范海明
【摘 要】通過學習編程來培養(yǎng)小學生的計算思維已經(jīng)越來越受到重視。筆者結(jié)合GoC編程工具的特點,以計算思維形成一般過程中的分解問題、模式識別、抽象概括、算法設計等四要素為導向,將計算思維培養(yǎng)融入任務驅(qū)動式教學中。本文以粵教B版六年級下冊信息技術第5課“筑長城”為例,闡述如何對小學GoC編程繪圖教學任務進行優(yōu)化設計,把教學任務分解成讓學生容易理解的子任務,層層迭代上升,從而優(yōu)化小學生的學習體驗,提升小學生的計算思維能力。
【關鍵詞】計算思維;任務驅(qū)動教學;小學生;GoC編程畫圖
任務驅(qū)動式教學是一種建立在建構(gòu)主義學習理論和教學理論基礎上,教師引導學生提出任務,學生以任務為導向,自主探究學習的教學方法。任務驅(qū)動式教學法是小學信息技術課中最常用的教學方法之一。任務驅(qū)動式教學法的核心內(nèi)容有:任務完成的主體是學生,知識和技能蘊含在一個個具體任務中,學生們通過分析、實踐等完成任務,從而實現(xiàn)知識建構(gòu)。
計算思維是學生信息技術學科的核心素養(yǎng)之一,是指個體運用計算機科學領域的思想方法,在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。目前學習計算機編程是培養(yǎng)學生計算思維的主要途徑。但在小學信息技術課的教學實踐中,往往存在關注編程工具的具體功能使用,缺乏計算思維滲透的方法;關注編程任務分析,缺乏指導學生建模的方法,從而弱化了計算思維訓練和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
任務驅(qū)動教學方案設計
計算思維包含四個核心要素,分別是分解問題、模式識別、抽象概括和算法設計。將計算思維的核心要素落實到具體的小學編程教學中,需要對任務驅(qū)動式教學進行計算思維“要素化”的設計。下面就以粵教B版六年級下冊信息技術第5課“筑長城”為例,運用GoC編程工具實現(xiàn)融入計算思維培養(yǎng)的任務驅(qū)動教學設計方案。教學對象是小學六年級的學生,這些學生之前已學過Scratch和諾寶編程,有一定編寫程序的知識基礎,具備一定的信息素養(yǎng)。
1.分解問題
將一個復雜的問題轉(zhuǎn)化成若干個子問題,可以降低解決問題的復雜度,使問題得到簡化,從而達到解決問題的目的。分解問題的核心就是將數(shù)據(jù)、流程或問題分解為更小且易于處理的幾個部分。如圖1所示的四個繪制圖形任務中,引導學生對圖形由易到難地進行觀察,發(fā)現(xiàn)圖形生成的規(guī)律,幫助學生根據(jù)任務由簡單到復雜進行推理和分析。
任務一圖形分解成6個一樣的“幾”;任務二圖形分解成7個一樣的“小山丘”;任務三圖形分解成6個大小一樣的正三角形;任務四圖形分解成12個大小一樣的五角星??梢钥闯觯蝿找坏饺蝿账姆纸獬鰜淼膱D形復雜度是層層遞進的,只要先繪制出這些分解出來的最小基本圖形,就可以通過程序指令生成相應的復雜圖形。
2.模式識別
模式識別是指對表征事物或現(xiàn)象的各種形式(數(shù)值、文字和邏輯關系)的信息進行處理和分析,以對事物或現(xiàn)象進行描述、辨認、分類和解釋的過程。觀察任務一到任務四的圖形代碼(圖2),每個任務都用到了循環(huán)模式,循環(huán)體里都是被分解出來的最簡單圖形代碼;被分解出來的基本圖形代碼從任務一到任務四出現(xiàn)了從簡單到復雜的趨勢。
如任務一旋轉(zhuǎn)的角度是90度,最后RT(180)是讓筆的方向回到初始角度,容易理解;任務二圖形下面加一條輔助直線,每個小山丘是一個等邊三角形,每個內(nèi)角是60度,外角是120度,就能理解程序開始是RT(30),到了頂點用RT(120),最后回到初始方向為LT(150);任務三圖形在任務二的基礎上知道畫三角形外角是RT(120),緊接著讓畫筆前進到畫下一個三角形的起點,并初始到合適的角度;任務四圖形在前三個任務的基礎上尋找規(guī)律,獲得正N邊形外角的公式360/N,從而得出旋轉(zhuǎn)角度是144度,前進到起點,畫筆方向轉(zhuǎn)到合適方向。由易到難,形成任務驅(qū)動的效果。
