编程教学中培养小学计算思维的实践研究

编程教学中培养小学计算思维的实践研究

高玲

合肥市师范附属小学 安徽 合肥 230091

摘要：计算思维与人们的日常生活及工作密切相关，是高度信息化社会中人人都应掌握的一种思维方式。我国制定的《普通信息技术课程标准(2017年版2020年修订)》也明确将计算思维列为信息技术学科四大核心素养之一。这么重要的思维能力当然应该从娃娃开始抓起。纵观整个小学信息技术学科教学内容，我们惊喜地发现：编程教学模块就是培养小学生计算思维的一块非常好的耕地。但是，在小学信息技术课堂的编程教学中，我们的部分老师并不注重学生计算思维的培养，只是简单的对软件知识和软件操作进行讲解，其教学方式死板枯燥，教学内容老生常谈。本文针对当前小学计算思维的培养现状，提出在提升教师队伍核心素养的前提下，对小学信息技术教学中所涉及到的所有编程教学内容进行有效统整，并设置分层式教学目标，采取有利于学生计算思维能力培养的教学策略和教学方法，将小学生计算思维的培养真实有效的落实在小学信息技术课堂上。以期为该领域的研究者及一线教师提供一些参考。

关键词：计算思维 ；小学信息技术 ；编程教学；核心素养

引言：随着信息时代的高速发展，计算思维作为一种科学思维，已与理论思维、实验思维一起构成了人类的三大思维。美国、英国、日本等发达国家都意识到了计算思维的重要性，把计算思维列入计算机课程改革的重点内容。我国制定的《普通信息技术课程标准(2017年版2020年修订)》也明确将计算思维列为信息技术学科四大核心素养之一。这么重要的思维技能培养，当然应该从小开始培养，纵观整个小学信息技术学科教学内容，我们惊喜地发现：程序设计是一个作品创作的过程，这个过程能够体现计算机学科思想与方法的运用，因此编程教学模块就是培养小学生计算思维的一块很好的耕地。但通过听课、研讨和座谈等，我们发现，我国现有的小学信息技术课堂，部分教师自己都没有弄明白“计算思维”是什么。当务之急是教师群体学习计算思维的内涵，提升教学素养，进而统整、优化和创新教学内容，设定分层教学目标，调整教学方法和策略，最终将计算思维的培养落实到编程课堂，并引导学生将计算思维应用到生活和学习的方方面面。

一、与时俱进，提升教学素养，教师学习计算思维的内涵

过去我们常说“给孩子一杯水，教师要有一桶水”，随着信息时代的到来，又有人提出“给孩子一杯水，教师要有一缸水”。目前看来，这远远跟不上时代的要求，尤其作为一线的信息学科教师，更需要让自己的这缸水变成活水，成为一条涓涓细流，不断的提高自己的知识储备，提升自身的素养。要想在小学编程教学中开展小学生计算思维培养的实践研究，首先自己要能弄明白何为计算思维？计算思维的内涵是什么？我们需要学习《普通信息技术课程标准(2017年版2020年修订)》，并在课程标准的指导下，查阅相关的国内外文献。确保自己有水，再给孩子输送。

计算思维（Computational Thinking）于2006年3月，由美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授首次提出。周教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。2009年7月，中科院计算技术研究所所长李国杰强调了计算思维的重要性，2010年7月，我国高校确定了计算机基础课程教学改革的核心为计算思维的培养，2015年，徐晓东学者提出在小学阶段教授计算思维，2017年，信息技术新课标将“计算思维”作为“核心素养”明确提出。《普通信息技术课程标准(2017年版2020年修订)》中指出:"计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法;在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动”。华东师范大学王荣良教授也阐述对计算思维的理解, 他提出计算思维是一种思维，而不是知识，计算思维教育的本质是思维教育，思维是一个过程，思维渗透于知识和方法之中，思维教育需要思维碰撞。

通过查阅了大量国内外关于计算思维内涵研究的文献，我觉得可以用简单通俗的语言概述如下：计算思维是一种思维，是将一个复杂的问题先拆分为多个简单的问题，通过观察数据的趋势和规律，找出各部分之间的异同，再从全局的角度看待问题，区分重要和不重要的信息，摒弃无关紧要的，建立系统中的一个模型，最后优化解决方案，并撰写解决步骤。

二、工欲利其事，必先利其器，统整教学内容

计算思维已经被公认为21世纪中叶人人都将必备，与听、说、读、写同等重要的基本技能之一。瑞士心理学家皮亚杰提出儿童认知发展的具体运算阶段（7至12岁），此时的儿童从表象性思维中挣脱出来，认知结构已经具备了抽象概念从而能够进行逻辑性推理。因此在小学阶段聚焦核心素养，培养学生的计算思维，并注重逻辑思维能力、问题拆解能力、专注力、想象力和表达力的培养，也是未来深化教育教学改革的重要组成部分。

