探思《绿化小卫士》积木式编程教学设计

◇霍文兰（江苏：太仓高新区第三小学）

当今社会编程教育发展迅速，越来越多的学生通过不同方式接触、学习编程。与编程教育密切相关的计算思维也得到更多的关注和重视。在小学信息技术学科中，计算思维更关注学生对现象的判断，能否从表面化、可视化、情境化的问题中发现其背后隐藏的核心问题，从而在学习过程中不断抽丝剥茧，形成思维意识，逐步形成自己的思维方式，拓展思维层面，培养计算思维，以此来解决学习和生活中遇到的越来越广泛和丰富的信息技术学科问题。

编程是培养计算思维的重要方式之一，但学生在编程和实际操过程中会遇到一定的困难。教师需要准确把握学生在编程学习中遇到的前概念问题，合理编写教学设计，实现前概念的同化与顺应，以促进学生思维的发展。遵循由温特比尔特认知与技术小组提出的抛锚式教学策略建议，采用真实的生活情境、有效的问题驱动、合理的自主探究、良好的小组互助和针对性的效果评价五个步骤，提升教学设计的科学性和可操作性，真正为学生服务，培养学生的思维意识。

一、问题驱动引导思考，形成思维过程

计算思维能力发展的指向是问题化地看待目标对象，能够在不同情境中假设并进行有效推理，提出可行的策略和计划。根据皮亚杰认知发展理论，学生现处于思维发展的初步阶段，抽象概念处于初级阶段。教师要根据实际情况，把计算思维的培养蕴含在教学任务中，通过有效的问题引导，把抽象的知识点融入可操作的问题中，帮助学生逐步形成思考方式，使计算思维得到同步发展。

在教学过程中，以问题求解作为驱动导向，以任务目标作为贯穿手段，从而推动教学过程的整体开展。演示+分析+操作的传统教学方法，未能给学生足够的概念认知和多方面思考的机会，有时候会出现认知偏差的问题。所以，开门见山的方法虽“简单粗暴”，却很好地避免了不必要的麻烦，让学生在上课伊始就能高效进入学习状态。以问题驱动引导学生进行思考和实践，摆脱传统机械地学习模仿，有效地自我构建，逐步形成思维的过程。

（一）常规设计

先出示《绿化小卫士》作品，让学生看一看、说一说作品有几个角色、各个角色的动画效果如何、可能使用到的相关控件等，再分角色一个一个来做一做，最后在任务的驱动下完成作品。

（二）思考焦点

学生看似最后也能顺利完成程序的搭建，但细想教学设计的过程，其实一开始学生的侧重点就发生了偏移，放在了所有控件的选择上。程序搭建涉及方方面面，学生往往顾此失彼，所以可能课堂教学结束了也没有非常清楚地认识到所有控件中最重要的那几个，导致重点不突出，难点没突破。课后反馈时，多数学生出现知其然不知其所以然的尴尬状态，学生在学习过程中少了自主思考，仍旧相对机械，并非我们现在所倡导的提升核心素养、培养思维。

（三）修改后的设计

课堂教学开门见山，直接出示编程猫控制模块中三种重复执行控件，学生对今天要学习的知识点一目了然。然后出示《绿化小卫士》的作品，课堂情境以保护自然为主，在沙漠中种树，激发学生兴趣。观看的同时，要求学生把三种角色动画与可能使用到的循环结构相匹配，先从主观上进行第一步自主思考：可能是哪个？为什么呢？它们之间的区别在哪里？简单体验过后，根据学生的回答完成三个重复执行控件与角色的配对，然后根据学生的知识迁移、所掌握的内容，从简到难地完成教学任务。

师：编程猫控制模块中有三个有关循环的控件，请你们找一找。

（学生快速查看控件，相对容易找到。）

师：今天这节课我们主要通过完成角色程序来体验三种控件的区别和联系。（学生一边体验程序，一边进行思考。）

师：小组进行交流讨论后共同完成导学单中角色与重复控件的连线题。

（四）教学评析

基于计算思维的教学设计，教师侧重于调动学生积极性，由依葫芦画瓢完成作品的表层深入到对教师提出的问题是否有自己的思考和认识，能否将教师的驱动性问题上升到自己对问题进行思考和解惑，从而逐步形成自己处理问题的方式，逐步形成自己的思维方式。导学单、小组合作等形式让基础薄弱的学生解决了走弯路、费时间的问题，从上课伊始就进入高效课堂。不仅提高了课堂效率，也促发了学生的思考，学生思维得到了开启，带着问题进入课堂的下一个环节。

二、强调对比分析，让学生加深理解

五六年级的学生处于皮亚杰认知理论中的第三阶段：从前运算阶段的“表象图式”演化为“运算图式”，心理活动会趋于抽象的演算推理，虽仍需要具体外物的思维支持，但已能独立运算，具有一定的逻辑性。

《绿化小卫士》这节课的计算概念为循环，也就是重复执行。重复执行是编程猫学习知识点中的一个难点，是从单一命令逐步过渡到抽象复合命令。因此相比教材中零散知识点的教授，笔者认为如果学生不进行几个重复执行命令的对比，对编程猫程序中重复执行的三个控件就不能很好地理解和掌握，只是停留在表面，认为可以用该控件，也可以用另外一个控件完成，但具体哪个更好、更适宜，并没有非常明确认识。因而，笔者在课堂上进行了知识点的补充和重组，把程序中涉及的三个重复执行控件“重复执行”“重复执行n 次”和“重复执行直到”放在一个作品中，进行进一步学习和对比，让学生知其然，更知其所以然。

