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1、少儿编程教学中的计算思维培养实例摘要：现代信息技术发展迅猛，新软件和硬件层出不穷，学生在学习信息技术课程时容易眼花缭乱。被动、完成任务式地学习操作技能，往往实际教学效果不佳。通过本学科校本活动课程中的教与学，笔者发现：编程课中有意识地引导和启发，会促使学生形成一定的计算思维，推动其将本学科初期培养的信息意识、积累的多媒体实操经验，通过知识迁移的方式融会贯通起来。学生会感受到各类软、硬件是相通关联的，从而更明晰地学习本学科知识，进一步推动学生计算思维的发展。关键词：少儿编程，计算思维，思维迁移引言：小学信息技术课程体系中，涉及文档编辑、多媒体影音制作、可视化图形编程、计算机硬件处理、计算机网络等
2、多知识面，接触学习的软件繁多，往往给学生一种应接不暇、难易差别大、零碎分散的感觉。大部分学生通过课堂学习仅停留于操作层面，课后延展和各单元间连贯性不够，很容易产生下课即忘的现象，每单元均需重新接受新的软件和思维概念。全观整个小学阶段，学生往往却只能记住一些零星的软件名和操作步骤，甚至还会失去最初对信息技术这门课程的兴趣和信心。如何帮助学生搭建本学科内各知识点的关联，让学生在学习中掌握核心技能、培养关键思维，促进知识体系形成，达到“通一脉而舒全身的效果。带着这个困惑，笔者开始在教学中不断摸索。一、少儿编程中的计算思维计算机业界标志性人物乔布斯说过：“人人都应该学习一门计算机语言，因为它将教会你如
3、何思考。究其原因，少儿学习编程的本质，在于对思维方式的培养。通过计算机编程获得的计算性思维逻辑，可以有效指导少儿进行信息技术学科全方位具体学习和实践活动。1 .少儿编程的意义少儿学习编程最重要的是学习编程思维，培养教导孩子解决问题的能力。一个孩子如果懂编程，他或许就是未来世界的创造者；如果不懂，他只是一切信息技术工具的使用者。随着人工智能发展越来越深入，编程作为人类与计算机沟通的工具,与我们日常生活的各方面都交织在一起。2 .小学阶段常见编程软件(1) ScratchScratch是由美国麻省理工科学实验室研发的一款面向小朋友的图形化简易编程语言，通过SCratCh的学习可以快速提升自主解决问
4、题的能力，它的特点是可视化，小朋友只需要跟着老师像搭积木一样，从左侧功能区拖动不同的指令就组合成一段段逻辑代码就可以创作出自己喜欢的动画故事，甚至是多媒体游戏等作品，Scratch不仅仅是编程工具，在编程过程中你跟老师一起动手实践，做游戏，探索自主学习乐趣；激发创造力和想象力。1.ogo1.ogo语言是一种符合小学生年龄特点，易学、易懂、易于掌握的结构化程序设计语言。出发点是将原本较为枯燥的程序设计形象化，学生在掌握了为数不多的Logo原始命令后，能在发现和探索中学习，通过操纵屏幕上的海龟来学习编写程序,强调创造性的探索给学生严密的计算思维和有趣的学习体验。(2) GoCGoC继承了Logo语
5、言的优点，引入现代的方法，是C语言的扩展。是专门针对小学和初中学生开发的趣味编程入门语言。GoC的特点就是简单易上手，并且保留了C/C+的全部语法结构。3.计算思维运用计算机科学领域的思想方法形成解决问题方案的过程中，所包含的一系列思维活动即计算思维。具备计算思维的学生在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题，抽象问题特征，建立结构模型，合理组织数据；通过判断、分析与综合各种信息资源，运用算法设计解决问题的方案；总结利用计算机解决问题的过程与方法，并将其迁移到与其相关的其他问题解决之中。二、围绕少儿编程展开思维迁移笔者曾完整执教小学各学段的计算机课程，内容涵盖电脑绘画、flash动画、
