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基于项目学习的小学编程教学实践研究
深圳市宝安区海乐实验学校 刘其秋
摘要：“计算思维”是信息科技课程的核心素养之一。本课题着眼“计算思维培养”，落实小学生编程教学，于2019—2021年期间挑选实践校2015级7个班级全体学生从四年级开始在常规信息科技课堂普及编程知识。基于项目学习教学模式，为期两年的实践过程中，学生通过对智能编程基础、源码编辑器、诺宝机器人等图形化编程内容的学习来经历对对象、控制、模块等概念的直观体验和理解，体验编程思想。本课题验证了基于项目学习的编程教学有利于锻炼小学生的逻辑思维能力，使学生初步具备解决问题的能力、发展计算思维，从而建立计算思维在小学信息科技课程中的实践性理论，为广大中小学一线教师提供方法指导。
关键词：项目学习 计算思维 小学编程
一、引言
世界上，越来越多的国家把编程内容引入小学课堂教学，将其作为国家课程的一部分。我国国务院2017年7月8日印发《新一代人工智能发展规划》，提出“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”。风靡全国的小学编程教学实践能够锻炼学生的逻辑思维能力，培养学生分析问题、解决问题的能力，高度切合《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的课程目标之一“初步具备解决问题的能力，发展计算思维”。在小学阶段，计算思维的养成让小学生以体验为主，借助积木式、图形化编程软件体验掌握对对象、控制、模块等概念的理解，体验编程思想。
二、研究综述
文献研究发现，国内外学者对小学编程实践的研究出现潮涌，广大一线教师纷纷展开课堂教学实践。小学编程教学研究侧重实践，缺乏理论指导。编程语言具有抽象性、枯燥性、复杂性，要求学生需具备良好的抽象思维能力和问题分析能力，而在小学阶段大部分学生很难理解程序语言的语法等，更多是靠单纯模仿和机械性死记硬背，使得小学编程教学容易偏离童年本位，走向成人化，学生容易出现畏难心理，失去学习程序设计的兴趣与动力。项目学习模式以“学习者、经验、活动”为中心，倡导学生主动参与，注重培养学生信息素养、问题解决能力、批判性思维、团队意识等技能。《深圳市中小学学科教育与创客教育融合指南（试行）》亦把“基于项目的学习”视为课堂教学改革的重要教学模式。在小学信息科技课堂教学中，关注编程课程内容，聚焦“计算思维”概念，改进纯技术教学模式，以项目式学习教学方法为主线，以启发与培养学生思维能力为目标，培养学生乐于研究问题、解决问题的能力，使得“计算思维”作为学科价值和核心素养能够凸显出来，是本课题提出的初衷。
三、项目式教学流程
项目学习以现实中的问题为出发点，学生围绕一个项目主题开展一系列探究学习活动，在探究过程中，以一个学科的概念和原理为学习中心，融合多学科，选择学习资源进行学习探究，在一定时间内解决现实中的问题，完成最终作品。本课题对项目学习教学模式倾向于刘景福的六步操作流程：选定项目——制定计划——活动探究——作品制作——成果交流——活动评价。
（1）选定项目“项目”是置身于复杂的真实情境中，需要综合性解决的问题。本课题基于学生实际学情，四年级学习“智能编程基础”，五年级学习“源码编辑器编程”和“诺宝机器人”课程，根据教材内容确定每单元编程内容的项目选题，根据学生的兴趣与学习能力形成学习小组，便于学生在编程项目探究时进行协作学习。（2）制定计划计划主要包括时间的安排、人员的分工、活动的计划。本课题的编程项目实践时间为每周一节的常规信息科技课堂。学生制定每节课编程内容的进展计划，教师不能置身事外，教师需要了解学生制定的计划，考虑现实的情况，并给出一些合适的建议。（3）活动探究活动探究过程是知识建构的过程，学生可以通过分析、讨论、观察、调查等多种研究方法去解决问题。学生基于真实的、复杂的学习情境，可能会遇到各种各样的困难，涉及到综合性的知识与技能，教师需要引导学生使用辅助工具开展项目学习。（4）作品制作这个作品也就是项目最终要推销的“产品”。本课题中的作品形式更多是可编译的编程作品。（5）成果交流学生在成果交流过程注重分享精神、分享经验与教训，可以借助网络将作品发布，让各个学习小组进行互相的分享与交流。成果交流的参与者是师生，还可以邀请领导、专家、家长等。（6）活动评价活动评价主要分为两部分：对项目学习的过程评价和对作品的评价。项目学习往往作为一个课程的补充学习或作为几门学科的综合实践课。
四、基于项目学习的小学编程教学案例《打砖块》