3.抽象概括
抽象是指抽取客觀事物的一般的、本質(zhì)的屬性的思維方法;概括是指把抽象出來的個別事物的本質(zhì)屬性連接起來,推及其他同類事物,從而歸結(jié)全類事物的共性的思維方法。抽象概括是指從具體的具有共性的事物中揭示其本質(zhì)意義的兩種思維活動。
通過對四個圖形任務的代碼模式識別,可以抽象概括出:(1)復雜圖形分解成基本圖形,基本圖形作為循環(huán)體,用循環(huán)模式解決問題,從而概括出了復雜問題簡單化、簡單問題自動化的思維模式原理。(2)理解初始化概念,在畫出第一個基本圖形后,都要確定好畫下一個圖形的初始位置和方向,這是解決問題的一個關鍵初始規(guī)律。(3)通過畫正三角形旋轉(zhuǎn)120度、畫正六邊形旋轉(zhuǎn)60度、畫正12邊形旋轉(zhuǎn)30度……抽象出畫正N邊形外角旋轉(zhuǎn)的角度公式為360/N。任務驅(qū)動,迭代上升,抽象概況能力得到提升。
4.算法設計
算法設計代表著采用系統(tǒng)的方法描述解決問題的策略。算法既可以用文字描述,也可以用流程圖進行描述。根據(jù)平時教學實踐,學生操作任務一時,往往會用到順序算法,教師可提出如果畫1000個“長城”基本圖形怎么辦呢,引出循環(huán)算法,修改變量,具體要畫多少個循環(huán)的基本圖形就設置循環(huán)多少次,由計算機自動執(zhí)行,理解自動化思維概念;任務三和任務四還可以引出循環(huán)的嵌套算法,初步體會模塊化抽象。任務驅(qū)動,通過一個個由簡單到復雜的任務構(gòu)造,不斷優(yōu)化算法,提升算法思維。
任務驅(qū)動教學的實施與反思
“筑長城”這節(jié)課是在學生學習了上一節(jié)課變量定義和賦值及運算符的使用基礎上,結(jié)合計算思維的四個核心要素,讓學生找規(guī)律,探索循環(huán)的秘密,要求學生會用for語句重復多次操作,同時掌握正多邊形旋轉(zhuǎn)角度的計算方法,靈活運用循環(huán)體中旋轉(zhuǎn)角度的命令改變圖形的形狀繪制創(chuàng)意圖形。因此,在本節(jié)課的教學過程中,教師采用基于任務驅(qū)動的教學方法,利用設計好的四個任務引導學生由易到難地學習通過GoC編程繪制不同的圖形,讓學生體驗到信息技術課堂中學習的建構(gòu)性特征,幫助學生形成計算思維。在這個過程中,學生體會到用GoC編程的樂趣,充分調(diào)動學生的學習興趣,激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維。
培養(yǎng)小學生的計算思維就是培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)和洞察事物背后規(guī)律及其相互聯(lián)系的能力,就是培養(yǎng)學生對問題進行解構(gòu)并且會歸納總結(jié)的能力,就是培養(yǎng)學生建構(gòu)模型并尋找易被計算機解決的方案的能力,這樣就能夠讓學生面對未知、模糊、復雜或開放的問題,知道從哪里開始、知道如何系統(tǒng)分析、知道用計算機解決問題的方法和步驟,提升學生解決問題的能力和自信心。因此,就信息技術課堂教學而言,培養(yǎng)學生的計算思維,就是教師要幫助學生搭建現(xiàn)實與用“計算機解決”之間的橋梁。
計算思維的培養(yǎng)是希望學生像專家那樣去思考利用信息技術解決問題的方法與過程。因而融入計算思維培養(yǎng)的任務驅(qū)動式教學不能局限于程序設計本身,還應體現(xiàn)在各種內(nèi)容的學習中,根據(jù)學生的自身問題開展教學,根據(jù)學情和問題分析設計任務,使教學更有效地激發(fā)與培養(yǎng)學生計算思維能力,引導學生理解與掌握利用信息技術解決問題的學科方法,從而提高解決問題的能力,發(fā)展學科素養(yǎng)。
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