图形化编程促进小学生计算思维的培养

曹一璇

作为一个解决问题的思维过程，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[1]。小学生群体是祖国的未来，是提升我国国际综合竞争实力的未来中坚力量。强化对小学生计算思维能力的训练，可以在很大程度上提升学生的信息技术知识与技能，能够促进学生跨学科思维能力的培养。目前在小学阶段展开的图形化编程教育，可以为小学生计算思维能力的培养创造有利条件[2]。

随着信息技术的高速发展，小学编程教育所使用的编程工具不再是以文本为主的传统形式，而是以模块、积木堆叠为主的图形编程形式。这种图形化的编程软件，以学生具象思维为支撑，有助于培养学生的逻辑思维能力，更有助于学生创造力的培养。

一、应用图形化编程培养小学生计算思维的优势

目前，各个学校所使用的图形化编程软件种类丰富、功能多样。以菠萝编程平台为例，它是一款开放的在线编程学习网站，具有简单的使用环境，登录即可免费使用，这样可以有效节省软件安装需消耗的时间成本。从学生的角度来讲，一部智能手机或一台电脑就可以辅助其登录网站，而后开启编程课程的学习。与此同时，学生登录该编程网站后，可以查看其他学生上传的优秀作品，并针对该作品与其他共享者交流意见，从而使彼此的创作积极性得到大幅度提升。

菠萝编程的界面主要包括舞台区、角色背景区、程序命令区和脚本区四部分。舞台区主要用于展示程序效果，学生可以自主浏览创作的动画效果；在角色背景区，学生可以将所添加的角色和背景一览无余；程序命令区包括八大模块，即声音、变量、运算、外观、探测、画笔、控制、运动；脚本区是学生拖拽程序命令区中的命令并进行使用的区域，同时可以设置某些命令的参数。

通过图形化编程培养学生的计算思维，具有三方面优势。

其一，以图形化编程完成作品的创作，有助于学生综合运用算法思维、分解思维和抽象思维。学生在运用图形化编程创作作品时，需要充分考虑该编程中的哪些功能模块能够作用于该作品的创作，以及如何合理搭配这些功能模块以呈现预期的效果。同时，当一次呈现效果不理想时，还需要进行测试与调整，直到创作出满意的作品。从本质上来讲，这个过程就是学生多重思维共同作用的结果，所以能够在培养与提升学生计算思维能力方面发挥重要作用。

其二，以图形化编程完成作品的创作，可以有效降低对学生编程学习的要求。以往的编程平台所采用的界面主要表现为文本代码，而图形化编程的界面表现为图形，这就意味着，学生在利用图形化编程创作作品时，不需要再去记忆复杂的计算机语言，不需要理解难度较大的代码，只需要简单叠加不同的图形模块，就可以设计相应的程序或创作出理想化的作品。由此可见，图形化编程软件大大降低了对学生学习编程的要求，从而有助于学生学习图形化编程积极性的提高以及小学阶段学生计算思维能力的培养。

其三，以图形化编程创作作品，学生的创作自主性可以得到进一步凸显。图形化编程网站平台对所有学生开放编程作品上传、共享权限，学生们可以对不同的作品发表意见、交流思想，从而吸取其他人作品中的精华和创意，以改进和完善自身的作品创作。这就意味着，学生的编程作品创作自主性可以得到进一步凸显，学生的创新思维、社交能力等都可以得到显著提高。

二、图形化编程促进小学生计算思维培养的途径

以图形化编程工具的基本特征和小学信息技术教学现状、小学生计算思维培养现状为基本出发点，在充分发挥图形化编程促进小学生计算思维培养方面的作用时，可首先构建教学模型（见图1）。

图1 图形化编程促进小学生计算思维培养的教学模型

以图1 教学模型为依据，有机融合图形化编程与小学生计算思维培养，可以从五个维度进行策略的探究。

（一）创设教学情境，激发学生的探索积极性

小学是学生学习生涯的基础阶段，处于小学阶段的学生，特别是小学低年级学生，在学习编程时，很难进入学习状态，而造成这种现象的原因在于学生生活经验、知识储备和学习能力的不足。因而，以图形化编程促进小学生计算思维的培养，其中一个重要路径就在于搭建一个贴近小学生生活体验和学习体验的情境。同时，要确保该情境能够调动学生的已有知识，能够为学生的想象预留充足的思考空间和强有力的支点[3]。只有将生活真实情境融入图形化编程教学中，才能有效缓解小学生的陌生感和抵触心理，才能进一步激发学生的学习兴趣和探索动力。

以图形化编程软件的界面教学为例，可以将小学生日常生活中玩搭积木游戏的经验渗透到认识与操作控件，以及搭建脚本的教学中。这样就可以帮助学生建立所学新知识与已有认知之间的联系，从而帮助学生进一步拓展认知，丰富经验与能力，并实现计算思维能力的迁移与转化。

（二）设置分层目标，尊重学生个体差异性

在教学活动中，学生应当始终居于主体地位。在以往的信息技术教学活动中，由于教师在生活经验、知识储备、理解与应用能力等各方面具有明显的优势，所以教师的作用与地位更明显。这种情况所导致的直接后果就是学生学习热情低下，学习能动性与创造性因长期被压制而无法助力教学效果的提升，更与素质教育所强调的以生为本的教学理念相违背。

