程序設計教學中圖形化編程的應用范文

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摘要：伴隨著人工智能的飛速發(fā)展，人類社會將面臨智能化浪潮的沖擊，計算思維的重要性逐漸凸顯。初中信息技術課程主要是學習VB程序設計語言，學生容易覺得枯燥乏味。圖形化編程簡單易學，趣味性強，能激發(fā)學生學習編程的積極性，培養(yǎng)學生的計算思維，為初中程序設計教學提供了新思路。

關鍵詞：圖形化編程；游戲化教學；程序設計

1引言

2018年1月，教育部正式頒布了《普通高中課程標準方案》。其中，信息技術課程標準提出了培養(yǎng)學生的四大核心素養(yǎng)：信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會與責任[1]。2019年年初，“人工智能”成為全球熱詞；2月，美國宣布啟動人工智能計劃；3月，“智能+”首次出現(xiàn)在我國兩會政府工作報告中。伴隨著人工智能的發(fā)展，各中小學積極開展編程教育，注重培養(yǎng)學生的計算思維，以便更好地適應未來的智慧社會。

2圖形化編程的概念

圖形化編程語言（GraphicalProgrammingLanguage），又稱G語言，提供了比傳統(tǒng)編程語言更簡便的編程方法，它易于操作，趣味性強[2]。圖形化編程工具將思維設計過程通過視覺化的方式外化出來，為理解程序設計提供了很好的輔助作用，有助于程序設計的學習，更適合初步接觸編程的學生[3]。學生可以在圖形化的環(huán)境下，借助圖形化編程平臺創(chuàng)設的生活化情境，思考分析具體問題，進而掌握程序設計的基本原理和思想，培養(yǎng)計算思維，并在生活化情境中加以靈活應用。

3圖形化編程平臺簡介

圖形化編程平臺為用戶提供一系列圖形模塊，每個模塊代表不同的操作命令。用戶可以針對具體情境問題，像堆積木一樣，將需要的圖形模塊拼接起來，完成簡單的程序設計，構建出可以運行的程序。整個過程，用戶不需要編寫代碼，減少出錯。Code.orgen®是一個非營利組織，Code.org提供最廣泛使用的中小學計算機科學課程，網(wǎng)站平臺上創(chuàng)建的所有課程資源和教程將永遠免費，并每年組織編程一小時活動。Code.org平臺上主要有兩大類課程：計算機科學基礎和“編程一小時”游戲，計算機科學基礎板塊主要是為4~18歲初學者開設的20個小時的入門課程。“編程一小時”游戲可以讓初學者快速入門，里面沒有代碼，只有相關的編程模塊，當完成指定關卡后，通過點擊顯示代碼就可以看到圖形化編程所形成的代碼。平臺界面主要分為三個部分：模塊區(qū)、編程區(qū)和運行區(qū)，搭配圖形化界面，操作簡單，通過設置不同等級的游戲任務，吸引學習者展開在線編程。

4引入Code.org的教學實踐

閩教版《信息技術》（八上）第二單元《VB程序設計基礎》，這一部分內(nèi)容是初中信息技術課程的重點和難點。說它是難點，是因為VB語言作為傳統(tǒng)的編程語言，具有科學性和嚴謹性。專業(yè)術語、語法規(guī)則較多，對于剛接觸編程的初中生來說，比較枯燥，調(diào)試運行程序沒有耐心，容易產(chǎn)生厭學情緒。調(diào)查和訪談發(fā)現(xiàn)，初二學生在《VB程序設計基礎》的學習中遇到了很多困難，主要體現(xiàn)在初次接觸真正意義的計算機代碼，感覺無從下手[4]。很多初中學生初步接觸VB編程時，感到VB的學習非常枯燥，冗長的代碼，抽象的語法規(guī)則，讓他們提不起興趣[5]。本次教學實踐嘗試將Code.org引入課堂教學，對教材進行彈性處理，突出重點。VB語言的學習不作為本課的教學重點，教學重點放在感受循環(huán)嵌套的編程之美，體驗循環(huán)結構在實際生活中的應用，建立起程序設計思維基本架構，淡化細節(jié)，讓學生理解循環(huán)的特點從而理解程序中循環(huán)的基本表達形式，學會利用已有的邏輯去表達解決問題中的循環(huán)結構。現(xiàn)以《體驗循環(huán)結構程序設計》一課為例，分享教學實施的過程。

4.1教學內(nèi)容

《體驗循環(huán)結構程序設計》這節(jié)課，包括兩個任務，即“體驗For-Next循環(huán)程序的編寫活動”和“體驗For-Next嵌套的循環(huán)結構程序的編寫過程”。學生之前學習過順序結構和分支結構，有一些編程基礎，但是循環(huán)語句比之前的學習更復雜一些。因此在講述For循環(huán)語句時，可以讓學生體驗“編程一小時”中的編程游戲，從而了解循環(huán)結構的具體執(zhí)行過程，體驗理解循環(huán)嵌套。

