計算思維導向下的小學生編程多元化教學實施路徑

黃嬌應 (福建省龍巖市實驗小學 364000)

在計算思維導向下的小學生編程教學以培養計算思維為目標,旨在培養學生掌握解決一類問題的方法和技術。實施項目式、學科融合、合作學習與互動實踐、激發思辨與創新編程等多元化編程教學策略,可以有效促進小學生計算思維、創造力和實踐能力發展,培養解決問題的創新思維、合作精神、自主學習能力等綜合素養。

一、實施項目式編程教學策略, 增強學生解決實際問題計算思維

項目式編程教學策略是讓學生在完成具體項目的過程中,體驗項目規劃、項目實施與項目評價等計算思維,理解編程在解決實際問題中的重要性和應用價值,進一步提高編程技能。以“制作一個交通信號燈控制系統”為例,說明項目式編程教學策略實施步驟達成的解決實際問題的計算思維。

1.設計有挑戰性的項目

可以為學生設計有一定難度和挑戰性的項目,要涉及實際問題或應用場景,設計項目內容時,要確保項目與學生的年齡和能力水平相匹配。如“一個交通信號燈控制系統”項目式教學,教學對象為六年級學生,依據學生生活經歷和認知能力,設計挑戰性項目——利用microbit開源硬件及其編程,設計一個交通信號燈模擬系統,實現十字路口紅綠燈切換。

2.引導學生提出問題和思考解決方案

通過引導學生提出相關問題,讓他們思考可能的解決方案,激發學生好奇心和探索能力,幫助他們明確項目目標和需求。如紅燈綠燈持續的時間多長比較合理? 當直行路口亮綠燈時,對面的紅綠燈如何提示? 如何控制橫行路口為紅燈? 這些問題在程序上如何實現,需要哪些條件判斷、邏輯關系?

3.引導分組合作

項目式教學需將學生分成小組,學生相互協作、分享思路和經驗,合作解決問題,培養團隊合作和溝通能力。小組分工協作,一定要明確設計交通信號燈系統的結構、規格、外觀等,共同思考如何將設計的交通信號燈應用于實際,解決交通流量高峰等,達成小組協作創意物化的目標。

4.提供必要的指導和支持

鼓勵學生自主思考和解決問題,激發他們創造性思維和自主學習能力的同時,教師要提供必要的指導和支持,幫助學生理解項目要求、解決遇到的問題,讓學生順序完成項目。如在編寫程序,測試功能時,指導學生將系統控制程序分解成若干子程序(紅綠燈的狀態、倒計時、切換順序),小組分工編寫,項目負責人負責整合各子程序、調試主程序。提供場景材料支持各小組模擬不同交通狀況、仿真測試系統的運行結果。指導小組改進、完善、優化子程序,嘗試增加一些額外功能,如聲音提示、特殊路況處置等,使系統更加完善和實用。

5.鼓勵創新和嘗試

鼓勵學生嘗試不同思路的解決方案,即使這些嘗試可能不成功,也能幫助他們從失敗中吸取教訓,并找到新的方法來解決問題。鼓勵學生展示和分享項目成果,演示交通信號燈模擬系統功能,交流項目設計和實施經驗等,收集同學、老師對項目的評價,進一步完善項目成果。在項目實施中,學生學會提出創意和創新想法,發揮想象力和創造力,設計和實現獨特的解決方案,提升解決實際問題能力。

項目式編程教學策略,將主要促進以下兩種計算思維發展:一是解決實際問題水平。在項目實施過程中,學生需要掌握開源硬件功能及其編程工具,分析現實的交通信號燈切換規則,并將其轉化為可編程的算法,編寫信號燈切換控制程序,模擬交通信號燈控制系統。二是創造性思維。在項目實施過程中,學生根據實際交通流量調整信號燈切換時間,以優化路況,還可以添加特殊功能,如在節假日根據不同時間段,設置不同的信號燈模式等。

二、實施學科融合編程教學策略, 培養學生跨學科與知識遷移的計算思維

學科融合編程教學是將編程與其他學科結合起來,通過跨學科的教學方法引導學生學習編程技能解決實際問題,激發學生的創造力和創新思維。在培養學生跨學科與知識遷移思維中,進一步提升問題解決能力和綜合思考的計算思維。

