基于UbD模式的小学生计算思维培养

【摘要】《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》提出，计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在问题解决过程中涉及的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动。本文结合UbD教学模式，探索Scratch编程教学实践和研究，从抽象建模、设计算法、巧用流程图、描述算法，纠错反思、调试算法等方面探讨如何在编程课堂上，引导学生全面剖析问题、建模分析和解决问题，从而达到有效培养和提升小学生计算思维的教学目的。【关键词】Scratch编程教学；计算思维；算法UbD（UnderstandingbyDesign）指的是理解为先的教学设计，是一种以明确的学习目标为起点、以促进学生有意义学习为宗旨，强调评价设计先于课程设计和教学活动开展的创新型教学设计模式。计算思维是信息科技课程四大核心素养之一，也是小学信息科技教学的关键培养目标。计算思维可以借助编程作为载体来培养。Scratch作为小学生可视化图形编程教学的学习软件，自带的拖拽积木式指令模块能非常便捷地开启学生学习探索模式：通过问题的提出，进一步从问题中建模（分析问题）、巧妙利用流程图设计算法（解决问题），进而发展和提升小学生的计算思维能力。UbD理念指导小学编程教育与学生培养的意义计算思维是我们在形成问题和建模解决方案的过程中产生的一系列信息化思维设计[1]。计算思维是中小学信息科技学科要培养的核心素养之一，是信息科技学科本质的重要体现，也是新课标提出的中小学核心素养在信息科技学科呈现的重要表达。计算思维能够提高学生在信息时代的适应性，帮助学生建立起更加科学的思维方式，在理解计算方法、灵活运用计算技能的基础上全面提高信息素养。计算思维对于提高小学生对数字世界的辨别能力具有重要作用，这就要求教师在平时的教育教学中不断地提升和锻炼学生的逻辑思维能力、问题分析与解决的能力，进而综合性地提升学生的创造力与发散思维能力。信息科技课程学习重在帮助学生对信息技术处理信息建立基础的认识，教师在具有趣味性的编程教学中逐渐引导学生建立起对计算机科学技术原理、信息化概念的基本认知，普及和提升学生计算思维，为学生以后更深入地进行信息技术学习打下良好的基础。UbD理念下小学Scratch编程教学策略1.抽象建模，设计算法新课标指出，具备计算思维的学生能对问题进行抽象、分解、建模。所谓抽象、分解、建模，就是对现实生活中涉及的问题进行抽象和形式化表达，为编写程序提供依据[2]。学生学会对现实生活中的问题进行抽象，就找到了解决问题的切入口。例如，在趣味编程课“垃圾分类小达人”中，如何判断“垃圾图片”是属于“可回收垃圾”“有害垃圾”“厨余垃圾”还是“其他垃圾”，是学生们急需解决的问题。很明显学生对于每一个掉落下来的垃圾图片都要进行判断，那么有16个垃圾就要做16个角色，并编写16段类似的脚本，如果垃圾种类变多了，程序看起来必然十分冗余。于是，教师引导学生把垃圾分成四大类，将一个个垃圾图片抽象成角色的一个个造型，利用“造型编号”和“求余数”两个积木代码相结合进行判断。把16个垃圾图片作为一个角色的16个造型，每个造型的编号依次为1到16，我们把“可回收垃圾”放在1、5、9、13编号造型里，1、5、9、13除以4余数都为1，那么这些就是“可回收垃圾”。如此一来，学生将现实生活中的“垃圾”抽象成一个个造型编号，借助一个数整除4的余数有4种结果，巧妙地将“垃圾”分成四类。在编程教学中，教师要时刻利用贴近生活中的问题引导学生把相关问题抽象成数学模型，这样能更加有效地提高学生的计算思维。2.巧用流程图，描述算法新课标要求学生能用自然语言、流程图等方式描述求解简单问题的算法。流程图使学生解决问题的思路更加清晰，它具有清晰的结构和强大的逻辑性，起到了自然语言和程序语言之间的桥梁作用，能够科学地帮助学生分析、理清任务需求和顺序，让学生轻松地明白和理解所设计的算法需注意与考虑的关键点，让学生在搭建脚本时有序可循，从而有效地辅助学生抽象建模。如在趣味编程“小猫过隧道”一课中，师生共同分析小猫角色的动作。第一步：对小猫进行初始化设置，如大小、位置、旋转模式；第二步：小猫由键盘方向键控制前进穿越隧道；第三步：如果小猫碰到隧道墙壁，则回到起点；第四步：如果小猫碰到终点的礼物盒，则说“我成功了”，游戏结束。用自然语言描述分析小猫角色的动作后，教师引导学生合作交流，共同完成流程图中缺少的部分，将流程图补充完整。小学生的抽象思维较弱，通过流程图能清晰地看清整体思路，顺利搭建脚本，从而解决问题。3.纠错反思，调试算法新课标提出，要引导学生利用编程验证解决问题的过程，反思解决问题的方案。当我们运行程序时，只要最终的结果与期望的不符合，就证明脚本中肯定有错漏。但是，脚本中的缺陷常常不是一下就能找到的，这就需要学生把脚本一段一段分开运行，或者不断调整参数，一遍一遍运行，同时观察每一次的运行结果。不断纠错反思，是学生解决问题过程中非常重要的优秀品质。如在趣味编程课“老鼠循迹”一课中，小老鼠一直在向前运动，小老鼠的前面有两个有颜色的点，相当于两个传感器，当紫色点碰到黑色，就让小老鼠左转一定的角度，当橙色的点碰到黑色就让小老鼠右转一定的角度。这个小游戏的算法不难，但是黑线的粗细、两个传感器的距离、小老鼠的速度、左转右转的角度都是不确定的，然而这些因素都会影响小老鼠的轨迹。学生在操作的时候就得根据实际情况对这些参数不断地进行调整。在一次次测试中，得到不同执行效果的反馈，学生在不断探索中发现问题、剖析问题、理解问题、解决问题。在这个循序渐进、勇于探究的过程中，学生的思维活力被一次次地唤醒，从而真正提高了他们的计算思维能力。结

语在UbD理念的指导下，学生能够进行问题分析、抽象建模，将实际