基于Scratch編程的小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)探究

王秋娜

發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維是 21 世紀(jì)的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)，是數(shù)字化社會(huì)中解決問題的一種思維方式。培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，應(yīng)當(dāng)成為信息技術(shù)教學(xué)的重要價(jià)值取向。在信息技術(shù)教學(xué)中，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、行為推測(cè)的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維包括算法思維、評(píng)估、分解、抽象、概括五個(gè)方面的要素。在小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，Scratch是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的典型工具。在教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)程序和算法，從而幫助學(xué)生解決實(shí)際問題。Scratch具有“低門檻、高界限、闊空間”的特質(zhì)，是學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的有效載體。

一、在任務(wù)驅(qū)動(dòng)中觸發(fā)學(xué)生的計(jì)算思維

學(xué)生是Scratch學(xué)習(xí)的主體。為了催生學(xué)生在Scratch學(xué)習(xí)中的計(jì)算思維，教師要明確自身的角色，賦予學(xué)生自主學(xué)習(xí)的空間，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生Scratch學(xué)習(xí)的積極性并發(fā)掘其創(chuàng)造性。作為教師，可以采用問題驅(qū)動(dòng)的方式，引導(dǎo)學(xué)生深度思考、探究。一般而言，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的空間越大，就越能激發(fā)自身潛能的發(fā)揮。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)，允許學(xué)生犯錯(cuò)誤，鼓勵(lì)學(xué)生自己調(diào)節(jié)錯(cuò)誤。在Scratch教學(xué)中實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)，首先要進(jìn)行任務(wù)統(tǒng)籌，其次要進(jìn)行任務(wù)分解。比如教授“畫正多邊形”（蘇科版五年級(jí)）這部分內(nèi)容時(shí)，主要是要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)Scratch的“畫筆”模塊并運(yùn)用相關(guān)功能畫正多邊形。其主要內(nèi)容有三個(gè)層面：一是認(rèn)識(shí)Scratch“畫筆”模塊中的常見功能，二是學(xué)習(xí)畫正多邊形，三是拓展應(yīng)用。在具體的教學(xué)過程中，教師可以先讓學(xué)生嘗試畫正三角形，也可以先讓學(xué)生嘗試畫正方形，然后再畫其他的正多邊形，這是圖形的分解。

在此基礎(chǔ)上，筆者設(shè)計(jì)出兩個(gè)主要任務(wù)：一是畫出直線，二是畫出正四邊形。在進(jìn)行第一個(gè)任務(wù)時(shí)，由于操作相對(duì)簡(jiǎn)單，步驟較少，大多數(shù)學(xué)生基本上能夠完成得比較順利。而在進(jìn)行第二個(gè)任務(wù)時(shí)，則出現(xiàn)了一些問題，因?yàn)檫@個(gè)任務(wù)牽涉到學(xué)習(xí)Scratch所需要的計(jì)算思維。基于此，筆者引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系已經(jīng)學(xué)過的平角知識(shí)和左右轉(zhuǎn)的方位知識(shí)，嘗試自主調(diào)試，并教會(huì)學(xué)生運(yùn)用“重復(fù)”控件來(lái)優(yōu)化畫正方形的各個(gè)程序步驟。通過這樣的任務(wù)驅(qū)動(dòng)，能讓學(xué)生感受到環(huán)狀的循環(huán)結(jié)構(gòu)，為學(xué)生今后學(xué)習(xí)編程奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)的動(dòng)力引擎，能夠有效提高學(xué)習(xí)效率，也是信息技術(shù)學(xué)習(xí)的重要組成部分。

在任務(wù)驅(qū)動(dòng)中，任務(wù)代替了教師的要求，讓教師“退到幕后”，讓學(xué)生真正“走到臺(tái)前”。這樣的教學(xué)，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體性，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，發(fā)掘了學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)造性。

二、在自主探究中發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維

計(jì)算思維與讀寫算一樣，是學(xué)生信息技術(shù)學(xué)習(xí)必備的技能和素養(yǎng)。具體而言，計(jì)算思維包括思維與歸納、程序與算法、測(cè)試和調(diào)試、分解與建模、抽象與自動(dòng)化等方面。在Scratch教學(xué)中，教師不能枯燥地講解算法、程序等知識(shí)點(diǎn)，而應(yīng)將一個(gè)個(gè)知識(shí)點(diǎn)滲透在實(shí)例中，通過引導(dǎo)學(xué)生探究、實(shí)踐來(lái)學(xué)習(xí)編程，體驗(yàn)一個(gè)完整的程序開發(fā)過程。通過豐富的探究、摸索過程，學(xué)生的計(jì)算思維能力能夠得到有效提升。比如教授“穿越迷宮”（蘇科版五年級(jí)）一課時(shí)，筆者首先引導(dǎo)學(xué)生在教室中玩“穿越迷宮”的游戲，由此提煉出“穿越迷宮”的重要思維因子：迷宮、障礙物、穿越。