實施學科融合編程教學策略,從學科需求、設計編程任務、整合資源、引導跨學科思考四方面入手:一是了解學科需求。深入了解學科課程學習目標,與學科教師合作。確定如何將編程與學科內容融合,共同制訂合適的教學方案。以“數學與編程融合”為例,在繪制幾何圖形編程活動中,學習使用編程語言和編程工具繪制各種幾何形狀,同時引導學生探索形狀的各種屬性和特征。二是針對學科內容設計編程任務。根據學科學習目標,設計與學科相關的編程任務,讓學生通過編程解決學科問題或應用學科知識。如在數學課程中,可以讓學生設計數學游戲或模擬數學問題。三是整合學科資料和資源。收集并整合學科相關資料、案例和應用實例,并提供給學生,引導學生探索、應用和擴展學科知識。四是引導學生進行跨學科思考,讓不同學科專長的學生合作,共同開展跨學科項目。例如,數學專長學生和編程專長學生合作,可以進行數據分析和可視化項目;藝術專長學生和編程專長學生合作,可以進行游戲開發等。通過學科融合的編程活動,培養學生將編程應用于學科問題的能力,并在不同學科間進行知識和技能遷移,進而促進學生從多個學科角度綜合思考和解決問題能力。

三、實施合作學習和互動實踐編程教學策略,提升學生團隊協作解決問題的思維能力

合作學習和互動實踐編程教學策略是鼓勵學生進行合作學習,組建小組,共同解決編程問題或開發項目。通過合作與互動,學生可以相互激發思維火花,共同解決問題,培養小組合作和溝通能力。在編程教育中,合作學習和互動實踐是非常重要的教學策略,能夠激發學生學習興趣、培養小組合作和溝通能力,提高學習效果。

實施合作學習和互動實踐編程教學策略步驟如下:

1.根據主題形成小組項目

引導學生形成小組,先分工完成編程子項目再將子項目合成完整的項目,共同解決編程問題。如“控制機器人舞蹈”編程項目,需要將舞蹈動作分成幾個模塊進行編程構思與設計,小組組員分工對各模塊進行編程程序,再整合成一個完整舞蹈系統程序,在測試過程中進行互動實踐和反饋,改進機器人的舞蹈表演。

2.組織互動討論和分享活動

通過課堂討論、在線論壇等方式開展互動討論和分享活動,讓學生積極參與互動,從互動中提高學習有效性。

3.開展交流展示活動

組織學生進行編程作品的展示和交流活動。學生可以展示自己的項目、分享編程經驗和見解等,促進學生之間交流和合作,激發他們學習興趣和創造力。合作學習和互動實踐編程教學策略,側重培養學生的計算思維能力。一是學生在合作中相互學習和支持,增強團隊合作能力。二是學生在合作中共同思考和實施解決方案,有效溝通與協商,提升問題解決與協作能力。三是學生通過實踐和反饋的迭代過程來改進編程方案,培養問題解決和持續學習的能力。

四、實施激發思辨和創新編程教學策略, 培養學生批判思維與創新思維

激發思辨和創新的編程教學策略是鼓勵學生思考問題的多種解決方法,鼓勵他們挑戰自己的思維。通過培養學生思辨和創新能力,激發他們想象力和批判性思維,幫助學生發展批判性思維、創造力和問題解決能力。

1.提出開放性問題

教師提出沒有明確答案的開放性問題。如“設計和開發一個智能機器人”案例中提出“你認為什么是智能機器人?”“智能機器人有什么特點?”“你認為有感覺功能的機器人就是智能機器人嗎?”等問題,引導學生進行討論和互動,鼓勵學生提出自己的見解、提供多種解決方法,從他們思考問題的不同角度,培養他們批判性思維。

2.應用項目導向學習

鼓勵學生通過實際項目來運用編程技巧和概念,讓學生參與創新項目。如“設計和開發一個智能機器人”項目中,提供一系列挑戰性任務:模擬環境中的搜索和救援、完成迷宮、進行目標導航等。應用任務激發學生思辨能力,促使他們設計創新方法和算法來解決問題。在項目中,鼓勵學生自主思考問題、提出解決方案,并激勵他們追求創新和改善。

3.鼓勵創新意識

給學生自由空間,鼓勵他們在編程中表達自己想法和創意,設計并實現自己想法。例如,創造新的游戲規則、設計獨特的界面等。通過創意編程,學生可以展現獨特創造力,并培養創新思維。

4.鼓勵參與編程競賽和挑戰

鼓勵學生參與編程競賽和挑戰,展示他們的編程技巧和創新能力。這些競賽和挑戰,可以激發學生的競爭意識和創造力,推動他們不斷提升和創新。實施激發思辨和創新編程教學策略,學生主要可形成兩大計算思維習慣。一是批判性思維。學生通過探索和分析問題,評估不同解決方案的優缺點,培養批判性思維能力。二是創新創造思維。學生要思考新穎的解決方案,在編程領域中展現獨立思考和創新靈感。

在小學生編程教育教學中,綜合應用項目式、學科融合、合作學習與互動實踐、激發思辨與創新編程等多元化實施策略,提供多樣的編程活動,強調編程思維的實際應用,鼓勵創造和合作,提供適當的挑戰等形式,滿足不同層次學生需求和興趣。訓練學生計算思維和編程能力。