新课标背景下儿童编程平台中算法教学研究

颜鼎 江苏省南京市鼓楼区教师发展中心

算法（Algorithm）是指解题方案的准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令，算法代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制。信息科技学科作为一门以“解决问题”为学习目标之一的学科，具有鲜明的算法特征：关注学生的思维过程、过程架构与创新品质的培养。在新课标背景下，在课程实施过程中，如何有效培养学生的算法，是中小学信息科技学科教师关注的重点内容。

●编程与算法培养的关联

适合儿童的编程平台具有明确的任务主线，项目目标清晰，其作品可在短期内通过一定的程序达成。作为一种显性的、具有算法思维特征的内容，编程平台具有门槛低、模块化、封装化的特点。因此，笔者认为，信息科技教学的算法内容，可依托儿童编程课程实现，通过教师的合理引导，学生可以进行程序的编写、作品的表达。借助编程平台的设计，信息科技教师可以明确算法的基本设计路径，以具体的内容载体，进行初期的教学设计尝试。

●在编程模块实施基于算法的培养模式

在课堂教学过程中，基于算法进行的教学设计具有鲜明的特征。本文以儿童编程课程为例，探索在信息科技学科中基于算法的设计模式。

1.序化模式：从任务导向到问题导向

新课标强调任务推进，在儿童编程课程的教学设计中，算法关注具有实际意义的问题，以问题求解的过程作为教学的导向，进而推动教学进程。在基于算法的教学设计中，教学课件、学件及作业形式等，都应围绕算法的演进，进行针对性的教学设计。

（1）原设计。《编程软件图章》一课的教学重点为儿童编程平台画笔模块中的“图章”“清除”命令，涉及儿童编程平台“画笔”“外观”“动作”等模块的内容。在常规课的教学过程中，教师一般采用以下的流程进行教学：介绍“图章”和“清除”命令；演示“图章”程序的搭建方法；学生练习编写“图章”命令的程序。

（2）思考焦点。在此过程中，在教师没有给予学习情境的情况下，学生为何要进行“图章”的学习？学习“图章”以后能做什么？哪些情况下需要使用“图章”模块？这些问题都未能进行有效的设问，因此学生对“图章”的算法是缺乏心理预设的。在实际上课时，学生仅仅是在模仿教师的程序搭建过程，而并没有进行有效的自我构建的过程。这样的学习过程，是机械学习的技能模仿，缺乏必要的算法过程。

（3）改进型设计。在基于算法的“图章”教学过程中，首先确定教学重点为“图章”程序的自然语言表达。选择从生活中提炼具有实际意义的活动为任务目标，将问题的解决作为推进教学过程的导向主线。在此基础上，以问题的逐步解决来分层进行教学重点的学习，通过具体的活动载体来承载学习任务。

在“图章绘百花”一课中，首先确定算法主线，进行与此相关的问题组件设计，层层推动任务行进路线，进而将认知内容得以具体化。

算法设问：教师展示只有一个花瓣的图例，询问学生，可否称之为花朵？学生质疑，花瓣数量不够→问题产生：如何能在较短时间内，形成一朵完整的花？→师生进入新授环节。

算法析问：一花一世界→解决花瓣的瞬间复制问题；五彩烂漫时→解决花朵的变色问题；动态花精彩→解决花朵的循环旋转问题。

算法追问：导入不同角色的花朵，促发学生思考如何能让这些花朵达到心仪的动作方式？→学生探索实现途径→通过修改程序、尝试程序积木的方式来进行任务的达成。

算法拷问：学生总结四个任务的实现过程，梳理出程序思考的过程，绘制出共性的流程图，并结合今天的主题进行儿童编程平台的功能链接，从而加深意义学习的过程。

在基于算法的教学设计过程中，学生带着算法思维，进行有目的的任务推进活动。在导入部分，算法的实施目标明晰、合理，符合儿童认知规律；在解决问题部分，任务层层推进，推动学生不断进行有关算法的思维过程，从四个显性问题的解决中，潜移默化地学习了隐性的知识内容。

2.回溯模式：算法分解从任务拆解到认知叠加

算法分解是适应义务教育阶段学情的要求，学生不仅能够理解算法的过程，还能够通过具体的实例对算法进行分解，明晰每一个部分的具体意义。通过回溯算法等方式，将任务进行逐步的拆解，再根据实际情况进行认知内容的叠加，从而形成明晰的结构主线。

（1）原设计。儿童编程平台中“旋转方式”模块的学习是常见的内容，对应的是有关动作方式的算法内容。常见的设计方式是：教师演示工作对象的旋转过程，指出实现旋转的程序模块，引导学生进行相关的练习。

