程學(xué)習(xí)需要經(jīng)歷一個循序漸進(jìn)的過程，計算思維能力培養(yǎng)也不可能在短期內(nèi)達(dá)到較高的發(fā)展水平。教師應(yīng)基于學(xué)生計算思維能力發(fā)展水平和圖形化編程學(xué)習(xí)時機，既要關(guān)注學(xué)生整體性發(fā)展水平，更要關(guān)注學(xué)生個體，遵循學(xué)生個性化特質(zhì)以及學(xué)生之間的差異性，基于學(xué)生最近發(fā)展區(qū)和學(xué)習(xí)需求，實施科學(xué)的目標(biāo)分層。圖形化編程教學(xué)按照教學(xué)內(nèi)容的難易度和學(xué)生計算思維能力發(fā)展水平層級，可以對教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行層級化預(yù)設(shè)，細(xì)化為三個層級，分別是入門級、進(jìn)階級和提高級等，不同層次的學(xué)生對接不同的目標(biāo)層級，以實現(xiàn)全體學(xué)生的真正發(fā)展。如“火柴人跳舞”編程教學(xué)，本節(jié)課的目標(biāo)主要包括兩個重點，分別是角色造型繪制與造型切換的方法。根據(jù)本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)，針對三個層級，對不同層次的學(xué)生制定以下目標(biāo)：1.入門級。入門級目標(biāo)在目標(biāo)層級中處于最低層級，是學(xué)生應(yīng)知應(yīng)會的內(nèi)容，也是針對學(xué)生群體提出的發(fā)展目標(biāo)。入門級目標(biāo)預(yù)設(shè)時，教師應(yīng)考慮學(xué)生群體，充分體現(xiàn)出基礎(chǔ)性?；谌腴T級目標(biāo)設(shè)計原則，角色造型繪制方面，學(xué)生通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，可以繪制出較為簡單的三種“火柴人”；造型切換的方法方面，學(xué)生能夠簡單地結(jié)合控件，讓角色得以疊加起來，從而賦予火柴人跳舞的效果。2.進(jìn)階級。進(jìn)階級是對入門級目標(biāo)的升級，需要教師根據(jù)大部分學(xué)生群體的學(xué)習(xí)需求和計算思維能力發(fā)展，在入門級目標(biāo)基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶嵘?，以滿足大部分學(xué)生學(xué)習(xí)需求。角色造型繪制方面，在入門級基礎(chǔ)上，賦予造型以美觀性；造型切換的方法方面，提高學(xué)生控件操作的熟練性，并達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。3.提高級。提高級在目標(biāo)層級中處于最高層級，是針對學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好、興趣濃厚、學(xué)有余力的少部分學(xué)生指導(dǎo)的目標(biāo)。角色造型繪制方面，在前兩個層級基礎(chǔ)上，造型要求提高到角色造型的連續(xù)性層級，并且融入學(xué)生審美觀念，讓角色造型更加美觀；造型切換的方法方面，增加切換控件，并提高火柴人舞蹈的動畫效果。三、教學(xué)內(nèi)容：指向有序思維，優(yōu)化內(nèi)容結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容是達(dá)成圖形化編程教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生計算思維的關(guān)鍵，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)基于新的教學(xué)生態(tài)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行選擇，使教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)向有序思維，并對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化設(shè)計，從而改變傳統(tǒng)圖形化編程教學(xué)內(nèi)容碎片化現(xiàn)狀，使學(xué)生獲得的知識形成鮮明的類別，形成清晰的標(biāo)簽，讓學(xué)生知識體系更加完善，能夠更好地指導(dǎo)學(xué)生實踐?！