基于计算思维的编程教学研究

韩芳芳

美国计算机科学教师协会在《K—12计算机科学标准》中将编程教育的内涵界定为2个层次：培养计算思维，计算实践和编程。编程教育的外延则是培养学生的问题解决能力、批判思维能力，并最终上升到创造性的培养（图1）^[1]。基于屏幕的编程被认为是实施计算思维教育最有效的培养活动之一。目前小学编程教育以积木化编程为主，搭积木式的积木化编程能让编程可视化，学生易于理解和操作，对于孩子创造能力和计算思维起到了促进作用。

目前编程教育的形式及困境

据区级教研调查问卷数据表明，针对问题“你认为编程课堂教学时学生最大的问题是什么”，80%的教师认为是“学生缺乏创新”。当前，很多教师提出了以提高学生的计算思维能力为目的的课堂教学模式。这些模式基本上可以总结为案例研习一模仿设计一自由创作。以范例中重要的操作点为核心，教会学生新知识而让学生模仿设计整个案例，再进行自由创作。

学生在模仿他人的编程作品过程中学习利用编程解决问题的独特思路与方法，是培养学生计算思维的有效策略。但在实际教学中，受到课时时长及教学案例的限制，学生学完案例后缺乏创新时间，又因缺少教师的有效指导而受限于一定的思维定式，很难达到培养学生创造性的目标。三四年级学生需要更多编程创作素材作支撑，如卡通形象、背景图片、配乐等。

基于计算参与的课堂教学

让学生提高问题解决能力和创新能力的编程课到底是什么样子呢？理想的编程教育课堂至少需要2个阶段：基于计算思维能力课堂;基于计算参与的再创作。

计算思维引领的基础性课堂，扎实推进

进入情境，体验实例基于实践案例的编程教育课堂是目前比较流行的编程教育方法。其优势在于学生的目标明确，教师课堂比较容易把控，而缺点在于因为学生能力差异较大，学生课堂创作结果参差不齐。这需要教师在课前作好充分的学情调研，设计适合学生能力目标发展的实例，让能力较好的学生顺利摘到果子，同时也让能力稍弱的学生跳一跳摘到果子。

实例分解，借助支架计算思维能力的提升非常注重问题的提出与解決。脚手架为学生解决问题提供了有力的支撑。教师可采用微课、word文档及图片实例的操作说明等提供脚手架。在实例分解中可以采用流程图等方式帮助学生具象地分析问题并进行问题的提出与解决。

明确流程，着手创作解决问题尤为重要。教师要为学生创作提供相对宽松的环境，小组合作或个人独立创作均可。教师根据学生的水平实时提供脚手架引导与直接沟通。

实例完成，巩固理解实例制作完成（有时考虑到课堂时限，教师会提供半成品给学生），教师选择合适的作品进行实时评价与奖励，同时根据作品创作流程讲解知识点，让学生巩固课堂学习。

计算参与为基础的二次创作课堂，提高创新性

头脑风暴，创意引导，促进学生合理想象和延展思路 在前一阶段学生的实例模拟完成以后，教师的适时引导会加速学生创意运转。可以借鉴头脑风暴和小组研讨等形式，还可以利用思维导图，让学生的思维可视化。思路的拓展要关注学生的能力层次，比如：能力稍弱的学生适合发散性思维的引导，可以利用角色替代或者场景拓展的思路进行创新;能力较强的学生适合对程序进行更深入的研究和二次开发。

二次脚手架作创意支持，助力学生撑杆跳 学生通过头脑风暴确定创作方向进行创作。这个过程涉及到了编程教育中的计算实践与编程，对于学生来说是一个综合性学习与知识深度加工的阶段。教师设置的脚手架支持应包括相关的技能操作视频、类别小游戏实例和小程序涉及到的音效及图片等。