（2）思考焦点。在常规的教学过程中，工作对象自身缺乏运动意义，算法与对象的旋转只有技术关联，缺乏意义关联。在学生完成一个任务后，没有对程序进行分解的路线支架，所以学习过程机械单调，难以深入。

（3）改进型设计。教师将“旋转方式”作为一种角色运动的程序支架，让实物的旋转和程序同期出现，让学生思考角色和程序之间的关联。在完成了第一组“角色+程序”的组合之后，再出示另外的“角色+程序”组合，给学生充分的回溯思维的过程，以达到知识迁移的目的。

算法前置：从一个花瓣变成十个花瓣的脚本入手，分析脚本与动画之间的关系。

算法研读：一个花瓣是如何变成十个花瓣的，将猜测的结论通过程序来进行验证，最终得出先“向左/右旋转360/10度”，再将“复制”“粘贴”的过程“重复10次”后，可以得到十个花瓣的结论。此时，留下设问：“旋转角度”和花瓣数量之间有怎样的联系？

算法链接：依据上面活动的结论，提出“数字与逻辑运算”中的关联。课件中继续出现四瓣花、五瓣花、七瓣花，让学生对相应的脚本进行自然语言的表达。至此，突破本课中的教学难点：旋转角度和花瓣数量之间的联系。

在新课标背景下，在基于算法的教学设计过程中，教师将着力点从讲解程序的编写过程，改变为让学生分析程序的组合原理。通过每个花瓣的旋转角度的分析，学生可以理解到“数字和逻辑运算”模块中的运算的自然意义。学生在对实物与脚本进行对应分析后，加深了对程序本身的理解，也巩固了思维过程的严密性。

3.变量模式：从学习泛配到变量适配

新课标要求对算法实际问题求解，在解决问题的策略中，具有多途径和一定的开放性，鼓励学生能够在合理的情况下，通过多种方式来解决实际问题。

（1）原设计。在《定义过程》一课中，常规的设计方式一般采用以下教学流程：教师演示一个正方形的绘制方式→讲解如何用定义过程的方式绘制正方形→让学生练习，如何通过定义过程的方法绘制正方形→教师演示如何通过“copy”与定义过程组合，绘制出较为复杂的图形→学生进行拓展练习。在实际教学中，常常出现学生只会画正方形组成的图形，而无法迁移到其他图形的情况。

（2）思考焦点。在本节课设计中，程序编写教学难度跨度较大。教师在教学中，易采用较为保守的讲授式教学模式。但是此教学过程突出的问题在于学生知其然，不知其所以然，导致学习过程模仿的痕迹明显，没有必要的迁移和拓展过程，导致缺乏个性化的作品呈现，不符合新课标的理念。

（3）改进型设计。在基于算法的教学设计中，注重从学习任务中提取出具有变量特性的元素，将其应用于学习过程，以此开展构建个性化的作品。

算法解析：从卡通兔导入，分析头部是如何演变出耳朵的？（分析其组成，找出其中的变量）

算法体验：在分析出圆形的组合规律后，进行基于圆形的图形绘制，尝试出多圆组合的形式。

算法指导：引导学生分析“利用定义好的基本图形，可以画出这样的一组图形吗？”，从课件中让学生分析组成复杂图形的变量，再给学生思考的空间，由点及面，进行多层次的变量定义。

算法实践：定义圆形→圆形组合；定义椭圆形→定义椭圆形组合。

算法再构：分析多定义命令的程序。

算法组建：定义两个基本图形→绘制正方形、三角形组合的复杂图形，并进行自我喜好的作品加工。

算法迭代：引导学生在作品中找出共性的内容，反思自己的作品，进行更富有个性化的图形绘制，绘制兔子的嘴巴、鼻子、领结等部位。

基于新课标算法的教学设计注重了变量引发的变式，及变式带来的学生个性化的问题解决方案。在基于算法的“定义过程”的设计中，教师将更多的关注点放在了引导学生思考，让编程软件真正成为个性化的创作工具。

●总结与展望

基于新课标的算法教学设计，将学习过程进行了项目化的提升，实施中要关注以下几点：第一，算法各要素的融合方式。算法过程之间是相互依存、相互促进的关系。如果只关注分析问题，而不进行必要的数值逻辑计算，那解决问题的途径只能是纸上谈兵，无法落地。第二，避免陷入过于复杂的算法之中。不可忽视问题框架的设计，要在合理合情的情境下进行，在同等条件下，寻求最佳的解决途径、最佳性价比。第三，引导学生用信息科技学科思维全面认识和思考。算法是信息科技学科的灵魂，作为教师，要能够积极地唤起学生多角度的迁移能力和拓展意识，避免封闭的、线性的认知习惯。