在创意设计课中培养学生的计算思维能力

王利平

摘要：《浙江省义务教育信息技术课程标准》（征求意见稿）指出：小学阶段的学生会对生活中的实例问题化，形成质疑的问题意识和计算思维意识，同时指出计算思维是信息技术学科核心素养的一个重要方面。因此，本文提出在小學阶段开设创意设计课，从选择平台入手开展创意设计，运用“情境创设—任务分析—画流程图—搭建程序—反复调试—迁移应用”的教学模式开展课堂教学，并进行多元评价，从而有效提升学生的计算思维能力。

关键词：创意设计；培养；信息技术；计算思维

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）17-0042-04

《浙江省义务教育信息技术课程标准》（征求意见稿）指出：通过信息技术课程学习使学生掌握必备的信息技术基础知识和基本技能，发展学生初步的计算思维，提升学生的信息素养，促进学生在情感、态度与价值观等方面的发展，为学生未来生活、工作和学习奠定基础。计算思维是种学科思维方式，在利用信息技术解决问题的过程中，使学生具备应用基本概念和方法设计系统、完成任务过程的思维与方法，其核心是算法思维。其中，要求小学阶段（三至六年级）的学生知道解决问题的各个步骤和问题解决过程中需注意的环节。

为了初步培养学生的计算思维，笔者所在学校开设了创意设计课。创意设计课是基于STEM的教育理念，将多学科的基础知识整合在若干教学项目中，在课堂中进行系统的情境教学，并借助平台，通过有创意的设计、采取各种有效的方法或策略，培养学生创新能力、思维能力的课程。该课程利用形象、直观的积木式编程环境，创建交互式故事、动画、游戏、音乐等丰富的程序作品，非常适合小学生学习，并且具有面向对象程序设计特性，是学生学习和感受计算机编程、培养计算思维的理想载体。

笔者在创意设计课上，指导学生选用平台创作自己的游戏、动画或故事，用工具表达自己的创意，在创作过程中遇到问题时，自己分析问题，解决问题，并通过不断地测试、调试，最终实现自己的想法。在这一过程中，不断激发他们的学习动机和创作灵感，培养计算思维，具体过程可以从以下四个方面进行阐述。

● 选择平台，搭建“计算思维”的舞台

目前，创意设计课的实施平台有很多，如Logo、Scratch、Arduino、树莓派、Intel Edison等，这些平台有以下几个特点：①图形化编程界面；②积木式的指令简单易懂；③有多样的控制器和传感器等。在这些平台下进行编程学习是培养学生计算思维的有效途径。

刚担任信息技术教师时，笔者选择的程序平台就是Logo语言。Logo语言是一种与自然语言非常接近的编程语言，对小学生来说，“海龟画图”远比“枯燥的代码”更能激发他们学习的兴趣。打开小海龟，通过输入一些命令使它形成各种图形和图案，学生的兴趣很大，当时笔者还没有想到计算思维，只知道通过分析、编写、修改、完善后对学生的分析能力、思维能力和创新能力都很有好处，而且嘉兴市小学信息学竞赛也把这作为一个程序模块进行比赛，所以一直坚持做，也培养了很多学生的编程兴趣。

前段时间，笔者在教学Arduino创意设计《点亮一盏灯》一课时，将Arduino主控器与Mixly图形化编程软件结合，让学生以点亮一盏灯为主线，通过赏、探、秀、促四个环节，运用任务驱动和小组合作的教学方法，经历探究、交流、实践和拓展的过程。这样，学生的知识和技能得到了提升，实现了将技术应用于教学，把创意转变为现实，同时，也让学生的想象落地生根，培养了他们的计算思维能力。

● 创意设计，培育“计算思维”的土壤

在几年的教学实践中，笔者觉得创意设计是关键，它好比是土壤，土壤好不好，直接影响到秧苗的成长。

2016年10月，笔者有幸参加了全国第五届高中信息技术优质课观摩活动，在活动结束前省教研员魏老师问了一个问题：“你觉得高中和小学的课有什么区别？”当时，笔者想了一下说道：“高中的课没有小学的生动，但是内容挖掘得比小学的深。”其实还有一句笔者没有说：“有创意的课人气爆满，传统的课太冷清。”

为什么这么说？一个好的、有创意的题目，就会吸引很多人的眼球，想知道接下来的内容是什么。这就要求教师精心设计，题目要有创意，内容的选择要有创意，情境的创设要有创意，任务的呈现也要有创意，只有这样，才能吸引学生的注意力，激发他们的兴趣。

例如，在《点亮一盏灯》一课“赏”这一环节，笔者向学生展示以Arduino制作的小灯和红绿灯，学生感到非常奇特，一下子吸引了他们的注意力，激发了他们的想象力，引发了学习的欲望，为后面“探”的环节打下基础（学生用新学技能方法进行操作，在完成模仿教师范例的基础任务后，完成亮灯过程）。学生通过分组合作、头脑风暴、小组设计任务项目、修改参数、增添命令等方式实现个性化（定时灯、延时灯、多灯亮等）的亮灯效果，共同完成创意。

这些图形化编程技术，让学生在思维的碰撞中感受技术的神奇力量，感悟创新的思想，并在突破难点的过程中逐步形成解决问题的思维方式和学科方法，使其创新思想和创造能力得以发展。