盎鸩袢颂琛眻D形化編程，通過教學(xué)要實現(xiàn)火柴人跳舞?；诮虒W(xué)任務(wù)，教學(xué)內(nèi)容選擇與結(jié)構(gòu)化設(shè)計如下：角色創(chuàng)建→跳舞效果→舞臺營造；根據(jù)圖形化編程教學(xué)內(nèi)容，再進(jìn)行類別化處理與標(biāo)簽設(shè)定。歸入應(yīng)用庫→設(shè)定標(biāo)簽。通過上述內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化處理，使得不同類型、各類方法和程序模塊有機關(guān)聯(lián)起來，使新舊知識、不同的類別得以關(guān)聯(lián)起來，形成條理清晰的類別，無形中促進(jìn)學(xué)生計算思維能力和編程思維能力的協(xié)同發(fā)展。內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計還應(yīng)對接學(xué)生思維發(fā)展特點，一般從學(xué)生熟悉的內(nèi)容入手，如學(xué)生熟悉的計算機作品、生活中類似的現(xiàn)象等。借助學(xué)生熟悉的內(nèi)容，充分發(fā)揮學(xué)生形象思維優(yōu)勢，幫助學(xué)生建立起直觀的認(rèn)知。在學(xué)生直觀感知基礎(chǔ)上，再進(jìn)入信息技術(shù)學(xué)習(xí)內(nèi)容，從感性認(rèn)知向理性認(rèn)識抽象，幫助學(xué)生積極地調(diào)動計算思維，促進(jìn)學(xué)生思維能力發(fā)展；最后，再優(yōu)化信息技術(shù)學(xué)習(xí)場景，給學(xué)生創(chuàng)造實踐應(yīng)用的機會，在應(yīng)用中實現(xiàn)知識內(nèi)化，讓計算思維轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生實踐技能。四、教學(xué)活動：項目驅(qū)動教學(xué)，指向問題解決教學(xué)活動是圖形化編程教學(xué)的重中之重，也是實現(xiàn)信息技術(shù)知識向技能、學(xué)生計算思維能力發(fā)展的關(guān)鍵。如何確保教學(xué)活動的有效性和有序性，教師應(yīng)借助合適的載體。項目教學(xué)是一種有效的方法，它以項目為抓手，在完成項目任務(wù)的過程中培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。1.實施項目教學(xué)，指向問題解決。項目活動設(shè)計時，應(yīng)遵從學(xué)生思維發(fā)展的過程，有序?qū)椖窟M(jìn)行分解。項目任務(wù)分解還應(yīng)基于活動總目標(biāo)的統(tǒng)攝，使總項目細(xì)化為結(jié)構(gòu)化的子項目，子項目設(shè)計時，應(yīng)與圖形化編程教學(xué)知識點、學(xué)生計算思維能力發(fā)展高度對接，使之承載本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，并與學(xué)生認(rèn)知興趣高度吻合，能夠較好地激發(fā)學(xué)生興趣；在分解基礎(chǔ)上，需要進(jìn)行模式識別，選擇最有利于問題解決的方法、策略和途徑。解決問題應(yīng)基于基本的流程，形成顯性化的流程思維導(dǎo)圖，讓需要解決的問題條理清晰，層級鮮明，從而使學(xué)生通過模式識別活動，邏輯思維能力得到較好的發(fā)展，方法策略意識更加強烈；根據(jù)流程圖，繼而進(jìn)行抽象思維活動，將流程與編程模塊進(jìn)行有機的轉(zhuǎn)化與組合，再開展腳本搭建活動，最后在反復(fù)的調(diào)試過程中不斷完善程序，讓學(xué)生對各個模塊的的基本功能和作用等獲得深刻的理解；項目評估是提高項目驅(qū)動效應(yīng)的重要環(huán)節(jié)，評估環(huán)節(jié)應(yīng)發(fā)揮學(xué)生主體性作用，通過學(xué)生互動，讓學(xué)生獲得交流與分享的機會，為共生資源的形成創(chuàng)造條件，使模塊功能從知識性向真實、有意義的應(yīng)用升級；遷移是項目驅(qū)動教學(xué)的最終落腳點，主要對既有的程序進(jìn)行優(yōu)化，賦予程序更高效的功能，給學(xué)生創(chuàng)造知識遷移與解決問題的實踐鍛煉機會?！盎鸩袢颂琛弊裾丈鲜鲰椖炕虒W(xué)活動，以“火柴人跳舞”為總項目，再對項目任務(wù)進(jìn)行分解，形成以下幾個子項目：角色造型設(shè)計。