在充分地考虑到小学生的心理特征的前提下，合理选取新的教学内容或统整现有的教学内容，创设生动有趣的教学氛围，真正实现寓教于乐，让孩子在学中做，做中学。既能让学生在编程的学习中体会到快乐，更重要的是落实计算思维能力的培养，使他们终生受益。

就我校涉及编程的教学模块梳理如下：信息技术课堂教学中的编程教学、校本创意编程课程和信息学科普日活动辅导。

我们使用的信息技术课本（安徽省教育科学研究院编著），涉及编程教学有两个单元，一是第四册第三单元“创意编程乐趣多”，使用的是Scratch软件，二是第七册第二单元“小小海龟起步走”，使用的是PCLogo语言。我校校本创意编程课程教学使用的也是Scratch语言，校本信息学编程竞赛辅导目前以C++语言为主。综上所述，我校编程教学涉及到三门语言： PC Logo语言、Scratch语言和C++高级编程语言。其中PC Logo 语言教学内容如图1所示。

图1 PC Logo 语言教学内容

PCLogo语言与作图息息相关，所以可以尝试从作图的角度，运用计算思维的方式，按照教学目标的螺旋式提升，将PC Logo语言的知识点统整为简单作图、彩色作图和调用过程作图。如图（图2）。

图2 PC Logo语言教学内容统整

Scratch语言主要是图形化编程教学，在这里，学生可以创造属于自己的动画、故事、音乐和游戏，这个过程其实就像搭积木一样。书本涉及Scratch语言的只有一个单元。其教学内容如下图（图3）

图3 Scratch语言教学内容

教材中Scratch语言，零起点，仔细分析每课的教学知识点，可以梳理如下：从最基本的软件界面开始、然后分析角色，简单的脚本编写，直至最后简单的交互编写。经过抽丝剥茧，从语言掌握角度，运用计算思维，可以将知识点统整为图4。

图4 Scratch语言教学内容统整

校本编程教学是基于信息技术课堂教学基础上，给有能力、有基础，有意向进一步提升的孩子，提供一个深化学习的机会。所以结合学生生活和学习感兴趣的领域，对校本创意编程课程和信息学科普日教学内容进行创新，如图5所示，既能让学生在学习体会到乐趣，又能让学生的计算思维能力得到进一步积淀和提升，并学会将计算思维应用到生活和学习的方方面面，最终达到核心素养的。

图5 校本创意编程课程和信息学科普日教学内容进行创新

三、有的放矢，根据学生基础，设置不同层次的教学目标，促进学生计算思维能力不同程度的提升

俗话说“跳一跳，摘桃子”。一定要确保课堂上每位孩子都能摘到属于自己的“桃子”。

在信息技术课堂教学中，我们面向的是全体学生，学生的计算机知识和操作能力都相差很多，面向能力水平参差不齐的学生，教学目标的设置一定要考虑不同的学生原有知识基础和智力水平，以及通过上课可能达到的高度。对此我们以教学班级为调查范围，制作出匿名调查问卷，并邀请学生完成，问卷内容主要是调查学生对计算思维的了解程度和对编程语言的接触程度，以及学生本身所具有的计算思维能力水平。教师再以问卷为主要依据，将学生层次划分为三大类：“完全不了解、初步了解、比较了解”。对于完全不了解的学生，教师在教学中要刻意强调和引导该类学生了解计算思维的概念，让他们知道计算思维是什么，掌握学习计算思维的意义；对于初步了解的学生，教师可引导其分析问题、发现问题、尝试运用计算思维解决问题，强化其上机实际操作；对于比较了解的学生，教师可引导其在完成课本任务的前提下，进一步去分析和发现问题，进行适当的拓展和创新，培养他们养成运用计算思维解决问题的习惯。努力让原本单一枯燥的信息课堂变成培养学生计算思维的快乐天地。

校本编程课程分为校本创意编程和校本信息学科普日辅导课程。校本创意编程课程学习的语言为Scratch，Scratch少儿编程语言是由麻省理工大学专门开发的可视化编程语言，这种可视化界面，让学生不再对“编程”望而生畏，入门比较容易。在我校校本创意编程课堂上，由于学生已经具备一定的编程能力和知识储备。教师主要发挥着引导者作用，努力给学生的计算思维提供发育的温床。在计算思维的培养目标上，主要侧重于培养学生有意识地主动运用计算思维去解决问题。校本信息学科普日的辅导的教学语言为C++，由于此项编程辅导课程是一项涉及到学生多项能力、有着一定挑战的学科，本项编程教学主旨是为有能力、并且也有兴趣的孩子提供进一步提升和发展的机会，面向的是数学基础扎实，喜欢逻辑思维，富有创造性，思维活跃，知识面广的教学对象。因此计算思维培养的目标设定，可以提升为：学生会主动运用计算思维解决问题，并能够将计算思维能力迁移到学习和生活中的方方面面。力图将重点着眼于学生核心素养的提升上，着眼于学生的终身发展上。

