苏燕艳
（一）研究背景
物联网、云计算、人工智能等技术的快速发展和普及不断改变着人们的日常生活方式，也转变了人们的认知结构和思维方式。因此，信息技术教育不仅需要提高学生应用技术工具的能力与操作技能，也要发展学生利用技术解决问题的能力，促进学生学科思维的发展。我国在2017年公布的《普通高中信息技术课程标准》中，首次将计算思维纳入了学科核心素养。
在诸多提升计算思维的手段中，编程教育以其特有的逻辑思维和创新能力培养的潜能成为培养学生计算思维的重要手段。近几年来我国大力倡导创客教育、STEM教育等新型教育模式，使得作为主力军的编程教育在中小学阶段广泛开展，图形化编程工具不断涌现，并成为中小学编程教育的主要载体。
由于国内图形化编程课程起步较晚，没有形成完整的课程标准，没有规范的教材，不能提供解决问题的详细的实践指导，缺少理论支持，未能冲破形式深入探究与设计，这些将导致学生无法提高解决问题的能力，计算思维的提升也收效甚微。因此，本文基于计算思维和图形化编程的内在联系，探索教学设计构建的新思路。
（二）基于计算思维培养的图形化编程课程
1.计算思维
计算思维是一种能够把问题及其解决方案表述成为通过计算工具进行信息处理的形式化思维过程。它包括涵盖计算机科学的一系列思维活动，是每个人应具有的基本能力。计算思维本质上是一种解决问题的方式，这种思维将问题分阶，并且利用所掌握的计算知识找出解决问题的办法。计算思维可以划分为五个要素：思维、分解、抽象、评估和概括。详见表3-5。
表3-5 计算思维的要素及内涵
通过对计算思维五要素的学习之后，我们可以了解计算思维在解决问题时有特定的思考流程，发现一个问题（思维），首先将问题拆解成许多的小问题（分解），接着找出问题直接的关联并将问题简化（抽象），然后根据问题设计方案，并分析可行性（评估），最后针对这个（这类）问题提供完整的解决方案（概括）。这样的思考方式不仅能够提高效率，能减少错误的发生，同时在出现“bug”的时候也能更快速地进行排查。比尔·盖茨说：不一定要会编程，但是学习工程师的思考方式，了解编程是做什么，对未来很有帮助。正是因为计算思维不仅能够用于编程、用于工作，也适用于日常生活及所有复杂的问题中，所以我们需要培养学生的计算思维，提高学生利用计算思维解决问题的能力。
在此，以我所在的柳州市第八中学为例，我校在构建创客教育课程体系过程中，一直将培养学生的计算思维作为重点，基于计算思维的培养探索出了引导和培养学生科学兴趣的教学模式，形成了柳州八中独特的创客教育模式。
2.图形化编程
图形化编程将传统编程晦涩的编程语法转化为直观形象的代码块，学生只需要通过拖拽、拼接图形块就可以完成程序编写。对于初中生而言，图形化编程可以有效降低学生对复杂代码编写的认知难度，学生的注意力能够更加集中于问题解决本身，而且基于图形化的教学也更有助于学生的计算思维能力的提高。
以柳州八中为例，90%以上的学生在小学阶段都未曾接触过编程，甚至对计算机的基础应用都知之甚少。因此，为了让学生能够快速入门，柳州八中选择了Kittenblock编辑器作为图形化编程教学的主要工具。Kittenblock是国内第一款基于Scratch3.0开发的图形化编程软件，界面简洁美观，软硬件功能都十分强大，不仅支持图形化编程转Python，同时还支持Arduino、树莓派、Micro、Bit、Tello等二十多种硬件。Kittenblock是一款非常适合中小学生的编程软件，编程过程就像玩游戏，拖拽积木，比较接近自然语言，同时Kittenblock内置的Python模块也更加适合从Scratch过渡到Python编程。
在新课标新课改的要求下，信息技术课堂不仅仅是让学生单纯学习某几个常用软件的应用，更要求培养学生自主学习、团结合作，能够健康地利用信息技术解决实际问题，让学生更加全面、系统地了解信息技术在生活中和学习中的应用。因此，教师在实际教学中，要以学生为主体，要积极发展以学生使用信息技术为主的自主学习模式，设置问题探究式教学模式，要以培养学生计算思维为目标。
因此，结合计算思维的要素特点与柳州八中图形化编程课程设置，根据培养学生计算思维这一目标，我们对图形化编程课程教学设计进行了探索。
3.教学设计原则
在教学设计过程中，将科学理论与课程特点结合起来，遵循其相关的原则，围绕学生年龄特点来展开，探索在图形化编程课程中如何能更好地促进学生的计算思维发展。设计过程围绕计算思维的五个要素进行教学设计，要遵循如下原则：
（1）体现学生为课堂的主体