角色造型設(shè)計時，應(yīng)將動作的連貫性和合理性作為重點，既要使動作做到連貫流程，又要對不合理的動作進(jìn)行糾正與完善；造型變化。角色造型變化主要借助“下一個造型”進(jìn)行不斷重復(fù)，使動作生成動畫效果。基于子項目，學(xué)生再根據(jù)項目實施的程序，設(shè)計流程圖，使解決問題的思維形象的呈現(xiàn)出來，再借助相應(yīng)的程序模塊，依據(jù)流程圖搭建起相應(yīng)的腳本，再對動畫效果進(jìn)行反復(fù)調(diào)試。展示環(huán)節(jié)，結(jié)合展示有機穿插項目評價，對項目優(yōu)點和存在的不足進(jìn)行總結(jié)與反思；最后，再借助拓展性學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生不斷加大火柴人數(shù)量，以及火柴人的舞蹈動作，引領(lǐng)學(xué)生計算思維不斷攀升，促進(jìn)學(xué)生計算思維能力進(jìn)階與圖形化編程能力內(nèi)化。2.搭建學(xué)習(xí)支架，發(fā)展計算思維。在實施項目教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生解決問題過程中，教師應(yīng)基于學(xué)生計算思維能力和編程能力發(fā)展需要，給學(xué)生搭建支架，幫助學(xué)生借助支架更好地發(fā)展計算思維能力和編程能力。降低圖形化編程教學(xué)難度，提高學(xué)生參與積極性?！盎鸩袢颂琛痹陧椖炕顒又?，主要給學(xué)生搭建了以下支架。（1）情境支架。根據(jù)項目學(xué)習(xí)內(nèi)容，從學(xué)生熟悉的案例或者生活化素材中提取情境素材，引導(dǎo)學(xué)生借助情境支架向本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容遷移，借助情境激發(fā)學(xué)生編程學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生潛能；同時，借助情境支架，讓學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容產(chǎn)生期待，也使學(xué)生既有的知識、生活經(jīng)驗等得以有效地調(diào)動起來。（2）知識支架。知識支架建構(gòu)時，教師應(yīng)借助計算思維的基本概念對編程中的相關(guān)知識進(jìn)行解釋，包括運用的功能模塊，基本語法等知識，增強學(xué)生對功能模塊的深度了解，讓學(xué)生的編程知識得以完善，形成編程的基本思想，讓學(xué)習(xí)更加高效。如造型轉(zhuǎn)變，可以借助西游記中的孫悟空和二郎神斗法中的變化，能夠快速地轉(zhuǎn)變成不同的造型，從而賦予知識以形象性，降低教學(xué)內(nèi)容理解的難度。（3）思維支架。思維發(fā)展是圖形化編程教學(xué)的一個重要任務(wù)，思維具有抽象性，需要教師給學(xué)生思維發(fā)展搭建支架。思維支架可以借助圖示化的方式，借助圖畫直觀地呈現(xiàn)思維，讓學(xué)生地解決項目的思路與框架等形成直觀的認(rèn)識。例如，指向問題解決的項目流程設(shè)計，可以借助圖示化的方式讓流程和解決問題的思路直觀呈現(xiàn)出來；信息化時代，教師也可以借助信息技術(shù)手段，將抽象的思維直觀地還原出來，從而引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷知識形成的過程。最后，再根據(jù)學(xué)生思維發(fā)展水平，逐步地解除支架，讓學(xué)生思維不斷趨向成熟。（4）策略支架?；谟嬎闼季S能力培養(yǎng)的圖形化編程教學(xué)的最終目的在于解決問題，問題的解決又需要切實可行的方法與策略。因此，教師應(yīng)在圖形化編程教學(xué)過程中給學(xué)生搭建策略支架。如猜測策略，在開展項目活動之前，引導(dǎo)學(xué)生對項目進(jìn)行猜測，并借助項目活動去驗證猜測。借助猜測策略，讓學(xué)生養(yǎng)成預(yù)測的習(xí)慣，增強學(xué)生學(xué)習(xí)目的性，培養(yǎng)學(xué)生探究能力。策略支架搭建時，教師應(yīng)改變傳統(tǒng)做法，從傳統(tǒng)講解式教學(xué)、示范教學(xué)等，轉(zhuǎn)向?qū)W生自主探究，突出學(xué)生主體性，讓學(xué)生在