计算思维导向下的小学生编程多元化教学实施路径

黄娇应 (福建省龙岩市实验小学 364000)

在计算思维导向下的小学生编程教学以培养计算思维为目标,旨在培养学生掌握解决一类问题的方法和技术。实施项目式、学科融合、合作学习与互动实践、激发思辨与创新编程等多元化编程教学策略,可以有效促进小学生计算思维、创造力和实践能力发展,培养解决问题的创新思维、合作精神、自主学习能力等综合素养。

一、实施项目式编程教学策略, 增强学生解决实际问题计算思维

项目式编程教学策略是让学生在完成具体项目的过程中,体验项目规划、项目实施与项目评价等计算思维,理解编程在解决实际问题中的重要性和应用价值,进一步提高编程技能。以“制作一个交通信号灯控制系统”为例,说明项目式编程教学策略实施步骤达成的解决实际问题的计算思维。

1.设计有挑战性的项目

可以为学生设计有一定难度和挑战性的项目,要涉及实际问题或应用场景,设计项目内容时,要确保项目与学生的年龄和能力水平相匹配。如“一个交通信号灯控制系统”项目式教学,教学对象为六年级学生,依据学生生活经历和认知能力,设计挑战性项目——利用microbit开源硬件及其编程,设计一个交通信号灯模拟系统,实现十字路口红绿灯切换。

2.引导学生提出问题和思考解决方案

通过引导学生提出相关问题,让他们思考可能的解决方案,激发学生好奇心和探索能力,帮助他们明确项目目标和需求。如红灯绿灯持续的时间多长比较合理? 当直行路口亮绿灯时,对面的红绿灯如何提示? 如何控制横行路口为红灯? 这些问题在程序上如何实现,需要哪些条件判断、逻辑关系?

3.引导分组合作

项目式教学需将学生分成小组,学生相互协作、分享思路和经验,合作解决问题,培养团队合作和沟通能力。小组分工协作,一定要明确设计交通信号灯系统的结构、规格、外观等,共同思考如何将设计的交通信号灯应用于实际,解决交通流量高峰等,达成小组协作创意物化的目标。

4.提供必要的指导和支持

鼓励学生自主思考和解决问题,激发他们创造性思维和自主学习能力的同时,教师要提供必要的指导和支持,帮助学生理解项目要求、解决遇到的问题,让学生顺序完成项目。如在编写程序,测试功能时,指导学生将系统控制程序分解成若干子程序(红绿灯的状态、倒计时、切换顺序),小组分工编写,项目负责人负责整合各子程序、调试主程序。提供场景材料支持各小组模拟不同交通状况、仿真测试系统的运行结果。指导小组改进、完善、优化子程序,尝试增加一些额外功能,如声音提示、特殊路况处置等,使系统更加完善和实用。

5.鼓励创新和尝试

鼓励学生尝试不同思路的解决方案,即使这些尝试可能不成功,也能帮助他们从失败中吸取教训,并找到新的方法来解决问题。鼓励学生展示和分享项目成果,演示交通信号灯模拟系统功能,交流项目设计和实施经验等,收集同学、老师对项目的评价,进一步完善项目成果。在项目实施中,学生学会提出创意和创新想法,发挥想象力和创造力,设计和实现独特的解决方案,提升解决实际问题能力。

项目式编程教学策略,将主要促进以下两种计算思维发展:一是解决实际问题水平。在项目实施过程中,学生需要掌握开源硬件功能及其编程工具,分析现实的交通信号灯切换规则,并将其转化为可编程的算法,编写信号灯切换控制程序,模拟交通信号灯控制系统。二是创造性思维。在项目实施过程中,学生根据实际交通流量调整信号灯切换时间,以优化路况,还可以添加特殊功能,如在节假日根据不同时间段,设置不同的信号灯模式等。

二、实施学科融合编程教学策略, 培养学生跨学科与知识迁移的计算思维

学科融合编程教学是将编程与其他学科结合起来,通过跨学科的教学方法引导学生学习编程技能解决实际问题,激发学生的创造力和创新思维。在培养学生跨学科与知识迁移思维中,进一步提升问题解决能力和综合思考的计算思维。