6、少儿编程、机器人创作，在信息类活动课教学中，和热爱计算机的小朋友互动交流时,学生们的提问和思考也引领笔者尝试探究本学科的教学系统和学生核心素养的培养。随着知识点增多、知识面拓宽、层次加深，学生大脑中存储的信息知识和思维可能变得更加系统完善，而非零散的、冗杂的、碎片化的。而达成上述所说的关键就在于培养学生的计算思维，小学编程课中无不渗透着这一核心素养。它将推动学生的知识融会贯通，相互迁移，在脑中如同打通信息技术学科的任督二脉，技艺大增。1 .与计算机对话，共享“画笔1）利用画图软件图形工具作图（在二年级电脑绘画课上，通过教授孩子们如何使用画图软件中各类图形工具,发挥想象和创意进行组合，绘制一个属
7、于自己的田园小房子。如图1,学生们课堂上画得认真，作品丰富多彩。课后一位小女孩走向笔者：“老师，电脑真的好聪明啊，拥有神奇的图形工具，比我在纸上画的标准多啦！它是怎么做到的呢？正当笔者思考以何种儿童语言讲解更便于其理解时，一位男生答道：“编程，那都是靠人类编写程序实现的！,r,flMB.图1利用画图软件图形工具绘制田园瞬菇屋（2）拖拽Scratch软件指令积木绘图语言往往没有直观感受生动直接，编程又是什么呢？带着这个解答一半的问题,在其后的Scratch编程课中，笔者和学生们尝试使用“画笔这一拓展模块，和计算机进行了有趣对话，指挥Scratch中的画笔，犹如搭建积木一般，逐步绘制同款田园蘑菇房
8、。第一步，分别绘制单个图形利用“画图课中养成的思维方式，绘图前先分析图形元素，学生知道需要绘制直线、圆形、三角形、正方形等各类图形，我们对导入的铅笔角色从简易的正方形开始，通过拖拽“落笔、“移动、旋转等指令模块来完成绘制，学生很快完成绘图，如图2o接着，学生探究多边形转角规律，尝试灵活运用抬/落笔、移动、“旋转、循环控制等指令模块的组合，绘制其他多边形和组合图形，如三角形、菱形、六边形、八边形、小草等图案。他们的学习热情高涨，思维灵敏的学生会发现，随着多边形边数增加，绘制的多边形越来越接近圆形，能通过不断调试数值绘制所需大小的圆形。第二步，灵活使用更多指令，完善绘图完成单个图形的绘制后，学生尝
9、试使用更多模块指令，组合图形，设计画面内容。他们通过“移动到坐标、“画笔颜色、”画笔粗细、“抬/落笔等指令缓慢控制画笔移动进行作图。操作逐步熟练，学生将“画图软件中使用图形工具的操作体验迁移到此处，尝试将已编写的单个图形指令积木块，通过“事件模块中当按下某键指令，分别拆分到相应的按键控制中。个别学生还尝试添加“清屏c、“橡皮擦等其他角色，对它们分别搭建指令积木，使其完成相应功能。最终，学生呈现的画面色彩鲜明、富有童趣，如图3。而这一设计过程，正是借助计算思维进行知识迁移，让学生体验了绘图和可视化编程的乐趣，初步感知计算机画图原理，收获成就感。图2利用“Scratch”软件绘制正方形图3利用Sc
10、ratch”软件搭建田园蘑菇屋.一(3)编写“GOC代码绘图令人惊喜的是，高年级有Scratch编程基础的学生，课后利用GoC软件，在Scratch可视化编程的基础上，通过编写代码，实现了绘制田园蘑菇屋作品，如图4。其中将此前Scratch中各按键控制和角色中的单个图形和功能指令，分别以代码语句的形式编写进相应函数，控制GoC中的画笔前进、旋转，完成多边形、圆形的绘制和文字输入，在主程序中利用GoC基础绘图命令，控制画笔位置、颜色、粗细等，调用并修改函数参数，实现单个图形的组合和整幅画面的创作。图4利用“GoC”编程绘制田园蘑菇屋2 .与计算机对话，共创动画(1) Flash中制作逐帧动画电脑
11、动画课中逐帧动画的制作，难点在于让学生理解动画的原理和关键帧的概念。实际教学中，笔者采用手绘翻页连环画的形式进行导入，让学生直观感受动画的形成，再将每一页模拟为Flash软件中的“帧，引导学生将动画主角的每个动作图片分别放置到各关键帧同一位置中，如图5o运行动画，小老虎就在舞台上跳动起来啦！学生还可尝试添加舞台灯光、观众等多组图片素材，利用逐帧动画原理，让舞台上各处灯光闪烁、台下观众鼓掌，如图6。三M图5手绘翻页连环面+关键帧概念图6Flash逐帧动画运行效果(2) Scratch.GOC中动画效果制作将逐帧动画的原理迁移到图形化编程中，重难点迅速迎刃而解。在Scratch课堂中，学生导入海龟