4.2教學對象

本節(jié)課的教學對象是初二學生，他們思維比較活躍，對游戲有強烈的興趣，但理解程序設計能力有限，循環(huán)語句相對比較抽象，理解起來比較困難，因此在本課程序設計教學中嘗試游戲化教學，用“冰雪奇緣”游戲引入循環(huán)語句，激發(fā)學生的學習熱情。并且為了讓學生更好地理解循環(huán)語句，盡可能從學生已知的知識入手，讓學生易于理解游戲中循環(huán)現(xiàn)象與程序中的循環(huán)結構的關聯(lián)。

4.3教學目標

循環(huán)結構比較難理解和掌握的主要原因是該知識點涉及比較多新概念和專業(yè)術語，如循環(huán)變量、循環(huán)體、步長、邏輯判斷等。對于初中生來說，教學目標是讓他們接觸、感受、體驗循環(huán)結構，并不要求他們掌握、運用VB編程程序調(diào)試運行。主要讓學生體驗循環(huán)結構的作用，了解For語句，并學會利用循環(huán)結構來解決實際生活問題。

4.4教學過程

4.4.1游戲?qū)氡竟?jié)課選擇“編程一小時”中的“冰雪奇緣”編程游戲?qū)胝n題。“冰雪奇緣”游戲共有20個關卡，導入環(huán)節(jié)選擇前3個關卡。第1關：畫一條直線；第2關：畫兩條直線；第3關：繪制一個正方形。課程一開始，教師登錄到Code.org平臺并進入“冰雪奇緣”編程游戲，廣播演示第1關和第2關通關操作，激發(fā)學生對此游戲的熱情，并讓學生快速掌握編程游戲規(guī)則和具體操作流程。在此基礎上，學生獨立嘗試完成前3關。完成后，教師出示第4關：嘗試用“重復”模塊繪制一個正方形，引出本課課題：體驗循環(huán)結構程序設計。

4.4.2教師引導針對學生完成前3關的經(jīng)驗，教師引導學生思考繪制一個正方形的過程。教師提問：如何通過編程來畫一個邊長為100的正方形？學生：向前移動100像素→向右轉(zhuǎn)90度→向前移動100像素→向右轉(zhuǎn)90度→向前移動100像素→向右轉(zhuǎn)90度→向前移動100像素。教師提問：向前移動100像素和向右轉(zhuǎn)90度這兩個步驟重復使用了3次，如果畫一個需要重復10000次的圖怎么辦呢?有沒有更簡便的畫法？引導學生通過探尋第4關：嘗試用“重復”模塊繪制一個正方形，初步體驗循環(huán)模塊。

4.4.3學習新知：循環(huán)結構通過第4關的操作，學生已經(jīng)初步理解循環(huán)的概念：重復執(zhí)行相同的操作。在第4關中，可以使用循環(huán)模塊重復執(zhí)行某個操作，并根據(jù)具體情況設置好重復的次數(shù)。教師引導學生對比觀察第3關和第4關解決方案的不同，進而區(qū)別順序結構和循環(huán)結構的不同。在學生理解的基礎上，顯示第4關編程模塊對應的代碼，針對具體代碼講解循環(huán)語句，循環(huán)變量、循環(huán)體、步長值等較抽象的概念。以關卡4：畫一個正方形為例，畫一個正方形的程序模塊的代碼如下：說明：表達式1是控制變量初始化表達式；表達式2是循環(huán)條件表達式，用于確定循環(huán)是否繼續(xù)；而表達式3是控制循環(huán)變量的增量表達式。一個或多個語句構成循環(huán)體。本例中，var為變量類型，count為變量名，初始值為4，當值等于4時停止，步長值為1，循環(huán)共執(zhí)行4次。moveForward(100)，turnRight(90)為循環(huán)體語句，分別表示前進100像素和向右轉(zhuǎn)90度。for語句的執(zhí)行過程可由以下4步來描述：(1)執(zhí)行“控制變量初始化語句”，使控制變量獲得一個初值。(2)判斷循環(huán)“條件表達式”是否成立。若成立，則執(zhí)行一遍循環(huán)體；否則結束整個for語句。(3)循環(huán)控制變量值更新。(4)自動跳轉(zhuǎn)到第(2)步。

