基于图形化编程的 小学生高阶思维培养策略

邹卫华

摘要：本文介绍了“图形化编程”和“儿童信息学习的高阶思维”基本内容与一般特点，重点论述了图形化编程教学培养小学生高阶思维的现实意义与可行性，并根据教学实践提出了培养学生“高阶思维”的具体策略。

关键词：图形化编程;小学生;高阶思维

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）06-0000-03

● 图形化编程教学的基本内容与一般特点

1.基本内容

图形化编程一般指专为儿童学编程开发的积木式程序设计语言，它以形象直观的积木指令帮助学生在创作中学习编程，表达自己的想法。教学目的是让学生通过模块的组合感受编程的过程，理解典型语句的含义，并能通过一定的脚本来表现自我设计的作品。

2.一般特点

①可视化。在图形化编程中，构成程序的命令和参数通过积木形状的模块来实现。编辑好的程序代码、用来选择的功能控件、程序预览和运行都可一览无余。②游戏性。图形化编程可以很容易地创造交互式故事情节，学生在编程的过程中自己选择角色、舞台背景，可以大大增加学生的学习兴趣。③互动性。虽然制作中的程序只能在软件环境下运行，但发布后的程序则一般都可在网页内运行，孩子们能与爱好者们对作品进行交流。

● 高阶思维的基本内容与一般特点

1.基本内容

高阶思维是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力，是以问题求解、决策、批判性思维和创新性思维为核心的思维能力。高阶思维是高阶能力的核心，主要指创新能力、问题求解能力、决策力和批判思维能力。

2.一般特点

①批判性。批判性思维主要是对相信什么和干什么做出判断，这种判断需要有分析和评价。而分析、评价是高阶思维的组成要素。高阶思维的分析和评价需要做到清楚、准确、相关、有深度，并具有严格的逻辑性。②求异性。高阶思维是从新的思维角度去思考问题，以求得问题的解决。高阶思维十分注重培养思维的求异性，逐渐形成具有多方位、多角度的思维方法与能力。③创造性。创造性主要包括发明和发现两方面的表现，高阶思维具有的创造性主要是指后者。高阶思维能力中的一个重要能力就是创造的思维，它提倡人们能别出心裁地思考并做出判断。

● 基于图形化编程教学培养小学生高阶思维的现实意义与可行性

1.现实意义

（1）加强思维的具象性。小学生擅长形象思维，其形象思维具有直观性、整体性、灵活性等特点，图形化编程可以起到激发学生灵感的作用。如果在小学信息技术教学中以可视化来学习程序编写，则能让小学生获得更多丰富的表象，培养学生的联想能力、想象能力、创新能力。

（2）加强思维的逻辑性。逻辑思维是人们在认识过程中借助概念、判断、推理反映现实的过程。它是学习计算机编程重要的思维能力。从小学生的思维特点来看，他们正处在从具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段，所以在小学阶段培养学生初步的逻辑思维，对提升其信息素养具有重要的作用。

（3）加强思维的创造性。创新能力是中小学生能力中最重要、最宝贵、层次最高的一种综合性能力，但目前的小学信息技术教育对学生的创造性思维培养非常有限，而在信息技术领域，计算机语言编程被公认是最具创造性的活动，可以锻炼学生的逻辑思维、自学能力。

2.可行性分析

（1）图形化编程的编程技术开发定位。图形化编程开发定位对象是少儿，所以图形化编程教学的目的不是培养程序员，而是通过教育活动，向学生渗透程序设计思想，促进学生高阶思维的发展，为培养创新人才打好基础。

（2）图形化编程提供自然视角下的编程逻辑。在以往的程序编写过程中，编写者面对的是一些语句与数据，没有实时的程序输出结果，这对初步具有逻辑思维的小学生来说是难点。图形化编程一般是由一些“角色”配上“舞台”，让角色在舞台上移动，或与其他角色交互。这样，小学生就能指挥“角色”玩“卡通游戏”，既将程序编写具象化，直观呈现自己的编程意图与逻辑思考，又极富情趣。

● 基于图形化编程教学培养学生高阶思维的具体策略

1.以非线性智能程序培养多向思维

在教授学生图形化程序编写时，教师一般是从最简单的线性程序编写入手，如完成一个或多个任务，从任务开始至结束，都是一线贯之。这种程序简单，执行时不容易出现错误，但长期执行这种编程思想即学生真正掌握智能化程序的编写不利。

