基于计算思维三维框架的小学编程读写交互策略研究

李素卿

摘要：数据驱动的社会越来越凸显计算思维的重要性，计算机编程是发展学生计算思维的有力载体，国家十分重视提高学生的信息素养，将编程教育纳入中小学课程，着力培养数字化人才。本文主要在计算思维三维框架指挥下对小学图形化编程教学读写交互策略进行分析与探究，以期提高学生学习质量，提升学生的核心素养。

关键词：计算思维;三维框架;小学编程;读写交互;核心素养

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2021）22-0029-03

如何依托小学编程教学有效培养学生的计算思维是当前小学信息技术教育关注的重点，在小学图形化编程教学过程中，一方面学生的学习具有明显具象性，实践具有直接现实性，学生更感兴趣，另一方面教师教学过程中更重视程序编写能力，容易忽略读程序能力的培养。而阅读是从视觉材料中获取信息并加以理解、领悟、吸收的思维过程，是一种主动体验与认知的过程。读写交互是在强调学生主体的前提下，在学生学习过程中训练程序编写能力与程序阅读能力，并循环构建使之有效融合，实现交互，内化为学生的学习能力，促进思维发展。笔者以计算思维三维框架（计算概念、计算实践、计算观念）作为小学编程教学中计算思维培养的三维目标，构建图形化编程读写交互的教学模式，在信息技术课程中进行教学实践探索。从实验结果中分析得出结论：基于计算思维三维框架的读写交互编程教学模式能有效提高小学生计算思维能力。

● 常规训练读写交互，明确计算概念

计算概念是指学生在使用编程工具时所需要的一组概念，在小学图形化编程中对应的是一组积木代码块，涉及顺序、循环、事件、并行、条件、运算符和数据等常用计算概念。

1.引导学生准确理解

培养小学生的计算思维，帮助学生牢固掌握图形化编程中积木块的功能和用法是最基本的要求。首先，要引导学生学会观察分析，从积木外观（颜色和形状）入手，让学生观察不同颜色积木的不同功能，并尝试总结分类，如命令积木、功能积木、触发积木、控制积木，帮助学生按分类来学习积木，加速记忆;其次，要教会学生正确理解积木的定义，可以从积木的名称结合参数选项了解积木的功能，还可以使用软件中帮助文档的积木定义熟悉功能的用法。

2.启发学生灵活调试

编程是一门实用类的技能，需要在实践的过程中進行技能的学习，从实践中掌握知识点，通过调试掌握积木块的使用方法也是学习编程必备的技能。教师要在学习中训练、启发学生在理解的基础上灵活测试积木。例如，命令类的积木直接拖动脚本区，改变参数并单击即可看到执行效果，这样可以使学生在训练中深化对积木使用方法的记忆。

3.鼓励学生积极测评

判断学生是否真正掌握了积木的用法，要看学生是否能在简单的程序中科学准确地运用积木。教师可以运用简单的辨析测试来检验，如课堂中借助问题和练习，有效检测学生的学习效果，以考查学生的学习思维能力;综合考虑学生的差异性，设置不同层次的练习，通过练习检验学生对知识的掌握程度，学生也会在练习过程中主动观察、反思、归纳获得结论，形成技能技巧，培养良好的思维品质。

● 策略促进读写交互，落实计算实践

计算实践关注的是学生在编程过程中所发展的实践。它是一个构建的过程，主要专注于学生思考和学习的过程，其中包含了四组实践策略，即递增和迭代、测试和调试、再利用和再创作，以及抽象和模块化。

1.学生习惯的培养

小学生学习编程有明显具的象性，教师为了追求“高效”的课堂，一般采用项目式教学，引导学生关注任务，学习目标模块，模仿教师程序拼搭积木。这样的学习相当于用教师的思维复述教师的表达，学生只有模糊的初步的程序概念，缺乏对程序逻辑的理解，学习的自主性缺失。因此，教师应通过读写交互的引用和开展，引导学生把程序阅读和编写进行有效结合和理解，改变学习习惯，并积极主动地将教师所教知识运用到自己的程序中。

首先，在课堂实践中，训练项目的设置要贴近学生的生活实际，注重层次递进，符合学生学习的规律;其次，在项目分析时，不要急于引导学生进行归纳总结，要让学生充分思考，尝试用自然语言和图示描述解决问题的过程和步骤，在此过程中，学生提出的方法与策略就是计算概念的初步呈现;最后，将基于问题解决的系列编程课堂进行结构化强化，即从化整为零、循序渐进、试错迭代、异常处理四个层面去架构课堂。

2.流程图工具的辅助

小学阶段是儿童从形象思维向抽象思维发展的转变阶段，小学生的逻辑思维能力和空间想象力较为薄弱，要将目标任务的问题解决策略通过思维建构后直接转化为代码表述存在一定难度，特别是逻辑复杂的项目。因此，教师要懂得借助实物直观地进行思维呈现，帮助学生寻求正确的思维方向。

