浅议编程教育如何培养学生的创新能力

赵晶

关键字： 编程教育;计算思维;信息素养;创新能力

中图分类号：A 文献标识码：A 文章编号：（2022）-3-

近年来随着人工智能的迅速发展，人工智能人才的培养也越来越受到重视。教育部最新发布的《新一代人工智能发展规划》中指出，将包括编程教育在内的信息技术内容纳入中小学相关课程。在中小学开展编程教育，可以通过使用可视化的软件scratch或者编程猫，让学生告别枯燥的代码编写，让程序过程随时可见，比较符合学生的认知规律，深受中小学学生的喜爱，在学习编程的过程中逐步培养了学生的计算思维，而计算思维也是信息技术学科的核心素养之一，它是和孩子们拥有的读写算同等重要的认知能力，决定着对信息技术学科的认知高度，能让孩子们像计算机科学家一样思考，这就是编程思维，要渗透到学习的全过程，并且不断的反复，进行深度的学习。编程教育，就是要培养孩子们的编程思维，让孩子们学会用信息的意识去观察世界，学会用编程的逻辑去思考世界，学会用编程的语言去表达世界。

一、学会用编程的思维去观察世界

编程思维的理解是基于情境的，又是超越情境的。情境是思维的脚手架和介质，让编程思维从外在走向内里，从感感性情境走向思维情境，最终脱离非本质属性的情境，从现实生活的此岸到达语言代码的彼岸，实现生活化的抽象生产和理性建构。符合学生生活实际的情境创设能够促进计算思维的理解。情境是连接现实生活与虚拟环境的桥梁，容易让学生产生心灵共鸣，从而调动学习的欲望与兴趣，有利于建立信息技术与生活之间的联系，促进编程思维的理解，提升问题解决的能力！

如在参加兵团第34届科技创新大赛中，我们辅导的三年级的孩子们做的“编程造物——AI计算器” 小发明中，就是针对很多年龄小的小学生，数学计算特别不好，渐渐地对学习都不感兴趣了，而我们想用彩泥自己制作一个五颜六色的计算器送给他们，这个计算器可不是普通的彩泥手工！它通过编程再用数据线和电脑连接可以实现加减法的功能，我们一起帮助数学计算不好的同学恢复了对学习的热情！所以我们要做的就是：思考如何用计算机编写加减程序，通过数据线连接到我们自制的彩泥计算器上，从而实现简单的加减计算。这个问题的提出就是从学生学习的真实情境中让学生初步学会从编程思维的角度去提出问题、理解问题，并能综合应用所学知识和技能去想办法解决问题。

二、学会用用编程的逻辑去思考世界

从情境导向到问题导向，问题意识是思维的动力，是创新精神的基石，是探究问题解决问题的前提。教师给学生营造提出问题的情境，学生通过讨论从问题情境抽象出问题的本质，把一个实际问题变为计算机可以处理的问题，这是算法与程序设计的切入点。在教学中学生通过模拟AI计算器的情景提出了序列化的问题，这些问题提出虽然是分散无序的，但通过师生共同整理问题，集中在角色的联系和技术实践方面问题，从无序走向有序集约化的发展。让学生初步学会从编程思维的角度提出问题、理解问题，并能综合运用所学的知识和技能解决问题。学会用编程思维思考世界，编程思维表现为学生能够采用计算机处理的方式，界定问题抽象特征，建立结构模型，合理组织数据，通过判断分析与综合各种信息资源，运用合理的算法，形成解决问题的方案，总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题解决。理清事件的关系简约化是运用编程思维解决复杂问题的第一步，特别是对小学生来说，他们普遍存在注意力不集中，兴趣点转移快，知识积累不够等特点，当他们面对复杂的问题及算法时，学生不知道从何而起？如何下手？所以开始首先让学生对设计项目有一个整体的理解，然后通过画思维导图进行简约化的表达，最后采取大项目小任务用编程的语言来实现，这样更有利于小学生计算思维渐进式的发展！

例如：“编程造物——AI计算器” 小发明的项目分工表

我们从四个方面来写我们的思维导图，分别是：项目描述（项目做什么）、控制方法（怎么去控制项目运行）、角色（包含哪些角色、每个角色的动作分析）、背景（背景是什么、背景的动作分析）项目思维导图：

通过制作研究计划分工表和项目的思维导图，使得学生理清了行动流程，算法思维可视化，再对接编程语言。单独将一个综合性的任务直接抛给学生，学生肯定不知所措，因此做项目的分析的時候，鼓励学生借助自己的语言描述角色的行为，把大任务分解成一个一个小任务来解决，并把编程工具，动作模块指令与任务一一对应起来，实现行为动作与编程语言的对接，再用思维导图的方式进行记录，这里把自然语言与编程中的动作模块进行相对应的教学，学生对一个研究问题进行了第二次抽象，使角色行为更形象表达，把问题逐一解决突破，大大降低了学生自主编程难度，使编程思维形成过程有据可循。

三、学会用编程的语言去表达世界

教会和培养学生有序思考，学会用编程的语言表达世界。表达世界对于每一个学科都有不同的方式，而我们信息技术学科教学过程中可以用流程图的功能描述，通过计算机编写程序来实现。利用编程语言有条理的表达解决问题的思路过程和方法，是编程思维的外在表现形式。本案例需要表达的具体内容有：通过《AI计算器》这个项目的研究，我们设计了0-6七个数字、加法、减法、等于、归零等角色，并对角色编写程序，设计脚本，并不断的调试，最终完成了电脑上的程序演示。然后我们自己动手用彩泥捏出了计算器上的所有键位，还用卡纸和铜胶带布好线路，最后利用“鳄鱼板”和数据线，连接好贴有铜胶带的所有键位，带上接地手环，我们每个人都亲自尝试了很多次，我们研究的的人工智能计算器可以进行简单的百以内的加减计算，还能智能播报计算过程和计算结果，这个小小的计算器让不爱数学的同学们羡慕不已，他们也纷纷尝试了很多次计算，人工智能都这么爱学习，我们人类再不好好学习，将来是不是要被人工智能取代了？所以他们都表示要好好学习数学，学习计算机科学。 只要好好学习和应用科学技术，我们的生活会变得更加美好！用编程语言反映各种角色的关系，实现各种角色行为过程，做到AI计算器，编写脚本，理解调试脚本，运行完善程序，AI计算器的程序，可以满足基本的加减法运算，还能朗读声音，切换造型。如图所示：

最后经过对0-6七个数字、加法、减法、等于、归零等角色编写程序，设计脚本，并不断的调试，我们最终完成了电脑上的程序演示。通过“编程造物小发明”AI计算器这个项目的研究，我们辅导老师带领孩子们组成不同的小团队多次参加师市、兵团级的科技创新大赛，分别获得师市级一等奖和兵团级二等奖的好成绩。更重要的是在学习、训练、比赛的过程中，我们学会了用编程的思维去观察世界，用编程的逻辑去思考世界，用编程的语言去表达世界！学习编程可以帮助小学生提高分析、解决问题能力，真正将信息技术应用到学习数学学科知识的过程中。适度与合理的开展编程教育将对面向未来的创新型人才培养起到重要作用。编程让孩子成为未来世界的创造者，培养面向未来科技创新型人才的核心竞争力，我们要充分认识编程教育的必要性和深远价值，推动中小学编程教育发展。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部，《新一代人工智能发展规划》，2017年7月

[2]黄伟祥，《人工智能伴成长》，中小学信息技术教育，2018年1月

[3]李锋，《聚焦数字化胜任力》，中国电化教育，2018年