基于计算思维培养的PBL可视化编程教学模式构建.pdf

计算思维是信息时代复合型人才应具备的基本素养，指在学习生活中利用计算机科学及相关技术解决问题时形成的一系列思维活动。在小学阶段，编程教育大多依托校本课程和课后服务的社团开展，教师对编程教育背后所隐含的计算思维的本质缺乏深入理解和认识，导致学生思维发展不具备可持续性、创造力不足等问题凸显。因此，在常规教学中开展编程普及教育，重构课堂教学模式，优化课堂教学环节，培养学生的计算思维是十分必要的。本文依托信息科技课堂，借助 Scratch 软件，以“无人驾驶智能公交车”教学设计为例，构建基于计算思维培养的 PBL 可视化编程教学模式，注重引导学生提取和探究问题，并在教师的指导和辅助下，不断输入和生成知识，最终找到解决问题的途径。在基于计算思维培养的 PBL 可视化编程教学模式中，教师和学生两大主体围绕“四个环节”和“八个过程”开展活动，具体模式构建如图 1 所示。一、聚焦：感知情境，提取问题“聚焦”作为课堂教学活动的第一个环节，其情境创设对学生正确发现问题与提取问题至关重要。创设情境时，教师需根据学生已有知识经验和认知水平，结合课堂教学目标，将教学与生活实际紧密联系，通过多媒体手段、虚拟作品演示等方式让学生将自身代入情境，明确学习任务，并能用概括性语言将其转化成要解决的核心问题。“无人驾驶智能公交车”一课的教学对象是四年级学生，多数学生在实际生活中并没有接触过无人驾驶，因此教师以视频形式展示了生活中无人驾驶的相关情境。学生在丰富的多媒体情境中充分感知无人驾驶的应用场景，在交流讨论中提取本课的核心问题，即如何实现公交车在不同基于计算思维培养的PBL可视化编程教学模式构建刘春 杨诗图 1 基于计算思维培养的 PBL 可视化编程教学模式探索50教学场景的自动驾驶。围绕这一核心问题，教师需要引导学生从可操作、可模拟、可实现角度进行思考，分析公交车行驶的应用场景和基本功能，如公交车的直行、转弯、避障等，为后续设计解决问题的方案作准备。二、探究：分解问题，设计方案计算思维的核心在于问题分解。面对纷繁复杂的问题时，学生往往不知如何下手。在探究环节，教师需要引导学生从应用场景、角色功能、问题规模等方面对核心问题进行分析，将复杂的问题分解成小问题，并将这一过程用自然语言、图示等方式进行表达，即思维成果的可视化。当这种问题分解方式成为思维习惯后，学生的计算思维能力将得到大幅度提升。本案例中，核心问题是公交车要在不同场景中自动行驶，那么按场景分解后要解决的问题有：1.行驶，即如何直线行驶和弯道行驶？2.避障，即如何检测到障碍物？3.站台停留，即如何准确停靠在站台位置？分解问题后，如何设计对应的解决方案？针对小学生，在编程课堂上大量涉及复杂的算法和流程图并不可取。这就要求教师充分了解学情，预设学生可能遇到的问题，据此设计学习支架，引导学生弄清问题的实质及问题背后隐含的思维模式，通过分析与综合、比较与递推从不同角度形成假设，设计方案。例如在“行驶”场景中，学生想到的解决方案都是平移等直线行走，这时教师可播放公交车曲线行驶的视频资源，让学生近距离观察、记录，总结转弯的规律，这就是方案设计的过程。同理，在“避障”和“站台停留”两个场景中，教师要正确引导学生发现避障和停留的关键，即障碍物、站台与公交车的距离检测，最终完成整体方案的设计。三、实践：学习新知，解决问题在实践环节，学生需要梳理出整体框架，整合新旧知识，将设计方案中的自然语言或者图示翻译成计算机可执行的积木指令，在调试修改中逐一解决问题。例如“避障”场景涉及距离检测，学生并不能完全依靠已有的知识经验解决问题，对新知的学习便应运而生。教师可利用道具反复演示公交车逼近“障碍物”的过程，引导学生在“侦测”模块中找到“距离检测”积木，设计遇到障碍物的条件，在测试中感受距离的变化，并修改阈值，直到公交车正确避障。对新知的学习是学生经历体验、理解并亲身感受知识的产生和发展后的一种自主学习行为，这种内驱的自主学习需求可让学生产生持续学习的兴趣和动力，其获得的知识也能更长久储存。四、应用：总结评价，迁移应用解决问题的方法往往不止一种，学生可将作品与同学分享，在交流讨论中实现思维碰撞，评估最优方案。在应用环节，教师可结合生活实际提出创新性任务，如由“站台停留”拓展到“红绿灯”的设计，通过作品的再创作，培养学生的知识迁移应用能力和创新精神。教学实践表明，基于计算思维培养的PBL“四环八步”可视化编程教学模式符合新课标所倡导的大单元教学设计理念，其操作简单、方便，在一定程度上满足了现阶段一线教师对小学生计算思维培养的需求。【本文系湖南省教育信息技术研究课题“培养小学生计算思维的可视化编程教学实践研究”（课题编号：HNETR20021）研究成果】（作者单位：长沙市岳麓区博才阳光实验小学）探索51教学