经历问题解决过程，培养学生计算思维——以《小猫抓鱼》一课为例

李丰叶 刘晓东 江苏省江阴市要塞实验小学

计算思维是一个问题解决的过程，基于问题的教学方法则是一种适用于计算思维教育的教学方法。培养学生计算思维的主阵地是信息科技课堂教学，因此，教师要以发展学生计算思维为导向，将其渗透到课堂教学设计与实施中。2021年，笔者所在城市为每所小学都配置了一款集成多种传感器的Arduino开源硬件主控板，此后结合开源硬件的图形化编程教学也进入了常态化课堂。下面，笔者以江苏省小学五年级信息科技教材《小猫抓鱼》一课为例来谈谈计算思维的教学策略。

● 想玩——真实体验，创设问之境

基于问题的教学关键在于问题的设计，问题设计要根据教学内容和目标，以及学生的知识水平和情感认知展开。同时，创作的作品应趣用相融，在有趣的前提下，可以解决生活中的现实问题，如用声音传感器制作噪音检测仪、用光敏传感器制作智能台灯等。

《小猫抓鱼》一课的教学内容是认识摇杆传感器，了解摇杆的工作原理，学习摇杆传感器的使用方法，利用传感器来控制角色移动。在现实生活中，摇杆传感器主要是用于遥控设备。而五年级的学生已具备一定的图形化编程基础，结合学生的兴趣点，笔者设计了让学生创作“小猫滑雪”作品，并用“如何用摇杆传感器控制小猫移动？”这一驱动性问题来贯穿整节课教学。

导入环节：

课前播放2022年北京冬奥会上谷爱凌滑雪夺金的视频。

学生了解游戏规则，玩“小猫滑雪”游戏1.0版。（1.0版是按键盘的上下左右四个方向键控制小猫向不同方向移动）并请一位学生上教师机体验“小猫滑雪”游戏2.0版，学生观察玩法有什么不同？

生：2.0版中的小猫会随测控板上的摇杆传感器上下左右移动。

师：与按键相比感觉怎么样？

生：2.0版控制小猫更方便，比1.0版好玩多了。

教师出示课题。

课例从学生津津乐道的谷爱凌滑雪夺金导入，通过两种不同游戏玩法对比，让学生直观地感受到用摇杆传感器来控制角色运动更便捷、更好玩，从而产生问题，激发学习兴趣。

● 善思——设计问题链，明确思之径

利用计算机求解问题的基本过程可描述为：问题的定义及形式化、建立问题的逻辑模型、算法设计、编程、运行和维护。因此在教学中，教师不仅要让学生完成编程，更要让学生学会思考如何用计算机的知识解决问题。

思维的推进依赖于问题的引导，在教学中教师可以根据驱动问题设计“问题链”，按照学生的思维方式适时有序地引导其逐步分解问题，明确思考的路径，抽象出问题解决的过程模型。

例如，本课例围绕驱动问题设计了一系列引导性问题：摇杆传感器是什么传感器？如何读取摇杆传感器的端口值？如何表示摇杆传感器上下左右拨动？如何让小猫随着摇杆传感器上下左右移动？如何不让小猫跑出赛道和舞台边缘？这些问题有些由教师提出，有些由学生思考后提出，还些则由学生在探究中主动发现。

● 能创——学习支架，架起探之梯

对分解后的小问题，当学生无从下手时，教师可在学生理解知识的关键节点、重要环节搭建学习支架，引导学生进一步分析思考、实验探究，最终解决问题，创作出有创意的作品。提供的学习支架可以是半成品、学习单、图表、优秀作品等形式。

1.提供半成品，聚焦问题探究

结合测控板的图形化编程教学实践，笔者发现如果教学时从零开始创作作品，那么因时间关系，会弱化课堂的主要学习内容。因此，在教学时教师可以采用半成品策略，预先做好非本课重点且耗时过长的部分，留出本课教学重点部分给学生完成，使课堂能聚焦于关键问题的探究。

例如，本课例教学时提供给学生已经完成的“小猫滑雪”1.0版，这是学生基于图形化编程基础已经能制作出来的，避免学生“白手起家”，使探究更有针对性。另外，本课中表示摇杆拨动与变量有关，而小猫角色移动与坐标值有关，虽然学生已经学过调整坐标值改变角色的位置，但两者放一起时仍会产生混淆，而半成品能解决这一问题，降低学习的难度，有利于突破难点。认识摇杆传感器，了解其工作原理环节的具体过程如下：