因而，以图形化编程促进小学生计算思维的培养，需要特别注意的一点在于统筹兼顾不同学生在学习能力、实践能力等各方面的差异，以最大限度满足学生在图形化编程学习过程中的真实学习需求。在教学目标的设计上遵循分层理念，即按照难易程度和学生的学习能力，将教学目标划分为入门、进阶、提高三个等级。这样既可兼顾学生的个性差异，又可使所有学生拥有充足的动手实践空间。同时，在综合运用所学知识和现有认知进行图形化编程学习时，教学目标对于不同学情的学生也具备可操作性。

（三）设计系统内容，构建一体化知识体系

在以往的小学信息技术编程教学中，很多学生在用编程语言解答问题时，往往无法准确建立起已学知识与新学知识的前后联系，程序语句的呈现往往带有明显的碎片化特征，而学生所接收到的知识信息只能在头脑中以碎片状态存储，形成短时记忆，从而加重学生的学习压力。基于此，在设计教学内容时，要以教学目标为核心，遵循结构性、系统化的设计原则，对教学内容进行类型划分，关联图形化编程工具中的对应模块，从而确保学生能够接收到有序的知识，并内化为自己的认知，在进一步完善学生自身知识体系的同时，引导学生独立思考、自主探究，有效激活与运用信息技术知识。

（四）创新教学模式，强化实用性操作能力

程序基础、算法思维、语法知识是开展图形化编程课程教学的基础，旨在培养学生的计算思维能力，并使学生的问题解决能力逐渐向计算思维能力过渡。因而，在图形化编程教学模式的创新方面，应当注重微项目作品与编程知识和编程技能的融合，从而促进学生对编程模块功能应用与问题解决过程的探索，进一步强化小学生的实用性操作能力和计算思维能力。

具体来讲，由于小学信息技术课程对于思维能力不足的小学生而言是一门陌生的学科，小学生对图形化编程中的功能模块和语言内涵的理解和应用就会显得尤其吃力，为此，教师必须以提高学生的逻辑思维发展水平为目的，为学生处理疑难问题提供系统化的学习支架。首先是认知支撑的构建，也就是在对图形化编程中所涉及的模块、语言知识点等进行教学时，用算法思维的有关概念加以阐述，让学生可以深刻地掌握图形化编程不同模块功能的使用方法，在丰富编程程序知识结构和内容的同时，进一步提升学习效果。其次是思维支架的搭建，以脚本的搭建为例，在脚本搭建过程中，学生不可避免地会遇到各种问题，而为了引导学生自主解决问题，同时提升学生逻辑思维能力，教师可以和学生一起进行项目分析，并将讨论结果和脚本搭建建议以程序思维流程图或算法思维导图的形式进行展示，以此搭建思维支架，推动学生独立完成编程项目和自身思维认知的建立。

除此之外，在设计项目活动时，教师要遵循一定的思维逻辑对编程创作中的项目模块进行细化。一是分解。分解的主要对象为活动总目标，分解的主要目的在于激发学生探究问题的积极性和能动性。因此，可以将总目标分解为若干相互关联的子目标，以确保各模块有明确的任务。二是模式识别。模式识别的过程是引导学生探究问题解决最优途径的过程，是在子目标的指引下，使目标问题向具体的问题解决流程图转化，以明确问题解决的思维逻辑。三是抽象与计算思维锻炼。这一环节是学习者充分调动自身的计算思维，以编程模块呈现流程图的各个环节，并完成脚本搭建的过程。学习者在反复运行、调试、完善程序的过程中，也会加深对模块功能使用的理解。

（五）完善评价体系，提升教学监督动态性

教学评价是教学活动的重要内容，是教师对教学方法、教学内容等进行优化时所需客观数据的重要来源，同时也是长效维系学生学习兴趣，有效调动学生自主思维的重要活动。在基于小学生计算思维培养的图形化编程教学评价环节，为了保证教学评价能够促进学生计算思维的培养，应当遵循动态观察、多元评价的基本原则，既要评价学生图形化编程学习过程，又要评价学生学习目标与教学目标之间的达成率和相对差距，从而综合评价学生计算思维能力的发展情况。具体来讲，应当注意三方面内容：首先，评价学生的完整学习过程，应当注意对四个维度内容的观察，即是否积极参与课堂互动，是否独立思考和自主探究，是否与其他同学相互配合，是否将个人的创新意识融入以图形式编程工具为基础进行的作品创作过程中；其次，在评价方式上，以教师单向评价学生为基础，综合学生的自我评估与反思，针对那些以小组形式展开的编程活动，还应增加组内评价，以有效避免教学评价陷入主观臆断中；最后，在对学生上传的编程作品进行评价时，可以借助Dr.Scratch 工具对作品的代码或功能进行客观评估，从而分析出学生计算思维能力的发展情况。特别要注意的一点在于，除了要评价学生作品质量的好坏外，还要将其与过程性评价相结合，以保护学生的自尊心和学习自信心。

总之，在素质教育背景下，培养小学生的信息素养成为小学信息技术学科的核心与灵魂所在。而计算思维作为其中的重要组成部分，既是人类社会发展的重要思维方式，又是数字信息时代小学生更好地适应社会生活的必备素养之一。以图形化编程促进小学生计算思维的培养，既符合课程改革的要求，又可以提升学生对问题的分析和解决能力。针对现阶段编程教学中的机械化记忆和训练方法，以及课程学习欠缺系统化和关联性等情况，教师要立足图形化编程教学的基本特征和学生的个体差异，设计具体的项目，为学生的理解和思维表达提供一个开放的训练平台，从而充分发挥图形化编程在促进小学生计算思维培养方面的重要作用。