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科研动态

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

作者:柯敏艳  日期: 2020-08-18  点击:

为提高学生核心素养,很多学校都开展了Scratch 可视化简易编程语言的教学。笔者通过构建以“迷宫大战”游戏设计创作为整体教学内容的校本课程,凝练出基于计算思维的教学方式,并尝试采取“班级圈”的课后社区交流模式,将小学Scratch 程序设计教学与计算思维培养、个性化学习进行了深度融合。

 

一、编程课程教学现状及推进意义

在小学信息技术学科中,开展程序设计课程教学是让学生理解并提高计算思维的重要途径。美国计算机科学家周以真教授认为计算思维“是一个明确问题和制定解决方案的思维过程”。培养计算思维能力是信息时代培养创新人才的需要,同时也是每个人应具备的基本技能之一。在 Scratch 可视化编程教学推广中,笔者通过研究并与同行交流后发现尚存在一些问题。其一,各章节知识点独立。基础型 Scratch 教材都采取基于知识点的方式设计教材内容,游戏化趣味性的教学资源随章节内容独立, 没有延续性。这种向学生灌输程序设计知识的教材编写方式,注重知识灌输而忽略了学生发现问题、分析问题能力的培养,容易使他们丧失学习兴趣。其二,教学方式单一。受教材的影响,大部分教师采用讲授式和任务驱动的方式教学,学生虽然能够很快应用知识完成任务,但不利于他们结合生活经验,与同伴协作交流,自主探究最优解决方案,更不利于运用计算机逻辑来解决实际问题。其三,课后辅导交流缺失。一周仅有一节课难以将相关知识技能固化,课后也没有提供实践探索计算思维的对应线上交流平台,周而复始,后续教学很难开展,同时一成不变的课堂还会带来一系列的纪律管理问题。

这些问题都导致传统的 Scratch 编程教学不利于计算思维的培养,开发适应校情学情的 Scratch 校本教材显得日益迫切和必要。在国内外中小学信息技术教育领域,计算思维也是课程改革的重点关注内容。从新的课程标准要求来看,开展计算课程教学更加有利于学生计算思维、创新思维和批判性思维的培养。《新一代人工智能发展规划》明确指出, 人工智能成为国际竞争的新焦点,应逐步开展全民智能教育项目,在中小学阶段设置人工智能相关课程,逐步推广编程教育。《义务教育课程设置实验方案》也明确指出,“地方与学校课程的课时和综合实践活动的课时共占总课时的 16% 20%”。随着创客教育、STEAM 教育等新教育理念和形态的兴起,开发相应校本课程不仅是基础教育课程改革的基本内容之一,也是学校层面实施核心素养教育的一个新亮点,是促进学校、教师、学生共同成长的有效途径,是社会对教育提出的更高要求。

       二、Scratch 校本课程的内容结构及组织

2015 年开始,坚持以生为本、教学相长、培养学生计算思维的原则,笔者着手设计《Scratch 趣味编程》校本教材。主要在以下两个方面进行了探索实践。

(一)教材结构的创设

Scratch 编程软件操作简单、指令多样,拖拽组合后功能强大。常见教材都按内容从易到难来设计章节,各章节内容独立,没有延续性,忽略 Scratch 编程教学的整体性。通过多次探索, 按一个学期做教学计划,笔者确定用 4 课时讲解Scratch 编程操作基础,以 12 课时设计创作实现“迷宫大战”游戏为整体教学内容,设计出 16 课时校本教材结构(如图 1)。

 

                                    图 1 校本教材结构

笔者摒弃了以章节知识点为主线的编排方式, 将小学阶段的 Scratch 指令模块全部集成到一个游戏项目任务,然后再细分出每课时的二、三级子任务,将知识点的学习潜移默化地融入项目任务。每节课师生共同确定游戏小任务后,学生通过查阅附录主动学习、与同学协作交流等方式自主尝试完成, 变被动学习为主动学习。教师则通过指导发掘出共性问题做重点讲解,把有限课堂时间还给学生思考和实操。自主设计的小任务还满足了学生的个性化需求,能帮助其快速掌握相关知识。这样的基于游戏项目设计的教材编排,不仅满足了一个学期的教学安排,还预留了学生自由发挥的机动课时;能让学生明晰每节课的问题,有充裕的课堂时间思考问题,在与同伴和教师的交流中快速将问题抽象描述为计算机信息处理的流程;同时,课后还能延续思考,自主探究出更多解决问题的方案。

(二)教学资源的构建

爱玩是儿童的天性,游戏是学生最期待的环节。在完成基础知识讲授后,笔者将简单的程序设计思想,如控制、交互、消息、事件等条件响应判断,变量、条件、逻辑等数据处理,顺序、分支、循环等程序结构,多媒体资源的调用等知识渗透贯穿游戏关卡教学,构建了教学资源(如图 2)。当学生了解到可以使用 Scratch 编写出简单游戏供自己玩,还能分享给同学、朋友、家人, 将会有极大的学习热情主动参与课堂教学。学生为了设计独特的游戏情节,必然会自主深度探究,与同学协作交流,与教师积极互动。这也有利于发展学生的个性并彰显人文情怀。从计算思维培养的角度看,为了完成游戏创作中关卡任务,学生要分析数据、抽象、设计算法、知识迁移、选择最优方案, 最终完成设计,会经历一个完整的计算思维锻炼过程。