● 创意课堂，促进“计算思维”的发展

2012年，美国麻省理工学院媒体实验室开发了一个计算思维的三维框架：计算概念、计算实践和计算观念。创设情境和任务分析是指编程时所使用的概念，属于计算概念；画流程图、搭建程序、反复调试、迁移应用是编程中所发生的实践，属于计算实践；而整个大的流程是有关学生身边世界和他们的观念，属于计算观念。笔者通过实践归纳了一种创意设计课教学模式：情境创设—任务分析—画流程图—搭建程序—反复调试—迁移应用，并把它称为启发式的创意设计课堂，下面以《初识Scratch》一课为例，为大家说明。

1.情境创设

教材中往往只提供一个内容，要激发学生的学习兴趣，教师就必须要根据学生的年龄特点去创设一个情境，以情境去激发学生的探究热情。endprint

2.任务分析

在物理搭建的过程中，需要哪些硬件；在程序的编写过程中，涉及到几个角色，每个角色有哪些动作需要学生全面地进行分析，这一过程可以培养学生的抽象能力、分析能力。

（1）整体—局部—整体

这种方式是笔者从2016年浙江省中小学疑难问题培训评课中得到的启发，通过实践后发现，这种教学方法在教学过程中能够激发学生的创新能力和计算思维能力，让学生从整体去分析程序，初步感知后再进行局部教学，学习各种相关的脚本，再通过练习来巩固，最后完成一个整体任务，提升学生对知识的掌握度。《初识Scratch》一课主要是让学生完成“角色动起来—直线走—转弯走—自由走”四个任务，教师先给出一张图片（如图1），让学生分析小猫从红旗处到小兔家要经历哪些步骤。在解决这一问题的过程中将角色动起来、直线走、转弯走三个内容逐个解决，最终通过一个自由走来进行巩固。通过整体—局部—整体的任务分析方法来解决本节课的教学。

（2）局部—整体（化整为零，化难为易）

这种方式也是笔者常用的方法，先解决局部问题，再组合各局部的解决方法，从而形成最终解决问题的方法。在教学中，教师引导学生先解决局部问题，层层深入、循序渐进地进行，最后完成一个完整的任务。学生在“局部—整体”的过程中将问题逐一解决，更能体会到计算思维的妙处。例如，在教学《初识Scratch》一课时，笔者创设了几个故事情境，每一个故事情境对应一个教学内容，通过情境一：自学书本第21、22页的内容，为小猫编写脚本，尝试让小猫动起来；情境二：尝试编写脚本，运行一次，让小猫就能吃到鱼，解决直线走的教学（如图2）；情境三：用小猫回家的故事情境，解决小猫转弯的教学（如图3）；情境四：森林探险，发挥学生的想象能力，思考小猫在森林里会发生什么样的故事。实现自由走这一练习（如图4）。

3.画流程图

笔者对角色分析后，让学生在纸上画图，使他们思路更加清晰，再让学生用自然语言、图形化的流程图、程序语言来进行描述，这对学生的计算思维能力培养有着极大的好处。当然，在这一环节中学生的程序实现的多样性，更能体现出学生的创新能力。在画流程图的过程中，学生经历了计算思维中的分解、抽象、概括、模块化等过程，在多个水平上使用抽象和模块化，从理解问题并形成想法开始，再把想法转换成一个个角色、脚本和自定义模块，这是所有设计和问题解决的重要实践。

4.搭建程序

流程图画好后，学生可以根据流程图来进行程序的搭建和编写程序。这是一个递增和重复的过程，让学生懂得设计一个作品不是一个直接的过程：先明确作品的概念，再提出设计计划，最后用代码实现设计。

5.反复调试

对搭建完成的程序进行调试，在调试的过程中不断发现问题、解决问题。这是测试和调试实践，通过不断的测试、修正、再调试、再修正，有助于学生掌握预测、修正问题的方法，找到成功有效的脚本示例，来解决问题。

6.迁移应用

学生有很多新的想法和创意，在知识迁移应用的过程中，他们的综合能力得到极大提高。这是一个再利用再创作的实践，思维方式的不同，编程的过程也不同，这就需要建立在他人成果之上的编程实践，独立创作出更加复杂的作品。

● 多元评价，提升“计算思维”的品质

多元评价能帮助学生树立信心，可以引领学生对计算思维价值的认同。

创意设计课，对学生的作品评价直接关系到对学生的创意设计的认可。在教学过程中，笔者采用了课堂展示评价和利用平台展示评价两种主要形式。

课堂展示评价：教师在课堂上展示学生的作品，通过创作者说—学生互评—教师点评，在交流分享中，促进学生的自我反思，不斷提升学生的思维。

利用平台展示：先进的教学平台的支撑，为在线交流、共享提供了很好的条件。为此，教师要积极利用现有资源建立在线教学平台，在活动的每一个环节，都可以提交作品到平台上，一方面教师可以跟进各小组的学习情况，另一方面学生可以相互学习，互相提高。

虽然创意设计课不是培养学生计算思维的唯一途径，但在教学中，如果教师能唤醒意识、创设环境、有效引领，让学生在自由、开放、互动的环境中积极能动地进行目标性探究：生成一个主题，让学生去探究；形成一个冲突，让学生去讨论；凭借一个条件，让学生去锻炼；拓展一个空间，让学生去想象；利用一个权力，让学生去选择，那么，学生在创意设计课中，一定能够理解计算思维的本质和内涵，为其终身发展打下基础。

参考文献：

[1]Wing，J.M.（2006）Computational thinking[J].Communications of the ACM，49：33-35.

[2]李廉.计算思维——概念与挑战[J].中国大学教学，2012（1）.

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[4]陈卫军.基于计算思维的Scratch游戏化教学模式研究[J].中小学信息技术教育，2016（8）：72-73.

[5]臧劲松.培养学生计算思维的程序设计课程教学[J].计算机教育，2012（1）：78-80.endprint