基于计算思维培养的小学图形化编程与古诗词融合教学探索

【摘 要】如何提升学生计算思维能力是当前信息科技教育探究的热点领域。本文在厘清计算思维本质的基础之上，简要分析了当前图形化编程的教学现状，并以Kitten图形化编程融合古诗词学习为例，在“诗词大玩家”益智游戏教学过程中渗透计算思维核心六要素，旨在帮助学生通过图形化编程的学习提升计算思维能力，增强信息科技学科核心素养。

【关键词】计算思维；图形化编程；核心素养；融合教学

【中图分类号】G434 【文献标志码】B

【论文编号】1671-7384（2024）09-055-03

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的颁布，让计算思维再次成为信息科技课堂教学关注的热点。相比于信息意识、数字化学习能力与创新、信息社会责任这三大素养，计算思维因其价值定位和“面向学科”的特性格外受到大家的关注。因此，在信息科技课堂教学过程中，如何培养学生计算思维成为众多教育工作者探究的焦点[1]。

计算思维本质

厘清和把握计算思维的本质是能够高效开展信息科技课堂教学的重要保证。计算思维概念最早是由周以真教授在2006年3月提出的，并在2014年进行进一步完善，她认为计算思维是运用计算机科学的思维方式及基础概念进行问题求解、系统设计，并像计算机科学家一样思考问题、理解问题、解决问题等涵盖计算机科学的思维活动。从定义中可以看出，计算思维是一种思维活动，且应该是每一位普通人都应该具备的一项“技能”，而这种“技能”就是分析问题、解决问题的能力。因此，从本质上说，计算思维是通过分解、建模、抽象、算法设计等手段以达到问题解决的思维活动过程。而分解、建模、抽象、算法设计则是计算思维的四大核心要素，也有学者认为还包括评估和迁移两个要素，即六大核心要素[2]。

图形化编程教学现状

为提升学生编程素养和能力，很多地区在小学中高年段开设了以图形化编程为主的程序设计课程，但目前图形化编程教学尚存一些问题。第一，章节之间的连续性不强，知识点比较独立，而且每一课的内容即为完成特定效果的操作步骤，学生在学习的过程中按照流程就可以实现相应的效果，但分析问题、解决问题的能力并未得到提升。第二，教学形式比较机械化，虽然在授课过程中教师会以任务驱动的方式推进，部分教师还设置了游戏闯关来增强学生学习的趣味性和积极性，但学生在完成任务时多数是参照教师给出的代码，有的甚至只需修改个别参数，课堂看似很活跃，但学生的思维并没有得到很好的训练。学习图形化编程的最终目的并不是把学生培养成程序员，而是以问题为驱动，借助图形化编程工具完成算法设计，在不断的调试和完善中解决问题，而问题的解决过程正是思维变化的过程，图形化编程工具则将思维变化过程进一步可视化、具体化[3]。

案例设计与实施

陕西师范大学张立国教授提出，计算思维的培养策略可以从三个方面进行探索：一是基于游戏化理念，二是基于问题解决理念，三是基于可视化理念。因此，笔者从计算思维的本质出发，以上述三大理念为指引，结合学生现有的认知基础，将图形化编程教学与小学生古诗词学习相融合，设计并创作“诗词大玩家”游戏。通过融入古诗词学习以增强学生学习兴趣，进一步调动学生的主观能动性，让学生在教师的帮助与指导下进行问题分析和算法设计，以实现动手操作能力和计算思维能力的提升[4]。

1.设计背景

（1）案例背景。此案例以近几年热门节目《诗词大会》为切入点，通过调查发现，五、六年级的学生对该节目都不陌生，甚至有学生对其中的环节了如指掌。以学生身边的真实节目为背景，一方面可以增强课程内容的代入感，另一方面也为学生后续设计游戏环节提供了“脚手架”。笔者将图形化编程与古诗词学习结合起来，通过对益智游戏“诗词大玩家”的设计与开发，提升学生计算思维以及增强学生对学习古诗词的兴趣。