（一）案例描述教学内容来自粤教版小学信息技术第三册（上）第10课《打砖块》，教学对象为小学五年级学生，使用源码编辑器软件。案例创设让同学们“帮助贝贝设计游戏参加深圳市创客节比赛”的情境，布置“打砖块游戏”综合性编程项目，项目任务由浅入深，逐渐分层分解为打砖块游戏1.0版本—2.0版本—3.0版本—4.0版本—自主拓展，体现从无到有，从小到大不断迭代的计算思维发展思路。案例通过课前、课中、课后等三个教学过程让学生经历“想象—创造—游戏—分享—反思”过程，培养学生发现和提出问题、分析问题、解决问题的能力，体验编程游戏设计的乐趣。（二）学情分析本课例的教学对象为五年级学生。1.知识基础：学生学习前面9节课已熟悉源码编辑器的操作界面，掌握了 “创建舞台背景”、导入和绘制“新建角色”、“调整角色大小、位置、方向”等基本操作，对脚本模块中“动作”、“事件”、“控制”、“数字和逻辑运算”等模块中的脚本都有运用，有良好的图形化编程基础。2.认知特点：小学阶段的学生思维处于皮亚杰所论述的运演阶段，由具体形象思维向抽象思维过渡。五年级学生已初步具备抽象思维，能够理解某些抽象概念，能够独立思考、分析问题和解决问题。3.信息素养：经过两年的信息科技课学习，学生已具备良好的信息素养，具有浓烈的编程学习兴趣，乐于探索，喜欢操作实践。4.班情学情：不同班级的整体学习风格存在差异，小学有些班级学生思维活跃，反应迅速，但往往思维深度欠缺，有些班级则较为沉闷，能够深入思考、良好把握知识内容的准确性。
（三）教学目标
1.知识与技能(1)掌握侦测鼠标位置的方法；(2)学会方向设置；(3)学会设置停止和奖励机制；2.过程与方法(1)通过游戏导入，激发学生学习创作打砖块游戏的兴趣；(2)通过头脑风暴，学会分析打砖块游戏的脚本设计思路；(3)通过项目式学习，完成打砖块游戏的编写，体验编程学习的乐趣。3.情感态度与价值观(1)通过任务驱动，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力；(2)通过打砖块脚本的编写，学生体验编程学习的成功和失败；(3)培养学生的逻辑思维能力和计算思维。（四）技术工具教学环境：包括多媒体教学平台、源码编辑器、编程未来教室（课程教学管理与课程资源一体化云平台）、班级优化大师。技术手段（含工具、资源、平台）：提供教学课件、微课视频、导学案指引学生学习，利用编程未来教室完成游戏创作，学生在创作过程中可以在平台中与同伴互动。（五）活动过程与技术应用描述本案例中技术贯穿于整个教学流程，且在技术支撑下完成了智慧教育教学，教学设计思路如图：
1.课前（1）问卷星平台推送课前小测试，考查同学们对前9节课学习的效果，同时也帮助学生巩固所学知识。教师查看问卷反馈数据，初步了解学生的学习能力，为课堂的精准教学和个性化指导提供数据支撑。（2）发送多媒体交互课件、微课视频，生动有趣的功能与素材让课堂教学互动方式更加简单高效。2.课中（1）运用“班级优化大师”智慧课堂管理系统管理课堂，营造良好的上课氛围。（2）借助编程猫学院的未来教室平台发布课堂作业，学生独立上传作品；教师线上评价学生作品，形成课堂数字资源。实时在线发布，教师根据大数据的分析结果，对学生进行的精准化教学和个性化指导提供。（3）深度学习：通过梯度化的编程闯关游戏，达到打砖块编程作品的创新生成。3.课后（1）教师线上评价每一位学生作品，形成课程数字资源。未来教室平台反馈学生表现，分析相关信息形成大数据，解决教学反馈性问题。（2）未来教室平台的云存储资源服务，解决学生作品的资源共享性问题。课中教学环节，对学生的计算思维培养紧密结合谷歌正向工程思维模式“分析、模式识别、抽象化、算法设计”的设计理念，帮助学生完成对于本课新知识的建构，使学生初步理解计算思维概念，体验计算实践过程，养成计算思维。计算思维训练过程
教学环节
教学内容
一、情景创设，引出编程任务
创设让同学们“帮助贝贝设计游戏参加创客节比赛”的情境，引出综合性项目任务：设计打砖块游戏
二、头脑风暴，分析游戏思路
制作一个打砖块游戏，我们需要准备些什么呢？启发学生思考，分析打砖块游戏规则：
①游戏需要用到哪些角色？②游戏规则是什么？③角色的脚本可能用到哪些模块？④游戏的奖励机制有哪些？
三、任务分解，探究程序设计
知识内容一：侦测鼠标位置
项目任务一：1.0版 弹球游戏
①添加弹球、挡板、底板角色。②“挡板”跟随鼠标左右移动。③“弹球”在屏幕上运动。④当”弹球”碰到挡板时，反弹。
知识内容二：调整角度
项目任务二：2.0版 排列砖块
①添加“砖块”角色。②“砖块”位置调整。（砖块的起始坐标位置：X坐标，Y坐标—克隆砖块—移动X增加110—将颜色特效增加50—先排一行—计数循环，7次）③“砖块” 碰到“弹球” 消失
知识内容三：设置停止和奖励机制
项目任务三：3.0版 设置停止和激励机制
①“弹球”角色：如果“弹球” 碰到底板，游戏结束。②“砖块”角色：当作为克隆体启动时，砖块碰到弹球增加1分。
项目任务四：4.0版 拓展功能
发挥你的想象力，给“打砖块” 游戏设计更酷的功能:
①通关设计，打完所有砖块广播胜利反馈。②两个弹球一起打砖块。
四、任务拓展，培养创新思维
项目拓展任务：自主拓展
①设置打砖块游戏的难度；②砖块出现的速度越来越快；③设置通关游戏…..