信息技术课程需要提高学生的信息素养，促进学生全面而又富有个性的发展，着力发挥学生的主体作用。在教学过程中，教师通过引导、调动学生的主观能动性，帮助学生养成主动思考解决实际问题的习惯，使之成为知识的主动建构者。
（2）围绕真实问题进行情境创设
教师应重视学习情境的设计，根据学习者特征做出合适的教学设计，让学生能够通过对真实问题的探讨，体验情境，产生同理心，探索出需求问题。
（3）注重问题的分析与拆解
教师通过启发诱导，让学生能够将复杂的、笼统的问题拆解成一个个小的、可执行开展的问题。问题拆解是形成思路的关键，是后续找到解决方案的前提。
（4）关注自主探究和小组合作
新课标提出“要积极倡导自主，合作，探究的学习方式”，在日常的小组合作中，这三个元素是相辅相成的。在教师创设的情境下，激发学生自主探究问题的兴趣，如果出现较难的问题时，引导学生进行合作探究，帮助学生养成良好的思维习惯。
（5）重视反馈性指导
教师应当时刻关注学生的学习动态，及时调整不同层次学生的任务。在注重过程性评价的同时，还应及时对学生的作品进行体验反馈，组织学生交流，对作品进行测试优化。
4.基于计算思维培养的图形化编程教学设计流程
为了更规范、更系统地在柳州八中开展图形化编程教学，我们结合计算思维的五个要素与教学设计原则，绘制出基于计算思维培养的图形化编程教学设计流程图。流程图根据不同阶段，对教师与学生的主要活动进行拆分与细化，使教学目标能贯穿一系列教学活动。
(www.xing528.com)
图3-8 基于计算思维培养的图形化编程教学设计流程图
（三）基于计算思维培养的图形化编程教学设计案例
根据以上的分析，我选择生活中常见的“计费问题”为主题，结合图形化编程软件的内容，具体说明基于计算思维培养的图形化编程教学设计。
1.教学目标确定
（1）知识与技能目标
学会应用Kittenblock中的外观模块、运算模块与逻辑判断模块等命令制作计费工具。
（2）过程与方法目标
通过解决“计费问题”这一生活实际问题，提升学生解决问题的能力，通过流程图的搭建，培养学生的计算思维能力。
通过生活实际发现问题素材，培养学生的信息意识，使其通过个性化编程来解决生活中类似的“计费问题”，让学生丰富编程体验，培养编程思想，体验学习乐趣。
2.教学内容分析
本节课将图形化编程与数学、劳技课程内容进行整合，解决生活中的真实问题，在锻炼学生小组合作能力、计算思维、问题解决能力和程序思想的同时，也培养了学生积极探索、解决生活实际问题的能力。
3.教学方法选择
本节课采用基于解决问题的任务驱动法，课堂围绕“计费问题”的主题以张伯伯的话费问题为引入，学生在教师引导下通过小组的合作、讨论、不断完善设计，完成任务。
4.《编程解决计费问题》教学过程
图3-9 《编程解决计费问题》教学设计流程图
表3-6 《编程解决计费问题》教学设计
续 表
通过《编程解决计费问题》这一课的学习，学生逐步形成“分析问题—问题分解—抽象设计—测试优化—拓展”的思维方式。同时，他们还会关注是否有新的问题出现。如，有的学生提出，在实际生活中，通话时长是不存在小于零的情况，但是我们在课堂编写的程序即使输入负的通话时长，当月的话费也会按照最低消费扣费。于是，基于这一问题他们又继续分析、设计、优化。学生通过这一过程再次不断加深了思维方式。
5.思维模式的应用与效果
计算思维的形成不是一蹴而就的，只有经过不断地深化与使用，才能达到效果。柳州八中校本课程《图形化编程》的每一课例的设计都是从实际问题出发，在不断的学习过程中，学生的计算思维与解决问题的能力都得到了提升。编程对于他们不再是冷冰冰的字母、符号与数字，而是令他们或者他们的同学、老师、家人乃至学校受益的力量，在这一过程中涌现了许多优秀的作品。这些作品或关注社会热点，或关注民族文化，抑或是学科热点问题，具有很强的实用性。
图3-10 社会热点主题作品——《法制社会，扫黑除恶》
图3-11 民族文化作品——《明珠蒙尘》
图3-12 学科学习工具——《神奇的单词果子》
（四）结 语
随着现代计算的发展和普及，每一位合格的数字公民都有必要不断提升自身的信息素养和自主创新能力，理解计算的本质特征，做到可以灵活运用计算工具和方法解决问题。中小学信息技术课程是信息技术教育的基本途径，可以采用方法、工具应用和思维迁移相结合的策略落实计算思维教育，实现计算思维和中小学信息技术课程的全面融合。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