实施学科融合编程教学策略,从学科需求、设计编程任务、整合资源、引导跨学科思考四方面入手:一是了解学科需求。深入了解学科课程学习目标,与学科教师合作。确定如何将编程与学科内容融合,共同制订合适的教学方案。以“数学与编程融合”为例,在绘制几何图形编程活动中,学习使用编程语言和编程工具绘制各种几何形状,同时引导学生探索形状的各种属性和特征。二是针对学科内容设计编程任务。根据学科学习目标,设计与学科相关的编程任务,让学生通过编程解决学科问题或应用学科知识。如在数学课程中,可以让学生设计数学游戏或模拟数学问题。三是整合学科资料和资源。收集并整合学科相关资料、案例和应用实例,并提供给学生,引导学生探索、应用和扩展学科知识。四是引导学生进行跨学科思考,让不同学科专长的学生合作,共同开展跨学科项目。例如,数学专长学生和编程专长学生合作,可以进行数据分析和可视化项目;艺术专长学生和编程专长学生合作,可以进行游戏开发等。通过学科融合的编程活动,培养学生将编程应用于学科问题的能力,并在不同学科间进行知识和技能迁移,进而促进学生从多个学科角度综合思考和解决问题能力。

三、实施合作学习和互动实践编程教学策略,提升学生团队协作解决问题的思维能力

合作学习和互动实践编程教学策略是鼓励学生进行合作学习,组建小组,共同解决编程问题或开发项目。通过合作与互动,学生可以相互激发思维火花,共同解决问题,培养小组合作和沟通能力。在编程教育中,合作学习和互动实践是非常重要的教学策略,能够激发学生学习兴趣、培养小组合作和沟通能力,提高学习效果。

实施合作学习和互动实践编程教学策略步骤如下:

1.根据主题形成小组项目

引导学生形成小组,先分工完成编程子项目再将子项目合成完整的项目,共同解决编程问题。如“控制机器人舞蹈”编程项目,需要将舞蹈动作分成几个模块进行编程构思与设计,小组组员分工对各模块进行编程程序,再整合成一个完整舞蹈系统程序,在测试过程中进行互动实践和反馈,改进机器人的舞蹈表演。

2.组织互动讨论和分享活动

通过课堂讨论、在线论坛等方式开展互动讨论和分享活动,让学生积极参与互动,从互动中提高学习有效性。

3.开展交流展示活动

组织学生进行编程作品的展示和交流活动。学生可以展示自己的项目、分享编程经验和见解等,促进学生之间交流和合作,激发他们学习兴趣和创造力。合作学习和互动实践编程教学策略,侧重培养学生的计算思维能力。一是学生在合作中相互学习和支持,增强团队合作能力。二是学生在合作中共同思考和实施解决方案,有效沟通与协商,提升问题解决与协作能力。三是学生通过实践和反馈的迭代过程来改进编程方案,培养问题解决和持续学习的能力。

四、实施激发思辨和创新编程教学策略, 培养学生批判思维与创新思维

激发思辨和创新的编程教学策略是鼓励学生思考问题的多种解决方法,鼓励他们挑战自己的思维。通过培养学生思辨和创新能力,激发他们想象力和批判性思维,帮助学生发展批判性思维、创造力和问题解决能力。

1.提出开放性问题

教师提出没有明确答案的开放性问题。如“设计和开发一个智能机器人”案例中提出“你认为什么是智能机器人?”“智能机器人有什么特点?”“你认为有感觉功能的机器人就是智能机器人吗?”等问题,引导学生进行讨论和互动,鼓励学生提出自己的见解、提供多种解决方法,从他们思考问题的不同角度,培养他们批判性思维。

2.应用项目导向学习

鼓励学生通过实际项目来运用编程技巧和概念,让学生参与创新项目。如“设计和开发一个智能机器人”项目中,提供一系列挑战性任务:模拟环境中的搜索和救援、完成迷宫、进行目标导航等。应用任务激发学生思辨能力,促使他们设计创新方法和算法来解决问题。在项目中,鼓励学生自主思考问题、提出解决方案,并激励他们追求创新和改善。

3.鼓励创新意识

给学生自由空间,鼓励他们在编程中表达自己想法和创意,设计并实现自己想法。例如,创造新的游戏规则、设计独特的界面等。通过创意编程,学生可以展现独特创造力,并培养创新思维。

4.鼓励参与编程竞赛和挑战

鼓励学生参与编程竞赛和挑战,展示他们的编程技巧和创新能力。这些竞赛和挑战,可以激发学生的竞争意识和创造力,推动他们不断提升和创新。实施激发思辨和创新编程教学策略,学生主要可形成两大计算思维习惯。一是批判性思维。学生通过探索和分析问题,评估不同解决方案的优缺点,培养批判性思维能力。二是创新创造思维。学生要思考新颖的解决方案,在编程领域中展现独立思考和创新灵感。

在小学生编程教育教学中,综合应用项目式、学科融合、合作学习与互动实践、激发思辨与创新编程等多元化实施策略,提供多样的编程活动,强调编程思维的实际应用,鼓励创造和合作,提供适当的挑战等形式,满足不同层次学生需求和兴趣。训练学生计算思维和编程能力。