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在編程教學(xué)中融合計(jì)算思維能力的培養(yǎng)

2020-11-09 04:02鄭爽魏加猛
中小學(xué)信息技術(shù)教育 2020年10期
關(guān)鍵詞:腳本故事情節(jié)城堡

鄭爽 魏加猛

計(jì)算思維是信息技術(shù)四大核心素養(yǎng)之一,培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要性不言而喻,計(jì)算思維的培養(yǎng)對(duì)學(xué)生今后發(fā)展較為重要,而且培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力是解決信息科技中所遇到難題的必備素質(zhì)。具備計(jì)算思維能力,是面臨各項(xiàng)挑戰(zhàn)的基礎(chǔ),是學(xué)生組織能力、邏輯思維能力、問(wèn)題分析與解決能力的重要前提,而編程軟件的學(xué)習(xí)能夠有效促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

計(jì)算思維與Scratch

1.計(jì)算思維

2006年周以真教授在雜志上第一次提出“計(jì)算思維”的概念。2017年《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中,對(duì)計(jì)算思維的概念界定是,計(jì)算思維是個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法,在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列的思維活動(dòng)。根據(jù)以上國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)計(jì)算思維的不同理解,本文對(duì)計(jì)算思維的解讀是:具備計(jì)算思維能夠解決生活、學(xué)習(xí)中的問(wèn)題,當(dāng)遇到問(wèn)題后,能夠?qū)?wèn)題進(jìn)行界定、分析,并且學(xué)會(huì)合理分析和解決問(wèn)題。

Seymour Papert在20世紀(jì)80年代提出訓(xùn)練兒童思維,這實(shí)質(zhì)上是訓(xùn)練兒童的計(jì)算思維能力;有些國(guó)家或地區(qū)采用軟件、程序設(shè)計(jì)的形式培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力,比如教育活動(dòng)CS50課程、“編程一小時(shí)”等[1];美國(guó)普渡大學(xué)教師講授Python,通過(guò)編程概念訓(xùn)練計(jì)算思維能力[2];Angeli等人提出了小學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的課程框架,主要由抽象、一般化、分解、算法及調(diào)試五個(gè)部分組成,并分為三個(gè)等級(jí)。近幾年來(lái),計(jì)算思維發(fā)展迅速,各個(gè)國(guó)家對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力都很重視。

2.Scratch與計(jì)算思維的聯(lián)系

Scratch作品的制作不是一蹴而就的,而是在探索與實(shí)踐中不斷地完善與修改,作品最終的完成與學(xué)生的計(jì)算思維能力具有密不可分的關(guān)系。第一,Scratch的學(xué)習(xí)能夠體現(xiàn)學(xué)生對(duì)于腳本設(shè)計(jì)的邏輯思維能力。作品創(chuàng)作過(guò)程中,學(xué)生根據(jù)不同的主題搭建不同的效果,選擇不同的角色,添加相應(yīng)的腳本,腦海中明晰設(shè)置角色及拖動(dòng)腳本的先后順序。第二,Scratch的學(xué)習(xí)能夠體現(xiàn)學(xué)生對(duì)于問(wèn)題的分析能力。不同的學(xué)生在創(chuàng)作過(guò)程中會(huì)遇到不同的問(wèn)題,此時(shí)分析、解決問(wèn)題的能力顯得尤為關(guān)鍵,而Scratch的學(xué)習(xí)有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力。第三,Scratch的學(xué)習(xí)能夠體現(xiàn)學(xué)生對(duì)于程序的不斷優(yōu)化處理能力。當(dāng)完成作品后,會(huì)出現(xiàn)執(zhí)行的效果與預(yù)想的效果不同,需要學(xué)生修改腳本參數(shù)以達(dá)到理想效果。

培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)實(shí)踐

本文教學(xué)實(shí)踐的理論基礎(chǔ)是基于PDCA循環(huán)理論,它最早由美國(guó)著名“統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制之父”休哈特首先提出,并由戴明博士完善、宣傳普及,也正因如此PDCA又被稱為“戴明循環(huán)”。