五、作品交流，突破教学难点
小组内互评，选出本小组内最完成、最精彩的作品，全班展示。请最精彩作品的作者说一说设计游戏的思路，编程过程中要注意什么？遇到问题是如何解决的。
六、课堂回顾，延伸课后作业
巧借板书带领学生回顾打砖块游戏的关键要素。
布置同学们课后可以回家继续完成的作品。
（六）教学反思该案例，笔者对教材内容进行了灵活、创新的处理，将与本课相关性强的知识综合、设计到分层任务中，从易到难，层层递进，学生在解决问题的过程中逐个突破。从实际效果看，学生学习积极性强，参与度高，课堂气氛活跃，教学目标达成良好。不同的班级在完成任务中会出现不同的接受能力，有些班级完成的作品比较多，有些班级学生能力水平有差异，需要教师多多指引。不足在于不同难度版本的游戏设计，因时间局限，未能充分展现学生深度思维，例如让学生分析“排列一行砖块”环节，应该给足时间让学生讨论与思考，学生才能把“对一个砖块从左到右的克隆”迁移到“把一行砖块从上到下的克隆”，才能更深层次地挖掘学生的想法，把学生的思路完整呈现出来。
五、计算思维能力测评
基于项目式学习的小学编程教学实践研究，对学生学习效果的评价分为过程性评价和作品成果评价。此外学生在经过两年时间的编程课堂学习后，本课题参考国内已有学者研究的计算思维测评量表，设计李克特量表，从创造性思维、算法思维、问题解决能力、协作能力、批判思维等五个维度来测评实践学生的计算思维，每个维度设置了5-6道题目，题目分数从1分到5分对应从不、极少、有时、经常、总是等五个程度。采用问卷星调查的形式发放问卷，共收到有效问卷265份。使用SPSS分析对数据做了可靠性分析，Cronbach.���系数为0.979。计算思维测评维度
计算思维测评维度
考察点
矩阵题平均分
创造性思维
发散性思维、独创性思维
3.35
算法思维
编程、数据、控制
3.43
问题解决能力
问题的识别、分解、抽象建模、解决、迁移
3.42
协作能力
合作技能、合作品质、合作意识
3.51
批判思维
分析与评估、反思与质疑
3.38
六、研究不足与展望计算思维属于高阶思维能力，经过一系列长期的编程教学实践来培养小学生的计算思维这一举措将越来越受到重视。目前培养小学生计算思维的课程体系尚未完善，本课题基于项目教学法循环迭代，促进学生认知和问题解决能力提升，有效验证了项目式学习编程有利于培养小学生的计算思维，由于时间的短暂和有限的精力，仍存在某些不足：（1）信息科技课堂每周只有一节课，在设计综合活动阶段，设计的内容在计算思维培养方面属于蜻蜓点水，缺乏再深入，在后续的研究中有待加强。（2）思维是一个抽象的概念，思维的培养需要一个长期的过程，计算思维亦然。在教学实践成果分析方面，评价方式比较单薄。对于学生的计算思维能力测评方面是本课题的难点。希望随着计算思维受到更多学者的关注，项目式学习能够作为一种常见的课堂教学模式得到广大中小学一线教师的实践与应用，促进培养小学生的计算思维能力。v《基于项目学习的小学编程教学研究》为广东省深圳市宝安区教育科学“十三五”规划（一般）课题
参考文献
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转自：“宝安信息教研”微信公众号
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