在教學(xué)中，如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“角色控制”和“障礙判斷”是本節(jié)課的重點(diǎn)。學(xué)生在探究過程中會(huì)根據(jù)自身玩游戲的經(jīng)驗(yàn)積極地猜想，比如有的學(xué)生認(rèn)為可以用鼠標(biāo)控制角色，也有學(xué)生認(rèn)為可以用鍵盤控制角色。在這個(gè)過程中，教師要適度介入，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生，比如筆者在教學(xué)中這樣啟發(fā)學(xué)生：你覺得用鼠標(biāo)或鍵盤控制角色，哪一個(gè)更方便呢？通過交流與討論，學(xué)生對(duì)角色控制的認(rèn)識(shí)就會(huì)更深入。在“障礙判斷”教學(xué)中，要啟發(fā)學(xué)生使用“條件判斷”（如果……就……），比如“如果碰到迷宮邊緣‘白色就返回原點(diǎn)”“如果碰到鼠標(biāo)就前行”“如果碰到終點(diǎn)‘黑色就顯示過關(guān)”。在設(shè)置條件判斷的過程中，學(xué)生能感悟到三個(gè)“如果”之間的邏輯關(guān)系是一種并列關(guān)系。在“角色控制”中，學(xué)生需要用到“面向指令”;在“障礙判斷”中，學(xué)生需要運(yùn)用到“偵測(cè)指令”。為了深化學(xué)生探究，筆者還設(shè)置了拓展性任務(wù)，比如“將角色小貓咪換成自己喜歡的卡通人物”“嘗試改變移動(dòng)的步數(shù)，感受哪種速度比較好”“為迷宮添加一些具有特色的聲音”等。通過完成一系列探索性任務(wù)，學(xué)生的“穿越迷宮”游戲能夠更富個(gè)性與特色。

算法是解決系列問題的指令，是有窮規(guī)則的集合。在Scratch教學(xué)中，常見的算法有“順序”“循環(huán)”和“分支”三種。教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行比較，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生從編程語(yǔ)法、規(guī)則等轉(zhuǎn)移到培育學(xué)生計(jì)算思維能力上來(lái)，并在其中不斷滲透計(jì)算思維的理念。比如在上述“穿越迷宮”教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生加入計(jì)時(shí)器規(guī)則限定游戲時(shí)間、設(shè)置不同關(guān)卡、在迷宮中增添加分或減分角色，從而提高游戲難度，還可以設(shè)計(jì)出成績(jī)、獎(jiǎng)勵(lì)等。在這個(gè)過程中，學(xué)生能有效地理解數(shù)據(jù)、運(yùn)算符等計(jì)算概念，豐富的算法能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生計(jì)算思維，提升學(xué)生對(duì)程序運(yùn)行過程中的邏輯關(guān)系的認(rèn)識(shí)和理解。

三、在小組合作中提升學(xué)生的計(jì)算思維

在Scratch教學(xué)中，教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生自主思考、自主探究，更要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組合作。通過小組合作，學(xué)生的計(jì)算思維相互碰撞、相互啟發(fā)，從而使Scratch學(xué)習(xí)不斷走向完善。通過小組合作，學(xué)生能有效地訓(xùn)練計(jì)算思維。在Scratch課堂上，學(xué)生的創(chuàng)作往往是以小組的形式進(jìn)行的，創(chuàng)作的環(huán)境允許學(xué)生自由走動(dòng)、相互討論，每一位學(xué)生都樂于傾聽，同時(shí)也樂于幫助別人。比如“火柴人跳舞”（蘇科版五年級(jí)）這一課的重點(diǎn)是讓學(xué)生理解造型的概念，掌握造型切換的方法和學(xué)習(xí)角色、背景顏色變化的方法。

教學(xué)中，筆者設(shè)置了兩個(gè)任務(wù)：一是讓每一位學(xué)生都完成六到七個(gè)火柴人的造型，要求學(xué)生注意動(dòng)作的連貫性、合理性;二是讓學(xué)生用“下一個(gè)造型”控件和“切換到造型”控件，引導(dǎo)學(xué)生不停地變換造型，從而讓火柴人能做出各種動(dòng)作。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生相互交流、合作，比如對(duì)不合理的動(dòng)作造型提出修改意見，調(diào)整造型的順序，將“下一個(gè)造型”控件嵌入“重復(fù)執(zhí)行”控件中，添加“等待一秒”控件，“使用將顏色特效的值增加”控件等，從而對(duì)造型進(jìn)行“二次編輯”，讓學(xué)生的作品更炫酷。在這個(gè)過程中，重點(diǎn)是要讓學(xué)生理解“下一個(gè)造型”控件和“切換到造型”控件的不同。為了配合角色動(dòng)畫，學(xué)生經(jīng)過討論提出了各種各樣的建議，比如變換角色的顏色、變換舞臺(tái)的造型等。通過小組研討、合作，學(xué)生對(duì)造型切換的理解、操作走向更加深入的層面。當(dāng)學(xué)生感受、體驗(yàn)到用指令可以控制圖像的切換，形成動(dòng)畫效果后，對(duì)所看到的動(dòng)畫片、電影、電視劇等動(dòng)態(tài)效果就會(huì)形成一種感悟，認(rèn)識(shí)到二者原理的一致性。

培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維還可以引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)思維導(dǎo)圖。思維導(dǎo)圖的最大特點(diǎn)是直觀、清晰，能夠讓學(xué)生的計(jì)算思維有形、有序。借助思維導(dǎo)圖，能有效地幫助學(xué)生理清自身的計(jì)算思維脈絡(luò)。從某種意義上說(shuō)，程序流程圖是計(jì)算思維的骨架，而思維導(dǎo)圖則是程序編寫的皮膚。

在Scratch教學(xué)中，教師要將計(jì)算的概念與實(shí)踐的要求滲透于多種活動(dòng)中，讓學(xué)生在活動(dòng)中逐步理解和掌握計(jì)算概念，內(nèi)化計(jì)算策略，形成計(jì)算觀念。基于Scratch編程的計(jì)算思維培養(yǎng)，不僅能為學(xué)生打下信息技術(shù)學(xué)科特有的知識(shí)基礎(chǔ)，更能助推學(xué)生形成良好的計(jì)算思維模式。計(jì)算思維是學(xué)生信息技術(shù)最為核心的素養(yǎng)之一，作為教師，要致力于創(chuàng)造“做思學(xué)共生，學(xué)玩創(chuàng)一體”的學(xué)習(xí)情境。