从作品分享到创意作品建档跟踪，实现真正的“计算参与” 学生把再加工的小程序上传至网络社区，实现分享的同时进行社会性思路链接。接收网络社区提供的建议并主动进行作品的再加工创作。同时鼓励学生对其他同学的作品进行具有个人思路的再加工创作。借助网络社区通过作品的动态发展记录个人的编程学习历程。现在，很多编程社区已经非常成熟，教师在后台可以适时跟踪到学生的作品情况，并给予适当的建议和鼓励。

基于计算参与的“编程猫”课堂实例说明

积木化编程工具种类繁多，如Scratch、编程猫、APP Inventor等。其中编程猫kitten积木脚本功能丰富、创作素材形象生动、内容多样，能够适配Arduino、WeeeMake等硬件设备，更适用于学习入门编程的学生使用。此外，编程猫的信息化编程教育平台便于教师对学生创作情况进行实时跟踪，提升编程教学效果。

以克隆技能教学“躲避飞镖”为例，飞镖从天上不断掉落（不断掉落的飞镖运用了克隆技术），人物在屏幕下方不停左右奔跑躲避飞镖，鼠标点击人物，人物可以转换方向。其技能目标是克隆操作和坐标学习。

学生分享作品，教师组织头脑风暴

在第1阶段实例作品制作完成后，大部分学生能够把躲避飞镖小游戏制作出来，甚至部分学生制作了得分及生命值的创意功能。教师组织学生分享作品，从学生作品中发现创新点，用于启发学生思路，并组织学生进行头脑风暴。教师可用这如下4种方法引导学生创新。

变一变——变内容，利用原来的角色加入新的处理方法。飞镖除了从天上不停地出现并掉落，还可以从哪里出现？学生在课堂中能发散出很多方向，比如从左边飞出来、从右边飞出来等。因为飞镖的掉落与出现的方向涉及到坐标的应用。方向的不同能让学生加深对坐标概念的理解，实现知识的深度理解和加工。

加一加——加角色，编程中加入新的角色丰富程序内

容。除了在屏幕下方不停地跑动、点击鼠标改变方向的方式外，还有没有其他方式躲避飞镖？学生经过头脑风暴，讨论出很多方式：用上下左右键或其他键控制人物、距离侦测等，学生在思考的过程中自然而然地提升了计算思维能力。

转一转——转主题，由这个主题拓展联想到其他的主题。飞镖掉落，人物一定要躲避飞镖吗？有没有其他的对抗方式？在教师的适当引导下，学生会给出很多答案：人物可以跳起来用手接住飞镖;飞镖碰到人以后，人物会流血，还会大喊同伴来帮忙;人物有神功护体，会自己发出保护罩……

换一换——换角色，用其他的角色替代更新成新的程序。除了人物和飞镖外，能否从其他方面增加趣味性，比如通过设置时间和生命值让小程序更加饱满等。

以上思路引导皆基于已完成的实践案例。除围绕案例本身发散思路外，教师还可以从小游戏的性质出发进行思路引导：①躲避小游戏除了飞镖外还可以是什么？学生立刻想到躲避炸弹、战斗机，进而联想到飞机大战游戏。②游戏原理有没有可能从躲避变成接收？学生还想到小猴子接苹果、接桃子、接糖果等。③躲避和接收能否结合在一起？学生头脑风暴，想到在游戏中整合躲避和接收，在接收苹果的时候躲开烂苹果，在接收糖果的时候躲开空盒子等。

学生作品再创作，教师搭建脚手架

针对“躲避飞镖”案例，教师为学生准备了微课“坐标知识详解”“变量的设置”“编程猫小游戏如何使用倒计时”，以及实例“接苹果”“飞机大战”。

学生作品上传网络建档，教师跟踪适时指导

学生将作品上传至编程猫信息化编程教学平台未来教室，教师能清晰地看到学生作品的线性变化。例如，某位学生第1次作品是躲避飞镖;第2次作品加入了2个变量——给躲避飞镖设置生命值和倒计时;第3次作品添加了学习链表——进行躲避飞镖的主题人物选择;第4次作品实现了多屏幕操作——增加小游戏难易程度的选取。

参考文献

[1]李宁，李文昊，田玉贺.编程教育浪潮来袭.上海教育，2016（2）