抛锚·识别·转化：计算思维视域下的儿童数字绘画教学

周旭初

摘要：在《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》深入实施的背景下，本文试图寻找数字绘画教学与计算思维培养的契合点，从儿童立场设计项目主题，用大概念统摄概念学习，以大单元设计项目活动，运用抛锚、识别、转化等教学策略让计算思维在数字绘画项目化学习中落地生根。

关键词：计算思维；数字绘画；项目化学习；教学策略

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）14-0028-04

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）颁布后，核心素养的内涵及培育策略成了学科教学的研究热点，计算思维板块尤为凸显。提到计算思维，大部分教师想到的往往是算法与编程；说到数字绘画，关联的大致是信息处理，很少有人会把数字绘画和计算思维相结合。那么，如何在经典的数字绘画领域绽放“计算思维之花”，让低段信息科技教学不忘经典又不失学科内涵的生发？笔者在课程理解、教材处理和教学策略创新上对此进行了探索。

儿童数字绘画教学中的挑战与内涵探究

1.真实问题的解决需要计算思维的支撑

计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在问题解决过程中涉及的分解、抽象、建模、算法构建等思维活动。计算思维的根本特征是对求解问题的抽象和实现问题处理的自动化。当儿童掌握了计算思维，就会用学科的思维方式去思考和处理问题，通过分解与模式识别，从中探索出以计算的方式实现问题解决的有效方法。

2.传统数字绘画模块中的计算思维有待凸显

数字绘画对于儿童而言，有着形象化和可视化的“魅力”。低段数字绘画活动，常以系统自带的“画图”软件为工具，其软件界面简洁且容易上手，虽然不支持图层，但是其复制、缩放、移动、填色等基本处理操作“所见即所得”。此款工具除能胜任“以绘画实现信息科技入门”的功能外，还应承担助力学生把握视窗工具软件处理特点的学习迁移功能，甚至还应具备以数字绘画处理孕育计算思维的潜能。但在现行教材中，数字绘画仅停留在对简易工具的操作和作品“美”的艺术处理上，而忽视数字绘画处理过程中的特殊价值—将绘画视为问题解决—在图像数据处理过程中发展图像处理的信息意识、数字化自主学习能力和计算思维。

3.计算思维需要在项目化的学习进程中落地

项目化学习是指学生通过在真实生活情境中面对开放且非良构的问题，培养解决问题的能力，提升思维，获得知识的学习方式。数字绘画项目包含作品创意、图像处理及作品发布的完整过程，其项目实践过程可以自然地渗透计算思维的培育，即强调通过分解、识别、抽象、算法构建等过程解决绘图问题。

对经典数字绘画教学模块进行项目化改造

1.从儿童立场提取项目主题

教学的主体是儿童。教师要从儿童立场出发，用儿童的眼光看待世界，用儿童的心智去思考问题。项目主题应对接儿童的真实生活，寻找儿童喜欢的、贴近他们生活经验的、符合儿童年龄点的“活动”。例如，“我是数字小画家”这一单元，可以用“小蚂蚁历险记”数字绘画创作来实现单元教学的贯穿，让学生经历童话场景创意、连环画创作、数字绘图变换等活动，提高学生的学习兴趣。

2.用大概念理念统摄学习内容

大概念是学科知识技能通向学科核心素养的阶梯，也是学科核心素养嵌入具体内容的固定点，是让具体学科概念学习导向学科素养的引擎。大概念是数字绘画项目活动的“灵魂”，离开大概念，则会偏离数字绘画该有的学习、探究和创造的本意。

新课标按照数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能六条逻辑主线展开[1]，那么儿童数字绘画就必须勾连这些学科大概念，方能让素养产生。从数据与算法视角分析，绘画的过程实质上是处理数据和构建算法的过程。梳理数字绘画内容，找到计算思维与儿童数字绘画的契合点，挖掘有利于培养计算思维的学习内容，主要体现在以下方面：①用形状来拼画，利用简单的图形组合得到更复杂的图形；

②用形变创生成，利用移动、缩放、复制、填色等对图像数据进行处理；③用保存学编码，利用像素尺寸、文件保存格式类型走进对图像编码的理解。

3.以大单元教学设计项目活动

所謂大单元的“大”是指用普遍联系的观点，对相关学习内容进行系统的处理和编排。通过整合知识关联度高的、彼此邻近的知识技能，进行大单元设计，构建学习框架，构思活动主线，在项目情境中部署具体的学科概念学习，促进知识的有机联系，让计算思维及数字化学习与创新融入项目活动，具体如图1所示。

在整个单元项目中，引导学生用画、拼、算、变、玩等活动来创作“有意义”的数字绘画作品。绘画具体内容不同，但经历的思维大致相同，都需要思考：“画什么？”“怎么画？”“怎样画得更好？”思考“画什么”是从整体到局部的分解与构思；思考“怎么画”是理清绘画与数据处理的顺序；思考“怎样画得更好”是对不同工具的选择或不同处理过程的评估，可以视之为算法的优化。

计算思维视域下的儿童数字绘画教学策略

1.抛锚—找准锚点引燃计算思维

抛锚教学策略，即抛出真实问题（锚点）引发思考、梳理知识结构、引导学生发现和解决问题。抛锚教学策略的关键在于找准锚点，用问题、观点或概念等引燃学生的思维火花，让学生产生学习需求并进行思考和讨论，鼓励学生提出自己的想法和疑问，进而引导学生一步步梳理出问题的有效解决方案。