（2）内容背景。本案例所涉及的内容涵盖了五年级上册所有的知识点，如移动、交互、变量、随机数、图章、条件判断、循环等，此外，还有部分新增的内容，如列表的使用等，属于一款综合性的益智游戏，学习内容为图形化编程的进阶内容。因此，在教学过程中主要以第二课堂为主阵地，每周有两次课，每次课程2课时，学生创作时间比较充足；学习对象是五、六年级的学生，因为这个学段的学生有一定的编程能力和算法思维，创作欲和表现欲比较强烈。

2.内容安排

本案例创作过程中摒弃了以往“先易后难”“先基础后实践”的教学安排，而是以项目设计与开发的历程组建学习内容。整体内容分为“课题引入”“游戏设计”“游戏创作”三个部分。其中“课题引入”部分包括“介绍试玩”和“工具选择”两个环节，主要是让学生通过游戏体验激活原有认知，为后续的游戏设计提供灵感和借鉴。“游戏设计”分为“功能设计”和“环节设计”，其目的是让学生通过前面的游戏试玩，再结合自己的思考，完成游戏设计。而“游戏创作”部分则包括“程序编写”和“迭代修改”两个环节，旨在通过算法设计、程序编写完成游戏制作，并通过迭代修改完善游戏功能。在课时安排方面，学习总时长为6周（24课时），其中课题导入1课时，游戏设计3课时，游戏创作20课时。

3.实施路径

（1）组建学习小组。组建学习共同体可以帮助学生拓展思维，增强合作和交流能力，通过发挥不同学生的优势完善游戏设计。在此过程中不仅可以提升学生独立思考、自主学习能力，更重要的是可以增强学生沟通交流、合作探究、批判性思维等高阶思维能力。因此，在正式开展学习活动之前，按照组间同质、组内异质的原则组建学习小组，每组3～4名学生。在学习过程中，通过头脑风暴完成功能设计和环节设计，并借助思维导图进行呈现，将计算思维中的分解、建模、抽象等主要步骤通过绘制“问题解决流程图”的形式进行集中体现，通过技术工具将隐性思维显性化，帮助教师随时了解学生的思维变化过程。

（2）梳理教学流程。提炼并优化教学流程是通过图形化编程提升学生计算思维的重要环节。传统 “任务驱动—教师讲授—学生练习”的图形化编程教学模式，虽然可以帮助学生掌握编程工具的基本操作，了解模块命令的使用方法，但不利于学生分析问题、解决问题能力的培养。学生学习之初积极性很高，但在熟悉了学习方法和流程以后便会进入倦怠期，学习效果将难以持续，久而久之，学生会对编程学习产生厌倦情绪。而产生这一现象的最主要原因就是学生的学习内容简单，学习过程机械，缺乏创意。

在本案例的创作过程中，笔者充分发挥学生的主体性和创造性，摒弃了以往的教学方式，按照“问题提出—方案设计—画流程图—撰写脚本—评价反馈—迁移应用”的教学流程，重点帮助学生通过独立思考、小组讨论分析问题，厘清问题解决的思路，借助流程图进一步将学生的思维显性化，并通过程序搭建和调试来验证方案的可行性。该流程基本囊括了计算思维的核心六要素，在整个游戏创作过程中，学生始终保持很高的学习积极性和创作欲，很好地将Scratch图形化编程的基础知识和在生活中的游戏体验迁移到自己的游戏创作中来。下面以“巧用图章工具”一课为例进行阐述。

本案例是完成游戏创作的重要节点，其主要目标是能够利用文字印章工具实现将从“五言题目”列表中随机抽取的题目逐字显示在九宫格里。笔者将计算思维六要素融入到教学流程中。首先，引导学生将需解决的问题分解成“如何在题目列表中随机抽取一道题”“如何将抽取的题目与九宫格的位置建立联系”“如何利用循环和图章工具将文字显示出来”三个子问题。然后，继续引导学生找到列表和图章之间的融合点，并实现文字复制的最优方案，通过以上两步帮助学生完成问题分解和建模。接着，让学生绘制出流程图，再根据流程图搭建程序并调试优化。最后通过作品分享、师生互评、生生互评的方式进一步优化作品，并思考如何在现有作品的基础之上继续实现游戏功能，进而让学生完成抽象、算法设计、评价和迁移应用四个环节。让学生通过分析问题、归纳总结、搭建程序、交流反馈等活动完成对问题的解决，在实际教学过程中，课堂气氛活跃，学生积极思考，计算思维能力得到明显提升[5]。

