面向计算思维培养的小学图形化编程教学探究

王慧

摘要：计算思维是小学信息技术学科的核心素养，是信息技术教学的重要内容。小学图形化编程教学是计算思维培养的重要载体之一，笔者在教学过程中进行了一系列的探究，总结设计了面向计算思维培养的小学图形化编程教学流程，并选取了2021年在全国小学信息技术优质课展示活动中获得标杆课的课例进行分析说明，探讨如何在小学图形化编程教学中培养学生的计算思维，以期推动少儿编程教学的发展，为师生信息素养的提升献计献策。

关键词：小学图形化编程;计算思维;教学探究

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2021）S2-0026-03

2003年，周以真教授首次提出“计算思维”这一概念，她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覆盖计算机科学的思维和能力[1]。计算思维可以帮助人们解决复杂的问题，与人们的生活和工作紧密相关，是一种普适的能力，也是信息技术学科的核心素养。在小学阶段，图形化编程教学是培养学生计算思维非常重要的载体之一[2]，但是在教学中有不少教师因为缺乏经验不知如何教学，或者是教学效果不佳。因此，探究如何在小学图形化编程教学中培养学生的计算思维显得尤为重要。

面向计算思维培养的小学图形化编程教学流程设计

根据对计算思维的学习和理解，结合日常小学图形化编程教学的经验以及小学图形化编程教学的特点，笔者设计了以“化繁为简、化简为繁”为模式的小学图形化编程教学流程图（如图1）。“化繁为简”指的是将复杂的问题分解，使其简单化;“化简为繁”指的是让学生将碎片的知识系统化，让思维从具体化走向抽象化。

教师先分析教材和学情，确定教学目标及重难点。教学过程经过“创设情境，将思维可视化”“初步应用，将程序具象化”“深入运用，将难点直观化”“自主创作，将思维系统化”“小结提升，将思考深度化”等五个环节，并且注重课后教学反思。在这个过程中，参照成熟的计算思维解决问题的方式，在深入运用环节中，通过“确定问题”“分解问题”“模式识别”“算法设计”“执行步骤”“调试改进”这几个步骤解决课堂难点。整个过程都需要考虑设计导学单、制作情境教具、设计迭代板书，以支撑整个过程能够顺利进行。

与此同时，学生的思维也在循序渐进中得到锻炼，学生体验了将复杂问题转换成简单问题的程序思维，实现由解决一个问题到解决一类问题的思维蜕变。

面向计算思维培养的小学图形化编程教学实施案例

下文选取了笔者2021年在全国小学信息技术优质课展示活动中获得标杆课的课例，具体分析怎样在小学图形化编程教学中渗透学生计算思维的培养。

1.分析到位，旨在落实计算思维培养

对教材和学生情况的了解，是编程教学的前提。本内容来源信息技术六下编程单元《绘制创意图形》。无论多么复杂的程序都可以分解为顺序、选择、循环这三种基本结构，其中，循环结构是重中之重。绘制创意图形的关键点就是对循环结构的理解与掌握。

这节课教师将教材中使用画笔绘制创意图形改编成企鹅进行花样滑冰游戏情境，留下创意图形轨迹，让教学内容更富有情境、更具吸引力，让学生更容易理解循环结构及嵌套。通过逐步设置情境难度、设计思维训练工具，将学生计算思维的培养落到实处。

六年级学生正处于形象思维向抽象思维过渡的阶段，较难理解结构、结构的嵌套等抽象概念;他们已经学习了算法初步、顺序结构等知识，初步掌握了理解过程、在图形化编程软件中拖动代码的技能，但不具备从整体上分析循环规律的意识。

基于以上分析，笔者将本节课的教学目标确定为：学生理解循环结构的基本构成，掌握循环结构的应用;在应用循环结构进行程序设计的过程中，培养学生的计算思维;学生学会使用形象化工具分析循环结构，养成利用工具处理问题的能力;培养学生勇于探索的精神和善于交流的能力。