借助流程图表示算法的思路就是一种有效的方法，其具有以下特点：①图比代码清晰。绘图本身就是一个思考的过程，又具直观性，绘图的过程促进了思考，能帮助学生理清程序逻辑。②提高沟通效率。学生通过流程图了解模块的设计思路，对读懂程序能起到促进帮助作用。教师要充分利用流程图的优势，教会学生阅读、绘制流程图，将流程图作为问题表述和程序的中间媒介，并系统化地训练学生将学到的知识转化成代码的编写能力。

3.思维的多元训练

在编程学习中，学生经常会出现程序“一看即懂”，但写起程序来却状况不佳的情况，很容易局限在自己单一的解题思维中。因此，教师应注重多样化的训练，促进学生灵活运用计算概念进行思路表达，形成系统的知识体系，培养学生广度思维的思考模式;在积累的基础上还必须围绕多元思维展开训练，激发学生的想象思维和创新思维，从单一的、封闭的思维走向多元的、开放的思维。

通过阅读可以了解别人的编程技巧和创意，在阅读中教师要引导学生把握程序流程、理解程序算法及程序结构等，引导学生形成良好的编程习惯和方法，使学生将阅读代码中领悟到的知识应用到自己的程序设计当中，在编写程序过程中避免潜在错误，优化结构，完善程序算法。

● 情感唤醒读写交互，深化计算观念

计算观念是指学生在创建程序过程中形成的有关他们身边世界和他们自己的观念，这是人格塑造、习惯形成的又一过程。三维框架下的计算观念被分为三种观念，即表达、联系以及质疑。

教育的本质在于发展高阶思维，运用程序解决问题是编程教学的初级目标，在编程学习中培养运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的思维方式才能有效落实信息技术学科核心素养。过度强调策略，忽略学生的情感体验，学生的主动性不能被很好地激发。教师应在尊重学生情感体验的同时，注重激发学生思维的主动性，循环建构读写交互，有效提高学生计算思维，实现学科素养的全面提升。

1.项目迁移学习

小学生的自主发展能力不够，无法自主地对零散知识之间的脉络关系进行组织，导致很难做到学以致用。教师在课堂中应选择贴近学生生活实际的问题驱动情境，通过项目式学习引导学生亲历分析项目，从整体入手进行问题分解;通过计算实践，动手试错迭代，将技能应用于问题解决;亲身体会发现问题、提出问题、最终解决问题并优化的完整过程。项目式学习不仅让学生巩固计算概念，重构计算实践，还能发展学生的创新思维。项目学习是学生编程学习和真实世界之间的桥梁，帮助学生将知识转向思维，是学生能力提升、观念塑造的又一过程。

2.思维指向学习

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》明确指出信息技术的教学目标由重技能转向重思维。在传统教学中，教师容易将教学目标停留在当堂的知识点应用上，忽略知识的迁移，没有重视学生思维能力提升及创新能力的培养。

因此，在编程教学中，教师应精心设计问题，巧妙追思，激活学生思维，让学生理清问题的本质，深入了解算法;也可以将创编程序引入程序设计的教学中，基于算法，融合生活情境，构建问题。创编程序题不仅能激发学生的挑战欲望，还能促进学生的程序框架建构，达到算法与情境的深度融合，实现深度思维。

3.思维建构学习

在问题求解中培养学生的算法建构能力，缺少知识迁移的思维建构过程。在编程学习中，在学生探究主题的过程中，教师应使其树立整体意识，然后进行问题分解，以小任务构建认知结构，再在小任务中横向联系。学生在清楚问题本质并深刻理解算法的基础上构建完整知识体系，之后才能构建思维网。教师应有意训练学生自主对知识提取应用，由最基本的算法在程序中的优化迁移应用，到应用互动媒体解决问题，最终达到应用科学概念解决一切问题。

“迁移能力”是培养计算思维的关键核心，笔者将计算思维分为计算概念、计算实践和计算观念，组成三维框架，为计算思维的落实提供支架。采取有效的办法讓学生懂得阅读与写程序的融合应用，提升读写交互能力，具备抽象化、结构化计算机思维是全面提升小学编程教学行之有效的方法，能有效地提升学生的信息素养。

参考文献：

[1]王蕾.基于计算思维的信息技术三维教学模式探究[J].中国信息技术教育，2018（10）：15-18.

[2]刘学忠，赵志兴.小学LOGO语言与机器人“虚实结合”的程序设计教学路径研究[J].中国信息技术教育，2020（12）：30-32.

[3]赵凯.小学生程序阅读能力的培养[J].中国信息技术教育，2020（12）：33-34.

本文系福建省教育科学“十四五”规划2021年度立项课题“基于思维导图优化小学编程教学计算思维培养的策略研究”（立项批准号：FJJKZX21-265）部分研究成果。