基于計(jì)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(duì)社會(huì)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(kāi)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(wèn)題，編程內(nèi)容系統(tǒng)性不強(qiáng)，教學(xué)方法單一，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)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(jī)融合計(jì)算思維，將圖形化的編程教學(xué)與抽象的計(jì)算思維能力培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，提高小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)的開(kāi)放性，借助有序的教學(xué)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)化的學(xué)科思維等，以實(shí)現(xiàn)圖形化編程教學(xué)與學(xué)生計(jì)算思維能力協(xié)同發(fā)展。一、教學(xué)情境：尊重經(jīng)驗(yàn)，對(duì)接生活信息技術(shù)教學(xué)實(shí)踐表明，情境對(duì)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(jià)值。因此，基于計(jì)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(duì)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(yàn)，并關(guān)照學(xué)生現(xiàn)實(shí)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(shí)的意義，從而讓學(xué)生對(duì)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(dòng)力。如“火柴人跳舞”一課中，圖形化編程軟件認(rèn)識(shí)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(shí)控件，掌握控件的操作方法。如果直接對(duì)學(xué)生進(jìn)行控件認(rèn)知教學(xué)，顯然難以有效調(diào)動(dòng)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(guò)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(yàn)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(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)而有意義的情境，較好地借助學(xué)生已有的畫(huà)圖經(jīng)驗(yàn)，將學(xué)生既有的經(jīng)驗(yàn)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(shí)、經(jīng)驗(yàn)形成關(guān)聯(lián)，讓新知識(shí)、新技能建立在學(xué)生既有認(rèn)知基礎(chǔ)和生活經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上。如此，學(xué)生對(duì)編程概念、語(yǔ)法等知識(shí)的理解就有了意義，學(xué)生計(jì)算思維能力也在遷移中得到自然生長(zhǎng)。教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)時(shí)，為了促進(jìn)學(xué)生計(jì)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(jì)相關(guān)的問(wèn)題，讓問(wèn)題自然地生成于情境。如結(jié)合學(xué)生“玩積木”時(shí)設(shè)計(jì)了這樣的問(wèn)題：大家平時(shí)喜歡玩積木嗎？學(xué)生普遍回答玩過(guò)，喜歡玩。再進(jìn)一步提問(wèn)：“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(wèn)題，既激發(fā)學(xué)生參與課堂問(wèn)答的熱情，也借助問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生在交流積木玩法的過(guò)程中積極地調(diào)動(dòng)思維，從“玩”上升到“策略”層面。學(xué)生在交流玩法的過(guò)程中，思維得到了較好的調(diào)動(dòng)，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(yàn)學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容。如此，較好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的融合，讓生活經(jīng)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的生成，奠定計(jì)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(shí)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(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，計(jì)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(jì)算思維能力發(fā)展水平和圖形化編程學(xué)習(xí)時(shí)機(jī)，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(gè)體，遵循學(xué)生個(gè)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(shí)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(jì)算思維能力發(fā)展水平層級(jí)，可以對(duì)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行層級(jí)化預(yù)設(shè)，細(xì)化為三個(gè)層級(jí)，分別是入門(mén)級(jí)、進(jìn)階級(jí)和提高級(jí)等，不同層次的學(xué)生對(duì)接不同的目標(biāo)層級(jí)，以實(shí)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(gè)重點(diǎn)，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(duì)三個(gè)層級(jí)，對(duì)不同層次的學(xué)生制定以下目標(biāo)：1.