四、合适就是最好的，探索最适合培养学生计算思维的教学方法和教学策略

模块化编程教学与语言类编程教学有共同的地方，也有不同的地方，教学中所用的方法也因不同编程语言、不同的学段、不同能力水平的教学对象等因素而灵活应变。

信息技术课堂中Scratch语言教学中，面向全体学生，在分层教学目标的指导下，可以尝试小组合作模式。对于有基础有能力的学生，首先在完成课堂基本任务的前提下，引导他们适当进行拓展和创新，鼓励学生结合学习和生活实际，拓展思维，创作出有个性的作品，以此体现“人解决问题”的计算思维核心思想。例如，在学习《小猫拜访好朋友》一课时，当学生完成书本任务后，老师可以适当引导学生，书本情境的创设是在疫情发生之前，当前小猫这样没有做好任何防控措施，直接去拜访小狗对吗？我们是不是应该提醒小猫和小狗要自觉做好疫情防控呢？在现有程序基础上，你觉得应该如何去改编脚本呢？请大家尝试自己改编故事情节，看看谁设计的更合理。并以此为契机，激发他们的学习热情，培养他们的兴趣，俗话说“兴趣是最好的老师”，一旦学生对所学内容兴趣十足，相信他们的学习效果一定会事半功倍；其次，还要注重发挥他们在编程学习中的“排头雁”作用，任命他们为小组合作的小组长，对其他同学给予实时、有效的帮助和指导。对于基础薄弱的学生，可以在良好的学习氛围中，在小组长的带领下，基本完成课堂任务即可，从编程学习体验中获取初步的成功，找寻到快乐和自信。PCLogo编程语言的教学，考虑到其与scratch语言教学的相通性，可以采用与scratch教学中一些类似的教学方法和教学策略。例如，对于编程能力较强的学生，在学完“前进”、“后退”、“左转”、“右转”、“提笔”和“落笔”指令之后，可以引导学生将书本知识进行整合，创作一幅阳光下，五彩的大树、小树自由生长的画卷；考虑到其与scratch语言教学的差异性，还可以尝试与绘画课程整合，引导学生进行图形分析和设计，偏重于练习法，再进行指令的编写；

校本创意编程课教学中，学生拥有一定的编程能力和知识储备，可以尝试创设与生活、学习相关的故事情境、游戏情境等，比如：欢庆新年、快乐六一、疫情防控宣传等主题。教学策略上可以采用课堂讨论法，引导学生开展第一轮讨论，制定方案、绘制思维导图，按图纸编写程序代码，再进行第二轮讨论，确定最后脚本代码的编写与优化。校本信息学科普日辅导教学中，可以尝试采用启发法、实验法等，引导学生绘制图形化流程，寻求解决问题的不同途径，或者采用探讨法探讨出最优方案，让学生的计算思维能力得到螺旋式发展和提升。与传统的编程教学相比，教学策略的调整也从注重编程知识的讲解转化为注重学生计算思维的培养。

总之，在小学阶段培养学生的计算思维，并注重逻辑思维能力、问题拆解能力、专注力、想象力和表达力的培养，也是未来深化教育教学改革的重要组成部分。在以后的编程教学实践中，我一定聚焦核心素养，践行“以生为本”理念，坚持以学生的计算思维培养为目标，不忘初心，且行且思，且思且行。

参考文献：

[1]侯慧玲,王新龙,李学斌.高中信息技术课程教学中计算思维的培养[J].长治学院学报,2011年

[2]杨元凤.基于计算思维的项目教学法在VB课程中的研究与实践[J].科教导刊,2018年.

[4]邵胜峰.信息技术教学中小学生计算思维能力的培养[J].基础教育研究，2020,(2):58-59

[5]于斌岩,张兰芳.信息技术编程教学中学生计算思维的培养[J].科学大众,2021,(1):24-25

[7]培养计算思维的小学编程校本教材开发与应用——以应用Scratch创作“迷宫大战”为例[J]. 章伟.  中小学数字化教学. 2018(03)

[8]陈雪明.基于信息素养优化小学信息技术课程教学策略[J].小学生, 2018, (02) :61.

作者简介：高玲（1981.6—），女，汉族，安徽六安人，本科，中小学一级教师，研究方向：中小学信息技术教育教学。

基金课题：本文系2021年度合肥市教育科学规划立项课题“编程教学中培养小学生计算思维的实践研究”（项目编号：HJG21064）阶段性研究成果之一

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