 

2 教学资源架构设计

“迷宫大战”游戏设计作为教学主线贯穿整个学期,使学习变得更加自主、有效。教师在游戏关卡中渗透相关知识。学生在学习活动中主要是构思游戏情节并思考如何实现。技术的主要作用是辅助学生进行思维实现。让学生成为课堂的主人,以学定教,教学相长,能够提升学生适应终身发展和社会发展的必备品格和关键能力。从整个学期教学情况来看,学习目的明确、过程有趣,学生自主学习热情高,整体参与度高。学生能把编程学习融入创作具有生活化及富有个性的互动作品,这些都很好地促进了计算思维的培养。

     三、Scratch 校本课程的实施路径及保障

(一)凝练教学方式并推进课程实施

培养计算思维并实现个性化学习,提升自主学习能力和创新能力,不仅要构建合适的校本课程, 更要优化教学方式。Scratch 教学常用模式为“教师讲解—范例研习—提出创作主题—模仿设计—自由创作—分享交流评价”。讲解知识点并做案例分析,这种策略能让学生快速掌握单一知识点并内化运用,但不利于调动学生学习的主动性和积极性。学生只需按照教师讲解, 模仿案例即可完成任务, 尤其是学优生。此外, 用传统方式教学也不利于学生分析问题、解决问题能力的培养。有限的课堂时间不足以让学生发散思维,生发创意,往往会造成草草结束自由创作或者根本就没有创作,使协作学习、分享交流仅停留在教学设计上,难以扎根课堂。

不可否认,传统教学模式在学生掌握基础知识方面有着极佳的优势,但按照 Scratch 设计团队的想法,学习 Scratch 的着重点是“创作”,我们主张采用“在设计中学习”的方式来促进学生想象并创作。笔者在教学实践中凝练了新的教学方式,即“问题引入—分析归纳—画流程图—搭建程序—测试和调试—知识迁移”六个步骤分别对应计算思维的六大要素,并将计算思维的三维框架融入其中; 授课方式和课堂语言的组织,重点突出对学生思维的诱导、指引和总结归纳,使学生从“我要做什么” 向“我要怎么做”转变,最后到“我还能这样做”。

在实际教学中,课堂氛围轻松活跃,学生能将其玩游戏的实际体会、经验迁移到课堂上。问题引入可以采取教师提示或者学生通过交流讨论等方式确定,鼓励学生自主探究、协作交流分析问题,将问题抽象描述出来,绘制设计流程图;教师则辅助指导学生突破算法实现过程中的技术难点,并组织讨论(评价)不同实现方法的优劣。

(二)创新课后交流方式保障课程效果

当前,社会各界对小学信息技术课程重视还不够。除了利用课堂有限的时间,教师应当积极探索应用网络学习平台并在家长的配合下促进学生在课后进一步自主探究学习、交流、创作。笔者应用我“微信家校通”平台里的一对一数字化“在线学习” 模块,创建了“Scratch 编程班级圈”和“Scratch 创意作品圈”。笔者将每章节的教学微视频、脚本代码、案例资源、创意作品等上传到学习平台,方便学生碎片化学习。同时,家长能随时监控、掌握学生使用网络的情况。学生在Scratch 编程班级”能随时与教师、同伴沟通交流、上传作品、互动评价,这些都有利于激发学生的学习兴趣,拓展思维空间,创新作品。学生、家长、教师都能将作品上传到“Scratch 创意作品圈”,让全校师生体验、点评。教师还能针对学生的问题或作品及时进行一对一的指导、点评。

经过一段时间的尝试,课堂上,学生的创意思路层出不穷;课后,游戏创作中他们加入“躲避食人花或僵尸”“发射导弹”“放大招”“吃金币”“怪物落宝补血”等奇思妙想,并将作品上传到“Scratch 创意作品展”,经由全校师生点赞、点评后其学习热情高涨。让学生成为课堂的主体,以学定教,实现了教学相长。

实验三年来,学生提交的 Scratch 完整作品数量逐年上升,优秀学生不断涌现。学生创作的《保卫甜甜圈》《迷宫大战》等获得了广东省及深圳市等奖项。通过 Scratch 校本课程的教学还促进了学校机器人教育, 机器人社团的 Arduino 创客作品

    《超声波测距仪》在“第五届全国中小学机器人创客教育展评活动”中获一等奖。在学习 Scratch 设计创作游戏的过程中,学生能够随时去思考表达, 去创造创新,能够不断地在构思创意和创作实施中寻找挑战和平衡,有效促进了思维的锻炼;在课堂上和“班级圈”“作品圈”中体会合作与竞争、分享与独创;逐步形成一种在日常学习生活中乐于探索、努力求知的心理倾向,更重要的是能让学生尝试运用计算思维有效解决身边的问题。

创作游戏是学生的兴趣点,成功体验来自他们创作出更好玩更有挑战性的个性化游戏情节。利用“班级圈”“作品圈”能紧紧抓住他们的好奇心和好胜心。整体教学资源的构建,创新教学方式的实施,课后交流社区的创立,彰显了学生的主体地位, 不仅做到了“在设计中学”“玩中学”,而且落实了批判性思维、计算思维等学科核心素养教育。

 

(作者系广东省深圳市螺岭外国语实验学校教师)