在高中數(shù)學(xué)算法基礎(chǔ)課上利用Scratch輔助教學(xué)的研究

鄭贛輝

高中數(shù)學(xué)人教版教材必修3第一章為算法基礎(chǔ)，主要介紹一些簡單的算法案例，以及用自然語言、程序框圖和程序語句來描述算法。高考對(duì)這一章內(nèi)容的考察要求比較低，只要求學(xué)生能夠分析題目中給出的算法程序框圖的執(zhí)行過程，得出算法運(yùn)行結(jié)果。從備考的角度備課，我們把教學(xué)重點(diǎn)放在程序框圖，要求學(xué)生能夠讀懂程序框圖所描述的算法，列出算法的具體執(zhí)行步驟，根據(jù)步驟計(jì)算算法運(yùn)行結(jié)果。在教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生碰到的主要問題是：不會(huì)分析循環(huán)結(jié)構(gòu)的執(zhí)行過程，不能清楚判斷在算法執(zhí)行的每個(gè)步驟中變量的值是何時(shí)被修改的以及怎樣被修改的。為了加深學(xué)生對(duì)算法的理解，我將類似程序框的積木式的程序語言Scratch引入算法課堂中，效果良好。

一、Scratch簡介

1. 概述

Scratch是美國麻省理工大學(xué)媒體實(shí)驗(yàn)室專門為八歲以上兒童設(shè)計(jì)的編程環(huán)境。它不需要你寫任何編碼，只要使用鼠標(biāo)拖拽事先為你準(zhǔn)備好的部件就可以組成游戲，卡通和動(dòng)畫，就像小孩玩積木一樣簡單而有趣。

兒童的最愛的就是玩，如玩游戲、卡通、動(dòng)畫等。而Scratch緊緊圍繞這個(gè)中心，讓孩子設(shè)計(jì)自己的游戲、卡通、動(dòng)畫。孩子在設(shè)計(jì)作品的過程中，會(huì)運(yùn)用到數(shù)學(xué)及算法的概念，對(duì)孩子邏輯分析、創(chuàng)意思考、流程控制、問題解決都有幫助。

Scratch把程序命令歸為動(dòng)作、控制、外觀、偵測(cè)、聲音、數(shù)值與邏輯運(yùn)算、畫筆、變量8大部件，并用顏色來區(qū)分。設(shè)計(jì)作品時(shí)，學(xué)生只需要按照自己的想法選擇合適的部件拖曳到腳本窗口，并堆積在一起即可。學(xué)生不需要記憶任何腳本部件，因?yàn)槊總€(gè)腳本部件的功能都一目了然，單擊任意一個(gè)腳本部件，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行一次該腳本命令，可以在舞臺(tái)窗口預(yù)覽命令執(zhí)行效果。

2. Scratch國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

美國目前有數(shù)以百萬的學(xué)生在學(xué)習(xí)Scratch課程，連哈佛、加州大學(xué)伯克利分校這樣的世界名校也都開設(shè)了Scratch課程。英國也開始在中小學(xué)信息技術(shù)課上開展Scratch教學(xué)。

我國臺(tái)灣的中小學(xué)廣泛地以Scratch為主展開信息技術(shù)教學(xué)，并定期開展相關(guān)的競(jìng)賽。

我國大陸的發(fā)達(dá)城市（例如北京、上海、常州、廣州等）的中小學(xué)信息技術(shù)課上也正在掀起一股Scratch教學(xué)熱潮，吳向東、毛愛萍、凌秋虹等老師已經(jīng)在該領(lǐng)域走在了前列。

目前，國內(nèi)外主要是針對(duì)中小學(xué)生開展Scratch教學(xué)研究，而且主要是在信息技術(shù)課堂上開展程序設(shè)計(jì)教學(xué)，很少有針對(duì)高中生的研究，特別是對(duì)高中數(shù)學(xué)課堂上利用Scratch作為輔助教學(xué)的研究。

二、利用Scratch輔助算法基礎(chǔ)課教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

在教學(xué)實(shí)踐中，我發(fā)現(xiàn)Scratch有幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)可以幫助學(xué)生理解算法和程序設(shè)計(jì)。

1. Scatch使用外形類似程序框的圖形化編程語言，學(xué)生只要會(huì)畫程序框圖，就會(huì)設(shè)計(jì)程序；反之，學(xué)生通過調(diào)試?yán)斫饬顺绦?，可以加深?duì)算法和程序框圖的理解。

2. Scratch變量名字可以含有中文字符，如 ，方便學(xué)生理解和記憶程序框圖。學(xué)生剛接觸程序框圖，若程序框圖出現(xiàn)多個(gè)名字為無意義英文字符的變量，會(huì)對(duì)學(xué)生理解和記憶程序框圖造成困難。

3. Scratch特有的變量讀出器功能，可以將變量輸出到舞臺(tái)上，如 ，可以幫助學(xué)生理解變量的概念，以及程序執(zhí)行過程中變量值的變化。對(duì)于剛接觸程序設(shè)計(jì)的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)的第一個(gè)障礙就是變量，很多學(xué)生不能理解變量的概念和作用。通過變量讀出器，學(xué)生可以將變量想象成一個(gè)容器，可以存放數(shù)據(jù)，這個(gè)容器有自己的名字，就是變量名。再者，Scratch還提供了程序延時(shí)功能，配合變量讀出器，學(xué)生在調(diào)試程序的過程中，可以方便地查看程序執(zhí)行過程中變量存儲(chǔ)的數(shù)值，幫助理解算法和程序框圖。

4. Scratch提供的鏈表讀出器功能可以方便學(xué)生調(diào)試程序。對(duì)于剛接觸程序設(shè)計(jì)的學(xué)生來說，調(diào)試程序是一大難題。使用其他的程序設(shè)計(jì)軟件，雖然可以通過設(shè)置斷點(diǎn)逐行調(diào)試程序，通過監(jiān)視點(diǎn)查看變量的值，但不能記錄變量的值，只能手工記錄，非常麻煩。而在Scratch中，可以在修改變量值的地方，將變量的值插入鏈表，再配合鏈表讀出器，就可以了解變量在程序執(zhí)行的過程中數(shù)值的變化，有助于初學(xué)者理解變量的作用和算法。

責(zé)任編輯 羅峰