学生用Mind+打开桌面上的“小猫滑雪1.0”文件。

师：先观察一下小猫的脚本，现在小猫会怎么样？

师生阅读、分析脚本，教师用表格小结。

活动1：认识摇杆传感器。

教师指导学生按正确的方向摆放测控板，同桌两人相互检查。（摆一摆）

学生观察摇杆传感器的外形。回忆以前有没有见过或者用过？（看一看）

学生体验拨动摇杆传感器，发现角色不随摇杆移动。（拨一拨）

播放小猫介绍摇杆传感器的微视频。（听一听）

师：跟滑杆相比，摇杆拨动时有什么不同呢？（比一比）

小结：它有两个电位器，可以向水平、垂直方向拨动。所以，摇杆有两个端口号，找一找摇杆旁的测控板上写的端口号是多少？（找一找）

2.可视化显示，突破问题解决

在学习图形化编程时可以借助思维可视化的工具，帮助学生理解抽象的算法，降低学习的难度，突破问题解决。思维可视化的主要工具有表格工具和图示工具。

例如，本课例中“如何表示摇杆上下左右拨动”是学习的重点也是难点。如何让小学生形象、直观地观察摇杆拨动时数值变化规律，理解数值变化与表示摇杆向上、下、左、右四个方向拨动之间的关系呢？笔者借助直观的图形符号和实物图演示，让隐性思维可视化呈现，逐步分析问题，最后用表格工具来记录方案，从而突破本课难点。

分析摇杆拨动时的模拟值环节：

学生活动：测试摇杆在静止、最左、最右、最上以及最下这几个位置对应的模拟值，并记录在学习单上。

师生分析数值，教师小结。

师：摇杆向右拨动时X的值的范围是多少？（教师用摇杆实物图在一体机画面上移动演示）所以可以用什么来表示摇杆向右拨动呢？

师生讨论后小结：一般来说，当X＞600时表示摇杆推向右边。

师：如何表示摇杆向左、向上、向下呢？（师生分析后共同得到结论）

在一步步分析问题的过程中，学生才会真正理解为什么用X＞600来表示摇杆向右、用X＜400来表示摇杆向左、是否可以用别的数值代替等。这一过程就将现实问题转化成了计算机可以实现的表达方式。然后师生借助表格进一步分析，形成解决问题的算法，再搭建脚本初步解决问题。从中让学生体验与感悟将问题抽象为一系列可执行步骤的思维方式。具体如下。

搭建脚本，初步解决问题环节：

师：如何表示摇杆拨动我们已经知道了，如何让小猫随摇杆上下左右移动呢？（教师出示表格，引导学生将这个问题分解成四个小问题）

我们先来实现“如果摇杆向右拨动，那么小猫向右移动”。想一想，对于这个脚本要改动什么？

生：按键向右改成摇杆向右，就是X＞600。

学生活动：尝试搭建脚本，实现如果摇杆向右拨动，那么小猫就向右移动。

请一位学生上教师机演示。

师：如何让它也可以随着摇杆向左移动呢？

学生活动：搭建脚本，实现摇杆控制小猫上下左右移动。

3.思维导图总结，把握探究根本

教学不能仅仅满足于解决当前问题，还要及时对解决问题的方法进行归纳总结，培养学生的概括思维。当规律内化为学生的思维方式后，学生就能在学习中融会贯通，将其迁移到其他问题的求解中，这也是解决问题的根本所在。

在本课例中，在学生解决问题后，笔者请学生想一想：“我们是如何实现摇杆控制小猫移动的呢？”这是一个总结归纳性问题，笔者通过思维导图式的板书引导学生归纳出“认摇杆—建变量并赋值—测数值—得结论—搭脚本”这一解决问题的方法。

4.层次性拓展，优化问题解决

在学生初步解决问题后，要鼓励学生调试程序。程序调试在图形化编程学习中是非常重要的环节，学生不仅能在调试程序的过程中进一步发现问题，还能获得成就感，体验计算机的自动化属性。考虑到学生的差异性，可以提供相应的学习单、学件等支架。需注意的是，提供给学生的学习单、学件应具有启发性、层次性，不能直接给出答案。

学生试玩游戏，发现这个游戏还有问题。

生1：小猫上下移动时会移出舞台。

生2：小猫左右移动时会跑到赛道外面。

学生活动：同桌合作，借助学习单上的小锦囊解决问题，优化程序。

教师转播学生作品，评价作品。

本课例中问题1比较简单，问题2稍难一些，学生借助“锦囊”这一学习支架，任选一个问题合作解决。

5.创意作品引领，拓展创新思维

当学生解决“用摇杆控制小猫移动”这一问题后，教师让学生体验“小猫滑雪”3.0版，3.0版中加入了按钮传感器的综合创意设计，转变学生思维定势，激发学生深入探究的兴趣，同时也让学生体悟到开发作品可以按这样的思路一步步地迭代升级。

学生小组讨论如何让游戏更加丰富多彩。

师：大家的奇思妙想可真多！我们可以从难度和趣味两方面着手，难度上可以设置时间限制、设置生命值等，趣味上可以加金币、减少生命值等奖励惩罚。

请一位学生体验“小猫滑雪”游戏3.0版。看！小猫有个秘密武器，按绿色按钮，小猫能抛出雪球，让小动物先避让开。小猫只有两个雪球哦！

师：我们可以结合测控板的其他部件来设计游戏。课后大家根据自己的想法来丰富游戏。期待同学们设计出4.0版、5.0版！

● 乐享——合作学习，分享思之获

笔者在实践中发现，结合测控板的图形化编程学习尤其要提倡合作学习，因此在组织学习时，将六人组成一个学习小组，成员分工明确，有器材收发员、器材调试员、技术指导员、纪律维护员等。课堂上每个学习小任务都由同桌两人合作探究完成，通过互动交流，分享解决问题过程中各自的想法，及时补充修改，加深对问题的理解。