例如，在“我会画”绘画活动中，笔者抛出问题“怎么画小蚂蚁”，先让学生观察小蚂蚁图片，忽略蚂蚁的颜色、大小等因素，抽象出蚂蚁的基本特征。引导学生在纸上画一个小椭圆，作为蚂蚁的身体，然后通过抛锚策略，让学生思考并确定蚂蚁的头、腿和触角的位置和形状—用圆、线条等简单几何图形来表示，然后再进行加工处理—形成完整的小蚂蚁形象。这种整体分解、多次处理、逐步逼近的方法，可以帮助学生树立解决问题的信心，让绘画基础一般的学生能迅速体验到数字绘画非同一般的神奇魔力，体验到数字化艺术创作的成就感。

又如，在“我会算”绘画活动中，教师提问：“魔法乐园的入场券是用‘圆形变出的水果，你会带什么呢？”学生回答：“红红的苹果、大大的西瓜、紫色的葡萄……”教师在此基础上，再次提问：“小蚂蚁带来了香蕉和梨，你觉得她可以进入魔法乐园吗？”抛出锚点：“圆形”怎么变香蕉和梨？通过认知冲突激起学生一探究竟的兴趣。教师通过演示实验，揭示数字绘画处理的魅力：用一个黄色的“圆形”和一个白色的“圆形”，将白色的“圆形”移到黄色的“圆形”上面，盖住一部分，一只弯弯的黄颜色“香蕉”就呈现出来了。学生恍然大悟，“香蕉”是两个圆的图形相减，“梨”就是两个圆的图形相加，从而引出图形的组合计算。通过图形组合计算能获得更为丰富的、有创意的图形，可以充分激起学生思维的火花，激发学生的创造性思维和探究的兴趣。

2.识别—模式识别构建计算思维

识别教学策略是把解决问题的方法总结归纳成解决某一类问题的方法论。当问题具有相同的特征时，它们的解决会变得更容易一些。

例如，在“小蚂蚁历险记”项目活动中，笔者先让学生观察范例“美丽花园”并思考：“花园由哪些基本图形组成？”“月牙儿如何变为台阶、花和风车？最终又是如何组成一幅画？”让学生用自己的语言来描述算法—怎么画，引导学生从大到小地分解问题、从小到大地解决问题（如图2），这一过程充满了“分合衍变”的辩证思想[2]，学生充分经历“抽象、分解、建模、算法构建”的计算思维过程，核心素养在具体绘画问题解决过程中得以生长。

又如，在学习图形复制时，可以用“复印机复印文件”的过程做形象类比。为了让学生更深刻地理解复制原理，教师提问：“复制的这个月牙儿图案能在别的软件中粘贴吗？”先让学生猜一猜，然后由學生演示将“月牙儿”粘贴到Word文档中，从而揭示复制背后的奥秘—剪贴板与内存。从学科大概念的角度看，图像复制操作技能隶属“数据”与“信息处理”大概念，其操作流程是“选定信息块—复制信息块—粘贴信息块”，通过模式识别，学生理解了该“通用”过程，并可将其广泛应用于复制文字、声音、文件、文件夹等。

当面对一个问题时，引导学生对问题进行分析，识别哪些特征是熟悉的，可以用先有的办法解决；哪些是相似的，可以通过先有办法的“变形”来解决；哪些问题是目前尚无已有经验可以解决的，这就是需要创造或学习新知的开始。通过模式识别，一方面有助于学生敏锐地发现问题中的抽象特征，学会对已有经验进行迁移应用，另一方面也有助于学生发现未知领域，触发探究动力。

3.转化—知识迁移活化计算思维

转化教学策略是指通过创设开放式的情境让学生感受到问题解决方向的多样化和灵活性。教师引导学生将已学概念应用到新的情境中，唤醒学生学以致用的内驱力，知识迁移激活创新和创造力，活化计算思维的培养。

例如，在“我会变”项目中，学生挑战一幅图的“多元转化”—在“墙上挂画”“拼图游戏”“找不同”三种任务中自选（如图3）。以“拼图游戏”子任务为例，学生经历以下处理过程：①给图画加上边框，并缩放至四分之一大小，移到左上角，作为拼图结果答案；②复制一份图画到左下角；③利用选择框切割左下角的画，分成六份，旋转或翻转后一块块移到右边；④在画面空白处写上“拼图游戏”。学生经过实践探索，拼图游戏制作成功。以“找不同”子任务为例，学生的处理过程如下：①把图画加上边框变成四分之一大小，移到左上方。②选中此图画复制粘贴一份移动至左下方；

③对左下方图画稍作改动。④在画面空白处写上“找不同”。本活动，可以让学生先做后说，也可以让学生先说后做，无论是根据操作步骤归纳还是规划步骤，均是绘画处理算法的描述，能于细微处落实计算思维的培养。

又如，在“小蚂蚁历险记”项目活动中，教师先创设故事情境：“一天小蚂蚁来到了小河边，想去河对岸，它会怎样想办法过河呢？”学生回答“用树枝搭桥过河、用树叶作船过河、借气球漂过河、请小乌龟驮过河……”接着，教师进一步提问：“这个故事怎么展示出来呢？”一幅画显然是不够的，需要将一张画“变成”一幅连环画，如图4所示。这样，在利用技术成就艺术的过程中，不仅能让学生充分体验到数字化艺术创作的成就感，而且渗透了计算思维和创新思维的培育。

总之，儿童数字绘画教学立足于信息科技学科，追求的是信息处理素养、问题解决能力、计算思维与创新思维培育的和谐统一。通过富有童趣的项目活动，让儿童发挥想象，运用学科概念和数字化工具创作出灵动多变的数字绘画，这是“用中学”“做中学”与“创中学”的自然融合。学生在创作过程中，能充分体验信息技术处理数据的过程，感受数字绘画的魅力，熏陶创新的意识，在问题解决过程中孕育计算思维，发展学科核心素养。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]费海明.计算归简 分合衍变—计算思维内涵探析与教学创意[J].中国信息技术教育，2020（20）：85-88.