P(Plan),指的是計(jì)劃,是實(shí)施一系列行動(dòng)的基礎(chǔ)。D(Do),指的是實(shí)施,是任務(wù)完成的核心。C(Check),指的是檢查,通過(guò)多元檢查不斷地完善作品。A(Action),指的是總結(jié)處理,是思維能力的進(jìn)一步升華。

Scratch編程進(jìn)入課堂,如何發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)是值得思考的問(wèn)題,通過(guò)閱讀文獻(xiàn)及教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),將一個(gè)個(gè)小的案例以項(xiàng)目的形式呈現(xiàn),結(jié)合PDCA循環(huán)理論更能有效發(fā)揮學(xué)生自主探究的欲望。本文的教學(xué)以“畫城堡”為例。

1.Plan計(jì)劃階段

明確目標(biāo),借助故事情節(jié),腦海中形成任務(wù)邏輯體系。計(jì)劃階段學(xué)生需明確本節(jié)課的任務(wù)是畫城堡,學(xué)生能夠在腦海中形成故事情節(jié),畫城堡的先后順序。如城堡是由大三角形、小三角形、長(zhǎng)方形、正方形和門組成,定義好單個(gè)圖形之后,城堡是從左往右依次畫出。計(jì)劃階段,學(xué)生的腦海中應(yīng)理清思路,明白先后順序,形成任務(wù)的邏輯體系。

以故事情節(jié)展開不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、克服學(xué)生心中的抵觸情緒,還能讓學(xué)生懂得做事的先后順序,具有一定的邏輯性,同時(shí)鍛煉其思考與想象的能力。當(dāng)學(xué)生腦海中形成故事情節(jié)后,會(huì)懂得背景的設(shè)置、角色的添加,讓角色根據(jù)故事情節(jié)運(yùn)動(dòng),以達(dá)到預(yù)設(shè)的效果。

2.Do實(shí)施階段

以故事為抓手,定義圖形。根據(jù)以上的故事情節(jié),學(xué)生首先定義單個(gè)圖形。以定義小三角形為例,點(diǎn)選更多積木模塊中的制作新的積木,輸入小三角形。輸入小三角形時(shí),學(xué)生要明確移動(dòng)的步數(shù)、重復(fù)的次數(shù)、旋轉(zhuǎn)的角度,學(xué)生能夠很快確定步數(shù)和重復(fù)的次數(shù),但是學(xué)生認(rèn)為旋轉(zhuǎn)的角度存在一定難度,教師用旋轉(zhuǎn)公式360/n進(jìn)行引導(dǎo)。

腳本搭建,提升分析與操作能力。圖形定義完成之后,學(xué)生需再次對(duì)效果圖進(jìn)行分析,明確每個(gè)圖形的大小以及移動(dòng)的方向、順序。畫城堡腳本的搭建存在三個(gè)難點(diǎn),學(xué)生需通過(guò)分析、思考完成作品。第一個(gè)難點(diǎn)是當(dāng)畫好單個(gè)城堡后為什么移動(dòng)60步?當(dāng)中間圖形畫好后為什么要移動(dòng)180步?城堡中間的大門如何畫?學(xué)生需要不斷思考最后畫出預(yù)設(shè)的效果。

實(shí)施階段是將計(jì)劃付諸實(shí)踐,學(xué)生操作的過(guò)程中會(huì)遇到多種問(wèn)題,而問(wèn)題如何解決是關(guān)鍵,實(shí)施階段的設(shè)計(jì)意圖是讓學(xué)生根據(jù)故事情節(jié)中的目標(biāo),探索完成任務(wù),當(dāng)遇到瓶頸時(shí),分析對(duì)策直到問(wèn)題解決。本環(huán)節(jié)是計(jì)算思維提升的關(guān)鍵,當(dāng)遇到問(wèn)題后,學(xué)生要具有獨(dú)立分析的意識(shí),通過(guò)對(duì)問(wèn)題的探索、分析并解決,以達(dá)到提升學(xué)生計(jì)算思維的目的。