所谓“智能化”的程序，是指程序在未知环境下能相机、随时地处理各种任务，这种任务处理往往是选择性执行，或是并行性执行。这就使得处理任务的先后顺序不是线性的，而是非线性的。学习编写非线性的程序之前，教师应让学生对程序处理任务时面临的种种可能性进行预测评估，让他们尽可能预测所有可能性，然后把想到的“可能”进行分类，把每类“可能”定义为一种任务，分别制订最有效的策略来应对处理。在编写处理的具体子程序时，在程序代码上把每个任务子程序的启动赋予触发事件。在具体的编写技巧上要善用各类“运动”和“控制”控件来创建子程序体，使程序高效简洁，要善用“事件”“侦测”命令来分解任务，并联子程序体，使程序灵活智能。

另外，在编写高级的非线性程序时，离不开基于传感器的行为编程设计。例如，某个具体任务子程序的触发，可以用不同类别的传感器返回的值来触发不同类别的任务子程序，这样就能实现程序探测和处理多目标的控制任务，模仿人类探索未知环境的过程。

總之，在任务分解及整体系统设计上，要善用非线性编写法，善用基于传感器的行为编程设计，以此来应对多任务的情况。这样的程序编写思想，有利于培养学生多向思维、全向思维。

2.以算法优化培养逻辑思维

任何语言程序的编写与算法的优化都不只有一种，图形化编程也不例外。在实际的学习过程中，小学生会发现截然相反的命令组合，却可以实现相同的效果，如移动与翻转，只要在给予的角度上做一些小变化，就能到达相同的坐标或位置。又如在“控制”中，通过“如果、否则”的不同表达，也能实现相同的结果。再如用数个命令模块堆叠，却可以用“重复执行多少数”来简化……这些都可以让学生在繁简之间对比取舍，在取得优化与效率的过程中培养多向思维能力。在这样的过程中，小学生会经历以下三方面的思维训练：

（1）规划算法。面对图形化编程中的角色移动、旋转、翻转、反弹等，小学生都有一个从动画到语言的分析过程，如简单移动还是复杂翻转，学生需要思考移动多少步，旋转多少度，面对多少度方向……尤其是翻转，需要算出转向的角度与“重复执行”的次数。这样的算法初步练习，是一种从形象走向逻辑的过程，能让小学生从具象分析中验证自己的程序逻辑，进一步提升自己的计算机逻辑分析能力。

（2）联系命令。图形化编程积木式的控件非常简单，学生在理解自然语言命令的基础上能快速熟练地运用控件“堆叠”脚本。但随着学习的深入，角色运动越来越复杂，命令的组合应用情况会增多，这将考验学生对控件的灵活组合能力。理解控件间的联系，特别是“侦测”“运算符”“数据”中嵌套使用变量等，能让小学生在体验程序多变的同时，提升计算思维能力。

（3）明确流程。图形化编程是严肃的编程语言，有严密的结构。小学生虽然用控件编排，但也要编写常量与变量，对整个流程进行分析，对自己的程序指令进行逻辑安排，只有这样才能顺利完成任务。这就需要小学生在编程时，明确流程。准确定义条件、变量范围等，明白程序的分支作用，经历这样的过程，小学生的逻辑思维能力也得到。

3.以软硬结合培养解决实际问题的创新思维

信息时代从某种意义上来说就是传感器的时代。传感器就像是程序的感觉系统，它能为程序获取外界的各类数据信息。如今，开发的供程序使用的传感器种类繁多，如光电传感器、声音传感器、温湿传感器、触动传感器、红外传感器、角度传感器等，每种传感器上都配有模数转换部件，以便将采集到的各种模拟量转换成计算机能处理的数字量。

图形化编程内置的程序控件能通过一些外部接口程序（如Arduino等）支持外部硬件及多种传感器。通过各类传感器，如声音传感器、光电传感器等获取外部真实数据，以此作为变量值，小学生就能编制出各種真实的生活类处置程序。这样不但可以激发小学生的学习兴趣，而且能在实际的生活任务中，培养小学生的问题解决能力及分析能力。

另外，图形化编程扩展到真实生活类编程，需要小学生理解一些常见的物理特性，了解常用的传感器，了解生活物理中的距离、角度和光亮、声音、温度等概念。而将这些数理知识融合到编程游戏中，能让学生自然接受，使编程成为一种“生活玩具游戏”，在直观运动中体现编程结果，让学生在游戏中思考，在趣味中培养创造性思维。

在实际的教学过程中，笔者深深感受到，图形可视化编程学习能让小学生在愉快的环境中通过实验（如设计互动故事）去学习简单有趣的程序设计、数学和计算知识，而更有价值的是，能让他们发展计算逻辑、创造性思维的能力。