（3）展示学习成果，增强学生创作的成就感。本案例在设计和创作的过程中依托了编程猫在线编程和UMU两个数字化学习平台。通过编程猫在线编程平台学生可以在线进行图形化编程，重要的是可以在线分享自己的作品，除了可以让老师和同学欣赏和评价自己的作品以外，也可以将作品分享给朋友和父母。而UMU平台则是存储和展示学生的学习证据，包括学习任务单、思维导图、每次课的源程序代码以及最终的案例汇报视频等。数字化学习平台的运用一方面可以极大提升学生数字化学习能力，这也是信息科技学科的核心素养之一；另一方面通过可视化的技术运用可以极大地增强学生的创作热情。除此以外，更为重要的是过程性学习证据可以完整地表征学生思维变化的过程，也为过程性评价提供了重要的数据支撑[6]。

教学总结与反思

本案例通过6周的教学实践，学生生成了很多有创意的作品，通过最后一课的作品展示和分享可以看出，有些小组的作品虽然最后的功能还没有完全实现，但是游戏的页面设计、功能设计、环节设计都非常有创意。例如，“诗词小达人”小组在美术教师的指导下设计了非常唯美和逼真的游戏页面；在环节设计方面他们听取了英语老师的建议，将环节分为“游戏试玩”和“挑战自我”两个环节，让诗词挑战者可以先通过“游戏试玩”环节了解游戏规则，然后再进入挑战环节；在游戏结束环节该小组采用的规则是给游戏挑战者180秒的固定时间，时间到则游戏结束。而“玩转诗词”小组则在游戏结束环节采取了不同的规则，他们采用的是增加或减少“答题次数”的方式，给每位游戏挑战者3次“答题次数”，每答对一题增加一次答题次数，反之则减少一次。UMU数字化学习平台上也积累了学生丰富的学习过程性证据，部分学生将小组完成的游戏作品让语文教师欣赏以后得到了极大的肯定。学生通过案例的学习不仅掌握了图形化编程学习的方法，更为重要的是增强了计算思维等高阶思维能力。

经过修改和完善，“玩转诗词”小组作品获得了2023年广东省科技劳动教育暨学生信息素养提升实践活动和2023年深圳市中小学生网络夏令营活动小学组程序设计类一等奖。组委会评委的肯定也进一步反映了作品创意好、质量高，学生学习方法得当。

图形化编程被众多学者认为是提升学生计算思维的有效途径之一，但学习内容和学习方式至关重要。学习内容要以学生生活或学习中的真实问题为切入点，以增强学习兴趣和激发创作灵感；学习方式以“玩中学”“做中学”和“创中学”为主，让学生在实践的过程中提升分析问题和解决问题的能力，要借助图形化编程的特点和优势，通过可视化工具让学生计算思维的培养真正落实在课堂上。

注：本文系2023年深圳市光明区教育科学规划课题“基于跨学科学习的小学高年段人工智能教学实践研究”（课题立项号：GMQN202317）阶段性研究成果

参考文献

[4]张立国，王国华. 计算思维： 信息技术学科核心素养培养的核心问题[J]. 电化教育研究，2018（5）： 115-121.

马波. 从算法思维到计算思维[J]. 软件导刊·教育技术，2019（5）： 71-73.

章伟. 培养计算思维的小学编程校本教材开发与应用：以应用Scratch创作“迷宫大战”为例[J]. 中小学数字化教学，2018（3）： 55-57.

刘欢庆，顿卜双. 计算思维教学误区及应对策略[J]. 中小学数字化教学，2019（12）： 52-54.

杜春梅，杭晓峰. 例谈小学信息科技课程中核心素养的培养[J]. 中小学信息技术教育，2023（11）： 49-51.