入門(mén)級(jí)。入門(mén)級(jí)目標(biāo)在目標(biāo)層級(jí)中處于最低層級(jí)，是學(xué)生應(yīng)知應(yīng)會(huì)的內(nèi)容，也是針對(duì)學(xué)生群體提出的發(fā)展目標(biāo)。入門(mén)級(jí)目標(biāo)預(yù)設(shè)時(shí)，教師應(yīng)考慮學(xué)生群體，充分體現(xiàn)出基礎(chǔ)性。基于入門(mén)級(jí)目標(biāo)設(shè)計(jì)原則，角色造型繪制方面，學(xué)生通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，可以繪制出較為簡(jiǎn)單的三種“火柴人”；造型切換的方法方面，學(xué)生能夠簡(jiǎn)單地結(jié)合控件，讓角色得以疊加起來(lái)，從而賦予火柴人跳舞的效果。2.進(jìn)階級(jí)。進(jìn)階級(jí)是對(duì)入門(mén)級(jí)目標(biāo)的升級(jí)，需要教師根據(jù)大部分學(xué)生群體的學(xué)習(xí)需求和計(jì)算思維能力發(fā)展，在入門(mén)級(jí)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(mén)級(jí)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(jí)。提高級(jí)在目標(biāo)層級(jí)中處于最高層級(jí)，是針對(duì)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(gè)層級(jí)基礎(chǔ)上，造型要求提高到角色造型的連續(xù)性層級(jí)，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(dòng)畫(huà)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(jì)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(duì)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(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，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(shí)形成鮮明的類別，形成清晰的標(biāo)簽，讓學(xué)生知識(shí)體系更加完善，能夠更好地指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐?！盎鸩袢颂琛眻D形化編程，通過(guò)教學(xué)要實(shí)現(xiàn)火柴人跳舞。基于教學(xué)任務(wù)，教學(xué)內(nèi)容選擇與結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)如下：角色創(chuàng)建→跳舞效果→舞臺(tái)營(yíng)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(kù)→設(shè)定標(biāo)簽。通過(guò)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(jī)關(guān)聯(lián)起來(lái)，使新舊知識(shí)、不同的類別得以關(guān)聯(lián)起來(lái)，形成條理清晰的類別，無(wú)形中促進(jìn)學(xué)生計(jì)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(jì)還應(yīng)對(duì)接學(xué)生思維發(fā)展特點(diǎn)，一般從學(xué)生熟悉的內(nèi)容入手，如學(xué)生熟悉的計(jì)算機(jī)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(shì)，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(shí)抽象，幫助學(xué)生積極地調(diào)動(dòng)計(jì)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(chǎng)景，給學(xué)生創(chuàng)造實(shí)踐應(yīng)用的機(jī)會(huì)，在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化，讓計(jì)算思維轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生實(shí)踐技能。四、教學(xué)活動(dòng)：項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，指向問(wèn)題解決教學(xué)活動(dòng)是圖形化編程教學(xué)的重中之重，也是實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)知識(shí)向技能、學(xué)生計(jì)算思維能力發(fā)展的關(guān)鍵。如何確保教學(xué)活動(dòng)的有效性和有序性，教師應(yīng)借助合適的載體。項(xiàng)目教學(xué)是一種有效的方法，它以項(xiàng)目為抓手，在完成項(xiàng)目任務(wù)的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。1.實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)，指向問(wèn)題解決。項(xiàng)目活動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵從學(xué)生思維發(fā)展的過(guò)程，有序?qū)?xiàng)目進(jìn)行分解。項(xiàng)目任務(wù)分解還應(yīng)基于活動(dòng)總目標(biāo)的統(tǒng)攝，使總項(xiàng)目細(xì)化為結(jié)構(gòu)化的子項(xiàng)目，子項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)與圖形化編程教學(xué)知識(shí)點(diǎn)、學(xué)生計(jì)算思維能力發(fā)展高度對(duì)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(shí)別，選擇最有利于問(wèn)題解決的方法、策略和途徑。