4.4.4進階探究：嵌套循環(huán)任務升級，請同學們完成關卡5：繪制三個正方形，每繪制一個正方形后，先轉(zhuǎn)120度后再繼續(xù)繪制下一個正方形。教師提問，學生思考。問題1：如何繪制三個正方形？問題2：為什么每繪制一個正方形后，要先轉(zhuǎn)120度？學生回答問題1：可以使用重復模塊3次。回答問題2：一圈是360度，畫三個正方形，360/3=120度。學生在做這個任務時，基本思路是對的，但是游戲模塊可以再精簡，教師鼓勵同學用更少的模塊完成這個任務，提示用：嵌套循環(huán)模塊。學生在完成關卡5過程中，展開本節(jié)課第二個教學重點，循環(huán)的嵌套，在一個重復模塊外面再使用一個重復模塊。具體實踐過程中，循環(huán)體重復時學生容易做錯。對內(nèi)外層循環(huán)區(qū)分不清楚。老師引導學生查看關卡5運行過程中編程模塊執(zhí)行順序：先執(zhí)行最外層重復3次模塊，接下來程序跳轉(zhuǎn)到內(nèi)循環(huán)，重復內(nèi)層循環(huán)4次，執(zhí)行向前移動100像素，向右轉(zhuǎn)90度，畫出一個正方形，接著執(zhí)行一次向右轉(zhuǎn)120度，至此，外層循環(huán)一次操作完成，接下來再執(zhí)行2次外層重復模塊，完成游戲任務。配合編程模塊的運行，學生能夠更加直觀的看到程序執(zhí)行的過程，對外層循環(huán)和內(nèi)層循環(huán)的運行進制有了進一步的了解。在此基礎上，顯示關卡5的代碼，針對具體代碼講解嵌套循環(huán)語句。強化練習：完成關卡6：嘗試用嵌套循環(huán)繪制一朵雪花。提示：用“重復”塊繪制10個正方形。

4.4.5創(chuàng)新活動：設計一個冰雪圖案最后一個關卡，要求學生根據(jù)提供的圖形編程模塊，設計一個冰雪圖案，將自己想象到的圖案通過編程表達出來，要求要用循環(huán)模塊。

5教學總結

本節(jié)課將圖形化編程應用到循環(huán)結構的教學。通過游戲?qū)耄寣W生對編程產(chǎn)生濃厚的興趣，進而引導學生理解循環(huán)結構之美。與以往的任務驅(qū)動式教學相比，在課堂教學中加入了游戲關卡元素，課堂氛圍變得更加活潑，學生具有更濃厚的學習積極性，更愿意去思考和嘗試。圖形化界面讓抽象的循環(huán)語句變得形象生動，易于理解。學生通過用循環(huán)語句畫正方形，用嵌套循環(huán)繪制雪花，加深了對循環(huán)結構的認識。在繪制的過程中，學生要思考轉(zhuǎn)向、旋轉(zhuǎn)角度和執(zhí)行次數(shù)等問題，判斷循環(huán)重復執(zhí)行哪些操作、重復的次數(shù)、循環(huán)結束的條件等。在實踐中學，加上老師的適時引導，學生能夠更高效的完成圖案的繪制。在創(chuàng)新環(huán)節(jié)，讓學生自己設計一個圖案，開拓了他們的思維，讓他們勇于嘗試將自己的創(chuàng)意通過圖形化編程表現(xiàn)出來，學以致用。

6結束語

程序設計已經(jīng)成為新課程改革信息技術學科教學的一個重要內(nèi)容，教學目標不是為了培養(yǎng)“程序員”，而是在培養(yǎng)學生的計算思維，使學生能用程序設計的思維方式進行思考，從而提高學生解決實際問題的能力[6]。借助圖像化編程平臺可以優(yōu)化教學內(nèi)容，改善教學方法，能更好地開展編程教學，使學生主動通過體驗、認識及內(nèi)化等過程逐步形成相對穩(wěn)定的思考問題、解決問題的思維方法和價值觀，成為數(shù)字化時代下的合格公民。

參考文獻

[1]中國人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準(2017年版).北京:人民教育出版社,2018

[2]張靜潔,裘國永.圖形化編程在初中程序設計教學中的應用.科教導刊(下旬),2018(03):111-113

[3]劉芳芳.圖形化編程工具輔助程序設計學習.中國教育技術裝備,2009(30):126-128

[4]陳向忠.初中信息技術《VB程序設計》高效課堂的探索.課程教育研究,2019(15):242-243

[5]朱國新.初中VB教學中學生思維能力的培養(yǎng).教育教學論壇,2018(22):250-251

[6]凌秋虹.Scratch在小學信息技術課堂中的應用與實踐.中國電化教育,2012(11):113-116,129

作者：康曼 單位：福建省廈門雙十中學漳州校區(qū)