信息技术课堂发展学生计算思维能力的探索与实践

罗荣

【摘要】信息技术高速发展的时代，特别是《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》发布以来，培养学生计算思维成为了发展学生核心素养必不可少的部分。如何对处于基础阶段的学生进行编程教学，激发学生的学习兴趣，是信息技术课堂实施的关键内容之一。本文介绍了两个“编程一小时”活动案例，为信息技术课堂中的编程教学提供参考，体现趣味活动在信息技术教学中的具体应用。研究结果发现，“编程一小时活动”能开阔学生眼界，普及计算机科学，提升学生的计算思维。

【关键词】信息技术课堂;编程教学;计算思维

随着大数据、人工智能等新兴技术的迅猛发展，数字化成为现代教育技术的新形态之一。计算思维的重要性越来越突出，受到国家教育部门的广泛关注。早在2017年，《新一代人工智能发展规划》中指出 “在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广”，目的是通过编程类学科的学习促进学生计算思维的发展。《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》也明确把计算思维列为学科核心素养之一。计算思维是一种思维方式，为解决问题的过程提供一种全新的视角，不仅只运用于计算机领域。美国国际教育技术协会将计算思维定义为一种解决问题的过程，该过程包括明确问题、分析数据、抽象、设计算法、评估最优方案、迁移解决方法六个要素。

尽管计算思维有着变革性的意义，然而对于如何在教育教学过程中提升学生的计算思维能力，中小学信息技术教师依然处于探索阶段。一是多数信息技术教师对计算思维的理解仍然停留在操作层面，缺少理论支撑教学;二是在实际教学中，教师缺少对培养学生计算思维的活动设计;三是部分编程学科的操作难度高，没有恰当地利用编程平台和工具开展教学，导致学生缺少学习热情和学习积极性，学生计算思维难以得到真正提升。

“编程一小时”活动为有效解决计培养学生计算思维遇到的瓶颈提供了可能。变成一小时活动简单易学，每个学生都能成为“小小编程家”。而且学习者能通过游戏来学习编程，有助于激发学生的学习积极性和学习热情。

一、案例描述

“编程一小时”活动是一个全球性活动，英文为（The Hour of Code），缩写为HOC。该活动已经在180多个国家和地区开展，数千万学生参与了这项活动。任何人在任何地方，都可以组织此项活动，每次教学的时间为1小时左右，并且参与者不需要编程经验，活动大多数是免费的。

“编程一小时”所提供的都是非常有趣的编程游戏。让不同年龄阶段的学生通过游戏来学习编程，发展计算思维。“编程一小时”让大家通过喜闻乐见的游戏方式来快速了解和学习编程。以下是课堂教学过程中的的2个实例。

1.“编程一小时”活动之我的世界

本活动通过让学生在游戏“我的世界”中，根据指令完成任务来理解编程思维，其中指令中包含顺序执命令、条件判断命令和循环命令，三种命令随机组合，学生通过拖动鼠标移动对象来完成任务，如图1、图2。

我的世界网址（http：//mc.163.com/hourofcode/）为学生提供了3个学习编程的游戏，学习者可以根据自身情况选择对应的难度关卡。在单击“马上体验”按钮后，可以打开“我的世界”游戏介绍页面，学习者可根据需要观看视频或文字说明，随后进入选择角色的页面，完成角色选择后可单击进入正式的游戏界面。

编程闯关的方式：在页面上使用鼠标把“模块”一栏中的命令积木拖动到页面右边的灰色区域中，再按照任务的文字说明搭配组合好，最后单击页面左边黄色的“运行”按钮，将会显示结果。完成后，可以单击“继续”按钮进入下一关。在游戏中，学生按照命令将积木拖动到指定的代码区域里，这样计算机会自动执行所有的命令。这些积木是事先准备好的，我们只需要按照每一关的要求进行组合即可。如单个的命令积木按照从上到下的组合就是顺序执行，“如果前面有熔岩，执行……”就是条件判断命令，“重复……次”就是循环命令。完成所有的关卡后，学生可以下载打印自己的电子证书，如图3、图4。

此活动要求学生在编程过程中有清晰的逻辑认识，通过依次执行命令来锻炼学生的编程意识，发展计算思维。

2.“编程一小时”活动之点灯机器人

Lightbot——点灯机器人，是一款益智类的编程教育游戏，自问世以来就风靡世界。该游戏画面精美，通过简单的5个命令：前进、左转、右转、弹跳、点灯完成所有关卡，让学生在玩耍中学会基本的编程思维。网址是https：//lightbot.com/hour-of-code.html，打开后选择Online Flash（in-Browser），就可以进入游戏。

点灯机器人中包含了顺序命令、循环命令、创建过程和调用过程。由以下三部分组成：（1）基础部分（Basics）：由非常简单的顺序命令组成，在规定的步数内让机器人点亮画面上所有藍色方块的灯，就算完成本关。（2）过程部分（Procedures）：引入了创建过程和调用过程的概念，难度超过基础部分，学生可以根据画面要求创建一个或两个过程，并在主函数调用这一两个过程点亮所有的蓝色方块的灯，不超过规定的步数，才算完成本关。（3）循环部分（Loops）：通过创建过程和调用过程，包括过程自己调用自己（即编程中递归函数的概念），点亮所有的蓝色方块的灯，不超过规定的步数，则过关。

同样，完成了点灯机器人的全球编程一小时活动，同样可以获得相应的电子证书。

通过以上2个实例，我们了解了“编程一小时”活动是通过生动有趣、寓教于乐的形式，为学生提供了学习基础计算机语言，发展计算机思维的机会。形式与内容都与学生的年龄和兴趣点非常贴近，深受学生喜爱。这就像学生起初学习外语时，枯燥陌生的语法往往很难引起学生的学习兴趣，而通过大量的听说训练来培养学生的语感往往可以事倍功半，我们学习编程发展计算思维也应该首先培养一种“编程感”，然后再进行系统地学习计算机语言语法，算法等相关知识。

二、结论和建议

利用互联网高速发展的数字世界，信息技术给社会生活带来越来越多的影响和改变，发展数字世界的核心素养就是计算思维。将“编程一小时”活动引入信息技术课堂，能丰富、改善信息技术课堂教学。

首先，“编程一小时”活动有利于学生更好地认识世界。“编程一小时”活动带来丰富的信息化产品，并且使用物联网、云技术、大数据将生活数字化，有助于学生在数字化时代开阔眼界。其次，“编程一小时”活动有利于培养学生的计算思维，并且指导日常决策，进而改变我们的日常生活，提高创新、改变世界的能力。最后，“编程一小时”有利于普及计算机科学，让学生在一小时内学习到基本的编程知识。参与者可以使用可视化编程语言在游戏情景中体验编程方法，发展计算思维。

计算思维是新时代每个学生必备的核心素养，学习编程，发展计算思维不是为了人人都成为程序员，而是为我们开启新的思维方式。让学生接触并学习计算机语言，进而发展他们的创造性思维与抽象思维，并且培养独立思考与解决问题的能力。

参考文献：

[1]周以真.计算思维[J].中国计算机学会通讯，2007，3 （11） ：83-85.

[2]王旭卿.面向三维目标的国外中小学计算思维培养与评价研究[J].电化教育研究，2014，35（7）：48-53.