积木理论：在搭建与拆解中探寻计算思维培养路径

刘涛

【摘 要】计算思维是义务教育信息技术核心素养之一，编程课程作为计算思维培养的重要课程越来越受到教育部门的重视，计算思维也是学生适应信息化时代发展的一项基本能力。当下计算思维的理论研究较为成熟，但是实践指导研究较少，本文结合小学阶段儿童特点，从实践层面利用积木理论探寻适合儿童计算思维培养的有效路径，在知识点的搭建与拆解中内化计算思维。

【关键词】计算思维;积木理论;拆解;搭建;信息技术核心素养

《江苏省义务教育信息技术课程纲要》指出信息技术课程以培养学生信息素养为总目标，信息素养是当今社会每个公民必备的基本素养，义务教育信息技术学科素养包括信息意识、计算思维、数字化学习能力、信息社会责任。编程教学是计算思维培养的有效方式之一，积木原理将计算思维形象化，从实践层面将学生计算思维培养落地。

一、释义：计算思维

2006年，周以真教授在美国权威期刊《Communications of the ACM》杂志上定义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涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。为便于理解，周以真教授将计算思维进一步定义，通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们已知问题的解决方法;是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法。结合众多学者对计算思维的不同界定，笔者认为小学阶段计算思维的培养，是指学生要掌握解决问题的方法，能根据已学知识与已有经验，选择合适的方法去解决遇到的问题的一种思维能力。

二、剖析：积木理论

积木指的是学生所掌握的独立的知识点;当针对某一目标进行积木的搭建时，搭建过程即是学生对已有知识的整合过程;在面对新的目标时，进行积木的拆解，即分解已有的问题，学生运用已有的积木块（已有知识），选择最优方法进行再次的知识搭建，从而完成新的目标。

综上所述，积木理论就是学生利用已有的不同形状、不同颜色的积木（已有知识与已有经验），能根据不同的搭建主题（遇到的不同问题），进行思维风暴，自主进行积木搭建与拆解（知识的融汇贯通）。

三、路径：积木理论探寻计算思维培养路径

（一）积累积木块

目前小学阶段主要学习scratch编程软件，scratch拥有可视化的编程界面、采用图形编程语言、非常巧妙的是引入了積木块代替程序语言。在前期的编程教学中学生主要学习掌握编程软件各个积木块的功能，进行知识积淀。在小学编程教学前期的课程中，学生需要掌握scratch的基本操作，包括添加控件、拆除控件、删除控件、打开与保存作品等。在掌握基本控件操作方法之后，进行认知积累，熟悉掌握动作、声音、画笔、数据、事件、控制、侦测、数字和逻辑关系等模块的功能。在掌握了各模块中控件的功能之后，学生的脑海中就拥有了众多颜色各异、形状不同的积木块了，积木块的扎实积累为后期熟练的搭建与拆解奠定了基础。

（二）积木搭建与拆解

根据皮亚杰认知发展理论，小学阶段儿童处于具体运算阶段，这一阶段的儿童能够根据现象的观察进行推理演算，具有逻辑性思考能力。小学五年级的学生开始接触scratch编程软件，学生认知向形式运算阶段发展，学生的抽象思维能力逐渐发展与成熟，能够对事物的发展做出假设与验证。因此能通过教师的启发进行自主探索，学生调用已掌握的积木块进行积木的搭建，最终完成搭建目标。

拆解是为了下一次更好的搭建，再遇到新的搭建目标时，将积木块进行拆解，在思维碰撞中完成新的搭建目标。

1.顺序结构——初级搭建

在《青蛙过河》一课中，根据积木理论，本节课的授课过程就是带领学生进行积木搭建的过程，在积木搭建中培养计算思维。本节目标是实现小青蛙通过荷叶跳跃过河，学生在前期积木积累中，掌握了移动控件的功能以及掌握控制模块中等待控件的功能，本节课在教师的引导下通过对坐标概念的了解，对小青蛙运动轨迹的分析，从而能通过初级积木搭建掌握顺序结构，在搭建中实现计算思维的培养。

2.分支结构——中级搭建

学生掌握了程序设计中的顺序结构后，正式接触程序结构，搭建技能将由初级搭建向中级搭建提升。在《小猫出题》一课，我将变量类比为小黑板进行讲解，从抽象转为具象，创建三块小黑板，分别写上加数1、加数2、和，通过对回答的判断进行分支结构的搭建。进行思维导图分析之后，学生进行积木搭建，在搭建中深化计算思维的培养。

3.循环、分支结构——高级拆解与搭建

在掌握顺序结构与分支结构后，学生已建构了成熟的搭建思维，在《赛车游戏》一课，授课过程中引导学生为赛车装上两只“传感器”作为侦测工具，通过分析小车的运动轨迹来理解程序结构，为便于理解，我带领学生利用思维导图分析小车运动轨迹，进行程序搭建。

在进行思维导图分析之后，学生将已建构的程序结构进行拆解，重新进行积木搭建，本节课涉及学生已掌握的分支结构、顺序结构，学生将思维导图中相应模块替换为已掌握的积木块进行高级搭建。

四、结语：搭建目标，拆解为下一次更好的搭建

小学编程教学是学生阶段程序结构学习的启蒙阶段，同时也是整个编程学习的奠基石。计算思维是小学信息技术培养的重要思维能力之一，在整个编程学习中，学生遇到问题、分析问题、解决问题，利用已掌握的积木块进行搭建、拆解、拆解中搭建，利用积木理论内化计算思维的培养。

积木理论与scratch编程软件完美契合，都从积木块具象层面解释编程语言，将抽象的编程形象化为具象的积木块，利用学生熟悉的积木原理进行教学，学生学习兴趣高昂，学习效率有很大提高。随着信息技术课程体系的不断发展，我们也将积木理论继续优化，旨在利用最合适学生的方法带领学生走进编程，在积木搭建与拆解中内化计算思维。

【参考文献】

[1]张松.建模与解模：探寻培养小学生计算思维的密码[J].中小学信息技术，2019，（5）：86-88.

[2]项勤斌.隐计算思维于趣味游戏[J].中小学信息技术，2020，（2/3）：83-85.

[3]360百科[EB/OL].https：//baike.so.com/doc/3092926-3260084.html，2019-12-12