3.Check檢查階段

自我檢查,分享作品,檢索思維邏輯關(guān)系。自我檢查包括學(xué)生現(xiàn)有的作品和之前預(yù)想的作品是否一致。通過(guò)運(yùn)行腳本,學(xué)生發(fā)現(xiàn)中間的圖形嵌套在左邊的小城堡中,此時(shí)學(xué)生需要分析兩個(gè)點(diǎn),城堡的順序和城堡移動(dòng)的步數(shù)。當(dāng)出現(xiàn)嵌套時(shí),說(shuō)明缺少移動(dòng)的步數(shù),那么該具體移動(dòng)多少步,學(xué)生分析思考,教師進(jìn)一步引導(dǎo)。

自我檢查是檢驗(yàn)成果的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生運(yùn)行腳本并審視作品,自我檢查過(guò)程中,學(xué)生要具有思維的廣度與深度,廣度指的是可以采用多種思路獲取解決問(wèn)題的答案;深度指的是對(duì)問(wèn)題的解析要透徹,將抽象問(wèn)題具體化,從而逐漸培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。計(jì)算思維的培養(yǎng)是學(xué)生自我思考的過(guò)程,應(yīng)給學(xué)生充分的時(shí)間思考與實(shí)踐。

同伴檢查、互動(dòng)試玩,分享成果。同伴檢查主要包含兩個(gè)方面,第一,城堡是否完成,是否所有的細(xì)節(jié)都達(dá)到理想狀態(tài);第二,城堡是否出現(xiàn)嵌套現(xiàn)象。

同伴檢查環(huán)節(jié)主要目的是將自己操作過(guò)程中遇到的問(wèn)題和同伴分享,通過(guò)分享的過(guò)程加深對(duì)問(wèn)題的理解,雙方交流、探討遇到的問(wèn)題以及解決措施。本環(huán)節(jié)不僅能夠促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展、加深學(xué)生對(duì)于問(wèn)題的理解,還能夠讓學(xué)生學(xué)會(huì)交流與分享成果,提高學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力,并反思自己作品中的優(yōu)點(diǎn)與不足,思維得到進(jìn)一步的延伸。

4.Action總結(jié)處理階段

總結(jié)收獲,反思作品,啟發(fā)創(chuàng)新,思維不斷升華。本環(huán)節(jié)主要是學(xué)生對(duì)自己作品的反思。在腳本搭建的過(guò)程中,學(xué)生清楚畫城堡的順序是從左往右,最后畫出城堡的門,但是出現(xiàn)左邊和中間部分嵌套現(xiàn)象,學(xué)生思考出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因以及解決辦法,避免再次犯同樣的錯(cuò)誤。

本環(huán)節(jié)主要包括教師的總結(jié)和學(xué)生自我總結(jié),教師總結(jié)知識(shí)點(diǎn)能夠讓學(xué)生快速知道本節(jié)課的重點(diǎn)與難點(diǎn)內(nèi)容。學(xué)生總結(jié)包括對(duì)所遇問(wèn)題以及解決措施的總結(jié),總結(jié)自己的思考,啟發(fā)學(xué)生應(yīng)具有創(chuàng)新意識(shí)。總結(jié)處理階段是知識(shí)的升華,通過(guò)反思自身的作品與向優(yōu)秀的作品學(xué)習(xí),能夠拓寬知識(shí)的廣度與深度,懂得思考、分析,促進(jìn)思維不斷發(fā)展。

國(guó)內(nèi)外研究表明,培養(yǎng)計(jì)算思維最有效的途徑是學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言,不同年齡階段學(xué)習(xí)不同的程序語(yǔ)言,編程的難易程度各有不同。小學(xué)階段主要通過(guò)學(xué)習(xí)Scratch語(yǔ)言培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維,主要采用積木式的程序模塊,大大降低程序的復(fù)雜程度。本文運(yùn)用PDCA循環(huán)理論結(jié)合具體的案例設(shè)計(jì)教學(xué),鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維能力,同時(shí)對(duì)培養(yǎng)小學(xué)生思考力及創(chuàng)新力也具有一定的意義。

參考文獻(xiàn)

史文崇. 全球計(jì)算思維研究與實(shí)踐綜述[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2018,54(4): 31-35.

Hambrusch S, Hoffmann C,KorbJT,et al.TeachingComputational Thinking to science majors[J]. SIGCSE,2009(10):220-225.

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