其中，理解并初步应用循环结构是本节课的重点。小学生难以理解循环结构嵌套的执行过程，所以应用循环结构的嵌套进行程序设计就成为本节课的难点。

2.环节设计，多方面渗透计算思维培养

根据“化繁为简、化简为繁”模式的小学图形化编程教学设计流程，将教学核心环节设计如下。

（1）创设情境，将思维可视化

设计学生喜欢的桌游导入，学生在与同伴玩桌游的过程中借助老师设计提供的工具进行思考分析，填写游戏步骤，将思维形象地表示出来。

接着学生在图形化编程软件中实现桌游效果，在一步步拖代码中深刻体验到重复拖动代码的不便，此时，教师利用直观的步骤表和学生一起分析重复的步骤代码和次数。学生通过实践、对比，观察发现循环结构，体会循环结构的好处，理解循环次数和循环体。整个过程符合学生认知规律，循序渐进，水到渠成。

（2）初步应用，將程序具象化

教师首先给学生播放视频，让学生分析企鹅滑冰轨迹为一个正方形的步骤，并运用循环结构完成程序设计，让学生建立观察、分析到循环结构的联结，通过实例将循环具象化，让学生进一步理解循环结构，掌握其初步应用。

（3）深入运用，将嵌套直观化

循环结构的嵌套是本节课的难点，成熟的计算思维能够将难题清晰地描述并解答出来。参照计算思维解决问题的方式，教师设计了企鹅花样滑冰轨迹，让学生进行以下思维训练。

①分解问题。学生观看视频，将问题分解成重复画正方形（如下页图2）。

②模式识别。学生观察企鹅画正方形过程中旋转的角度及旋转次数之间的联系。

③算法设计。学生分析循环体和循环次数，利用循环结构进行算法设计。此时，教师适时引导学生发现循环体中包含循环结构，从而引出循环结构的嵌套（如下页图3）。

④执行步骤、分析判断结果。学生在图形化软件中利用循环结构的嵌套方式实现效果。

通过这一环节，学生可以体验到将复杂问题转化成简单问题的思维过程，对循环结构的嵌套有了较深入的了解，为后面的创作奠定基础。

（4）自主创作，将思维系统化

教师展示部分复杂图案，激发学生继续挑战的热情，小组合作，在分解问题、解决问题过程中，先学会画多个正方形的编程，再学会画任意个多边形的编程。学生通过汇报展评，提高表达能力，深化对创作作品的结构分析，强化循环结构的理解運用，实现由解决一个问题到解决一类问题的思维蜕变，并拥有自己的想法，让思维从“碎片化”变得更加“系统化”。

（5）小结提升，将思考深度化

在总结本节课所学知识的基础上，教师向学生提出一系列问题，引导学生深入思考，激发学生进一步学习的热情。

面向计算思维培养的图形化编程教学反思

纵观本课，教师充分尊重学生思维发展特点，让学生思维从“具象化”走向“抽象化”，从“碎片化”变得更加“系统化”。具体表现如下。

其一，落实思维培养。参照成熟计算思维思考问题的方式，利用桌游、表格、板书、导学单等，层层引导学生深度思考，在这一过程中关注自然语言到程序语言的过渡，将学生计算思维的培养落到实处。学生在思维训练后实现由解决一个问题到解决一类问题，进而进行创意创作的思维蜕变。

其二，巧设游戏情境。将企鹅滑冰情境贯穿整个课堂，逐步提升企鹅滑冰难度，即提高游戏挑战难度。学生在挑战中进行不同程度上的创作，不同水平的学生得到不同层次的收获和提高。

其三，精心设计板书。注重直观、色彩搭配，从代码出发选择相应板书的颜色，注重板书的迭代、生成过程，帮助学生分析、理解、内化教学内容。

总结

化繁为简，让学生在轻松、愉快的情境中学习，培养计算思维;化简为繁，让学生将简单、碎片的知识系统化，学会知识迁移。

当然，上述教学流程仅仅是笔者通过一线教学不断探索、总结的经验，不一定适用所有的师生。一线教师需要在教学过程中不断挖掘，在教学中充分立足课本内容，以学生为本，尊重学生的认知发展规律，循序渐进地对学生进行思维训练，在课堂教学的方方面面渗透学生计算思维的培养。

参考文献：

[1]谢忠新，曹杨璐.中小学信息技术学科学生计算思维培养的策略与方法[J].中国电化教育，2015（11）：116-120.

[2]陈茂贤，何国星.基于计算思维培养的小学Scratch编程教学[J].教育信息技术，2017（10）：53-57.