（一）常规设计

一般教学流程为：出示作品—教师介绍控件—演示搭建教学—学生练习编写完成。第一个控件，什么作用，完成怎样的效果；第二个控件，什么作业，完成怎样。

（二）思考焦点

在常规的教学设计中，思路并无问题，以任务驱动完成教学目标。但仔细思考会发现：知识点零碎、分散，这节课中会应用了，换个场景问题，学生可能就不会应用了。同时，循环结构知识点既是难点又对后续学习程序有着至关重要的作用，特别是条件与循环的结合使用，只有真正理解了，才能入编程的门。

（三）修改后的设计

白云空中飘，没有停止，先完成无限循环语句的应用；仙人掌出现，错落有致，完成计数型循环语句的应用；最后小树成长，结合大小条件，完成条件型循环语句的应用。

师：通过交流，大家是否赞成用“重复执行”完成白云的动作？

生：是的。

师：那仙人掌出现呢？

生:“重复执行n次”控件。

师：使用“重复执行n 次”控件比“重复执行”控件好的理由是什么？

生:白云一直飘动不停止，用无限循环的“重复执行”控件，而沙漠中仙人掌零零散散，数量合理，所以用具体的次数来控制比较好，当然也能用一定区间的随机数来表示。

师：数量合理、大小不一、陆陆续续这些在程序中可以通过哪些控件依次完成？

（学生思考完成。）

（四）教学评析

角色设计程序从易到难，学生在完成作品的同时产生思考：“为什么这个角色用‘重复执行’而不是‘重复执行n 次’控件？”“是否可以交换？”学生真正进行了角色对比、控件对比的思考，并且能在思考的过程中深入了解控件的区别和联系。整个教学的重点从教师单一讲解程序的编写过程转变为先让学生进行程序分析，再加深理解，继而对角色进行编写创新，加深了对程序的理解，提高了思维过程的严密性，提升了思维判断能力，把思维练习和培养落到实处。

三、转概念为规则，提高学生思维能力

皮亚杰认为学生在第三发展阶段，即计算思维形成阶段时，会接触并理解规则的含义，基于一定的规则条件学习如何更抽象地思考，从而由形成向发展产生质的变化。基于计算思维的教学设计，通过层层抽丝剥茧问题分析的引导，变概念性知识为规则性知识，学生可以相对较为轻松地实现程序搭建，将学生解决问题的思维逐渐引入运用程序语言、计算机的思维来解决问题。

本课的前概念问题主要涉及三个重复执行程序的异同和使用。帮助学生把概念性问题转化为规则性问题，同时进行分析理解并能使其合理使用，是本课的难点。

学习内容规则性知识重复执行概念性知识事件循环的定义思想无限循环怎样实现无限循环重复执行20 次循环的定义有限循环怎样实现有限循环重复执行直到循环的定义条件循环怎样实现条件循环，确定满足的条件

（一）常规设计

教师提出小树生长使用“重复执行直到”控件，当角色大小大于100 时，停止生长。教师一边讲解，一边拖动控件进行演示。然后学生再进行相关的练习。

（二）思考焦点

这个知识点按照正常的理解顺序就有点难度，特别是条件判断使用规则：符合满足条件时，跳出循环体往下；没有满足条件时，继续执行重复结构中的程序。与之前的顺序结构有所不同，学生由于思维定式，理解错误，很容易认为满足大小>100 时反而是运行重复结构中的程序。整个设计没有对程序进行详细分解，学习的过程总体单调，难以深入理解。

（三）修改后的设计

教师将“重复执行直到”所需条件使用和“重复执行n 次”进行比较，要素重叠分析：两者在程序搭建时是否可以互通？既然有时候可以相互使用，为什么使用前者而不是后者？两者的联系和区别又是什么？在问题驱动下，学生深入思考和探究，在学生尝试时，又进行要素的叠加对比和解惑，思维得到充分发展。

师：小树慢慢长大，用“重复执行n 次”控件可以吗？试试看。

（小组交流讨论。）

生：我们小组认为可以，如果初始大小为10，每次角色增大10，重复10 次，这样角色大到110 时就停止生长了。

师：你们小组很爱动脑，那如果每次增大5，重复多少次？

生：重复20 次，就是重复执行里面的程序与外面的次数要进行计算，如果数值大，好像有点麻烦。

师：很多时候，为了程序更有逻辑性和符合自然现象，我们会用随机数，代表生长有快有慢，那这时候，次数怎么判断？

生：好像不太方便。

师：确实，所以当进行重复执行需要满足一定条件时，我们有更好的选择，那就是“重复执行直到”控件，直到大小大于100 就可以停止了。根据导学单提供的文字描述和控件，再思考一下，可以怎样搭建脚本。

（四）教学评析

在此处的设计中，教学的主导是计算思维，学生借助程序描述和控件的提示，运用逻辑推理的方式对教师提出的驱动问题进行思考、实践和优化，最终实现目标。学生在已经掌握的“重复执行n次”控件的基础上，进行知识的叠加和延伸对比，慢慢理解和学习“重复执行直到”控件的使用方法。在完成小树生长后，通过教师的其他案例小结，进一步掌握此控件的使用技巧。在课堂上，基本功较为扎实的学生可以较为顺利地完成程序的搭建，基础相对薄弱的学生在小组成员的互帮互助下，基本也能完成搭建，教学效果良好。

综上所述，计算思维教学实践与教学策略的探究是验证计算思维在小学积木式教学中可行可用的关键之举。基于计算思维的信息技术教学设计，鼓励对知识点进行整体重构，通过梳理、分析、解惑等方法，给学生搭建思维发展的脚手架。通过多方面要素的叠加，鼓励学生深入思考，创作更优秀成熟符合生活实际情况的作品，最大限度地激发学生学习兴趣，体验程序设计的感受，培养开发计算思维。