12、角色的多个造型图片，拖拽指令使同一角色的各造型循环切换，调试等待时间，小海龟缓速追着鱼儿遨游，如图7。在GoC软件里，学生进一步知识迁移。通过编写命令，调入并设置自行车图片序列，循环调用已编号的序列图片，自行车转动前行，如图8。图8GoC中调入设置图片序列，循环调用形成动画效果(3) 计算机对话，共导地图1）ScratchGoC中设计平面线路图（在学生可视化图形编程的初期课堂中，练习最多的就是直走，（移动）、“转弯（旋转）等基本指令的灵活运用。学生发挥想象力，可以设计出很多创意作品。如图9,无人小车在地图平面图中，在编写好的GoC代码指令下，按序接到分处3处的同学去科技馆参观。仔号E充Bt拿N
13、X?胃字去图9GoC中设计线路，指挥无人车行走Scratch课后，笔者引导学生进行思维拓展和创作，让导航变得更加智能逼真。如图10,学生在移动、旋转命令的基础上，尝试开始将平面思维过渡为立体空间思维，利用“面向某方向指令，将东南西北四个方向的行走方式，设计进方向键控制中。利用侦测和控制模块巧妙设计，判断角色是否偏航，同时增加了外观模块中的切换场景、文字显示命令以及声音模块，使导航的过程变得更加生动有趣。运行程序后,可以手动指挥小女孩角色沿着正确路线回家练习声乐和钢琴，或去往剧场练习舞蹈。这是一次开放性的设计，学生可通过如绘图、音乐、运算、动画等拓展功能不断添加作品场景。激发学生为了兴趣而钻研编
14、程，为了灵感而实现创作。图IoSCratCh中运用直走、转弯等基本指令，指挥无人车行走指定路线（2）中鸣机器人编程，现实中线路图停留在平面线路图的设计层面还欠缺些许真实感，机器人班的学生们尝试将ScratchGoC编程中所学知识，迁移进机器人课堂，利用机器人积木搭配各类传感器，搭建实体小车，将平面线路搬进了现实。如图11,学生们搭建的霍金小车，可以通过光电传感器感知环境中颜色光线变化，适时调整方向，巡沿地面上所贴黑色路线行进。在此基础，学生们可通过拖动程序画布中的指令积木，或直接打开代码窗口，对小车的运行程序进行不断调试，或新增传感器和指令，使小车感知环境中声音、障碍物等，在巡线行走的基础上，
15、实现声控亮车灯、遇障碍转方向等更多功能，让小车变得更加灵气。图11巡线机器人编程脚本和机器人运行状态三、计算思维促学科内知识融合上述3个基于Scratch.GoC等编程语言的少儿编程课实例，引导学生与计算机“深度对话，从画图、FlaSh到Scratch.GoC,再到机器人搭创。虽分属不同的活动课程，涉及诸多不同类别的软件。可是学生们成功地实现了知识的迁移、语言的互通，课堂作品的呈现充满趣味和创造性，层次虽不断加深，但学生不再觉得编程生涩无趣。同时通过编程实践，学生们逐渐感知信息课程所学技能多样，但核心本质还是编程中所体现的计算思维。有声有色的画图、FlaSh等多媒体制作课程，会培养学生信息意识
16、，推动编程课中思维迁移和计算思维的培养；同时通过编程课中所培养的计算思维，进一步明晰信息技术课程中知识关系，增强数字化软件的学习与创新能力。少儿编程的学习过程，存在三重境界。第一重：被动接受，学习命令和语句；第二重：任务推动，模仿实例；第三重：最为关键重要，也最难突破，就是利用语言本身来思考，不断提高计算思维，感知计算机原理，进行思维创作，解决实际问题。教师要做的，就是在教学过程中，启发学生借助Scratch.GoC等少儿编程培养计算思维，将所学知识有效迁移，走入第三重境界，揭开计算机的神秘面纱，成为计算机小能手。参考文献江涛陈茂贤：魔法学院的奇幻之旅用GoC编程绘图（基础篇），广东高等教育出版社。方其桂：和小猫起学编程一一超好玩的SCratCh2.0,清华大学出版社。安殷福：跨学科计算思维培养：利用图形化编程语言解决数学问题，中国信息技术教育,2020年第17期。