解決問(wèn)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(wèn)題條理清晰，層級(jí)鮮明，從而使學(xué)生通過(guò)模式識(shí)別活動(dòng)，邏輯思維能力得到較好的發(fā)展，方法策略意識(shí)更加強(qiáng)烈；根據(jù)流程圖，繼而進(jìn)行抽象思維活動(dòng)，將流程與編程模塊進(jìn)行有機(jī)的轉(zhuǎn)化與組合，再開(kāi)展腳本搭建活動(dòng)，最后在反復(fù)的調(diào)試過(guò)程中不斷完善程序，讓學(xué)生對(duì)各個(gè)模塊的的基本功能和作用等獲得深刻的理解；項(xiàng)目評(píng)估是提高項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)效應(yīng)的重要環(huán)節(jié)，評(píng)估環(huán)節(jié)應(yīng)發(fā)揮學(xué)生主體性作用，通過(guò)學(xué)生互動(dòng)，讓學(xué)生獲得交流與分享的機(jī)會(huì)，為共生資源的形成創(chuàng)造條件，使模塊功能從知識(shí)性向真實(shí)、有意義的應(yīng)用升級(jí)；遷移是項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)的最終落腳點(diǎn)，主要對(duì)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(shí)遷移與解決問(wèn)題的實(shí)踐鍛煉機(jī)會(huì)?！盎鸩袢颂琛弊裾丈鲜鲰?xiàng)目化教學(xué)活動(dòng)，以“火柴人跳舞”為總項(xiàng)目，再對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行分解，形成以下幾個(gè)子項(xiàng)目：角色造型設(shè)計(jì)。角色造型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將動(dòng)作的連貫性和合理性作為重點(diǎn)，既要使動(dòng)作做到連貫流程，又要對(duì)不合理的動(dòng)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(gè)造型”進(jìn)行不斷重復(fù)，使動(dòng)作生成動(dòng)畫(huà)效果?；谧禹?xiàng)目，學(xué)生再根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施的程序，設(shè)計(jì)流程圖，使解決問(wèn)題的思維形象的呈現(xiàn)出來(lái)，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(duì)動(dòng)畫(huà)效果進(jìn)行反復(fù)調(diào)試。展示環(huán)節(jié)，結(jié)合展示有機(jī)穿插項(xiàng)目評(píng)價(jià)，對(duì)項(xiàng)目?jī)?yōu)點(diǎn)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(dòng)作，引領(lǐng)學(xué)生計(jì)算思維不斷攀升，促進(jìn)學(xué)生計(jì)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(jì)算思維。在實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題過(guò)程中，教師應(yīng)基于學(xué)生計(jì)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(jì)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。“火柴人跳舞”在項(xiàng)目活動(dòng)中，主要給學(xué)生搭建了以下支架。（1）情境支架。根據(jù)項(xiàng)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(shí)，借助情境支架，讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容產(chǎn)生期待，也使學(xué)生既有的知識(shí)、生活經(jīng)驗(yàn)等得以有效地調(diào)動(dòng)起來(lái)。（2）知識(shí)支架。知識(shí)支架建構(gòu)時(shí)，教師應(yīng)借助計(jì)算思維的基本概念對(duì)編程中的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行解釋，包括運(yùn)用的功能模塊，基本語(yǔ)法等知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)功能模塊的深度了解，讓學(xué)生的編程知識(shí)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(shí)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(gè)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(huà)直觀地呈現(xiàn)思維，讓學(xué)生地解決項(xiàng)目的思路與框架等形成直觀的認(rèn)識(shí)。例如，指向問(wèn)題解決的項(xiàng)目流程設(shè)計(jì)，可以借助圖示化的方式讓流程和解決問(wèn)題的思路直觀呈現(xiàn)出來(lái)；信息化時(shí)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(lái)，從而引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)形成的過(guò)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?jì)算思維能力培養(yǎng)的圖形化編程教學(xué)的最終目的在于解決問(wèn)題，問(wèn)題的解決又需要切實(shí)可行的方法與策略。因此，教師應(yīng)在圖形化編程教學(xué)過(guò)程中給學(xué)生搭建策略支架。如猜測(cè)策略，在開(kāi)展項(xiàng)目活動(dòng)之前，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行猜測(cè)，并借助項(xiàng)目活動(dòng)去驗(yàn)證猜測(cè)。借助猜測(cè)策略，讓學(xué)生養(yǎng)成預(yù)測(cè)的習(xí)慣，增強(qiáng)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(shí)，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