在設計“應用軟件”中學習編程

仇大成 曹恒來

【摘 要】在計算思維理論指導下，學生在創(chuàng)建“我的Scratch畫圖程序”的過程中，把知識與技能的學習融入設計有意義的“畫圖”程序中來，經(jīng)歷了“體驗—修改—創(chuàng)作—分享—再創(chuàng)作”的學習之旅，加深了對分支、循環(huán)、事件等多個計算思維概念的理解，不斷提升系統(tǒng)思考和創(chuàng)意思維能力。

【關鍵詞】計算思維；創(chuàng)建應用；Scratch教學

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2016）04-0066-03

2012年，美國賓夕法尼亞大學的Kafai教授提出了一個以“社會化轉(zhuǎn)向”為特征的培養(yǎng)學生計算思維的新范型——計算參與，其中一個重要的轉(zhuǎn)變就是，采用“設計軟件”的方式開展編程教學。這樣一來，學生不再是脫離具體情境地學習語言的語法規(guī)則，而是將設計一個功能完整的“應用軟件”作為學習編程的首要任務[1]?！段业腟cratch畫圖程序》教學，就是依照這樣一種教學理念，引導學生沿著“體驗—修改—創(chuàng)作—分享—再創(chuàng)作”的基本路徑，把知識與技能的學習融入設計有意義的“畫圖”程序中來，從而真正實現(xiàn)技術學習與創(chuàng)意設計的有機統(tǒng)一。

體驗—— 培養(yǎng)學生的探究興趣

“畫圖”程序是深受小學生喜愛的軟件，其執(zhí)行結(jié)果是直觀可視的，比純文本輸出更接近學生的生活經(jīng)驗，操作也比較簡單。用Scratch創(chuàng)作“畫圖”程序難度不是太高，只需要基本的指令，如控制、偵測、畫筆、動作、外觀等，不同興趣和學習風格的學生都能參與進來。設計這個環(huán)節(jié)的目的，是讓學生在操作與擺弄直觀形象的Scratch指令塊的過程中，激發(fā)其學習興趣，提升其腳本閱讀能力[2]。

“研讀范例”活動設計

教師出示如圖1所示的學生Scratch作品范例——“畫一畫”程序。

圖1 “畫一畫”程序

（1）體驗操作，并思考程序中有哪些角色，它們在程序中分別有什么功能，其中哪個角色較為重要。

（2）觀察“畫筆”工具的主要動作（如圖2），分析角色的腳本，將動作和對應腳本模塊用直線相連。

圖2 動作和對應腳本模塊

（3）兩人一組，一人負責現(xiàn)有范例程序不變，另一人逐條刪除“畫筆”工具中的相應指令，比較、分析每一個指令的作用。

學生初次體驗范例程序，他們通過交流“畫圖”程序的功能，分析需要在程序中創(chuàng)建的角色，對自己將要創(chuàng)作的“畫圖”程序有了更清晰的認識。在此基礎上，他們再次運行范例程序，分析主要角色的動作，找出對應的腳本模塊，理解每個模塊的作用，體會程序設計中將一個動作對應編寫一個腳本模塊的優(yōu)點。接下來，他們第三次運行范例程序，通過小組合作對比分析畫線動作的腳本，理解每個指令的作用。這個過程逐步深入、螺旋上升，學生對模塊化編程的理解也越來越清晰、深刻。

修改—— 理解技術的關鍵要點

通過修改他人的編程作品，學生將學習到他人編程解決問題的思路，尤其是Scratch已將傳統(tǒng)的編寫代碼改成先拖曳指令后再設定參數(shù)的方式，學生能夠動態(tài)地修改程序，并可以直接看到修改結(jié)果，有效克服了編寫代碼的語法障礙，將注意力主要集中在解決問題的思路與程序邏輯上。

正確地實現(xiàn)不同角色之間的互動是本課的教學重點。為此，教師設置了“添加顏色”和“添加橡皮”兩個學習活動。在研讀腳本的基礎上，通過修改參數(shù)進行模仿設計，理解技術的關鍵要點，并為“畫圖”程序添加更多的功能，從而將學到的知識與技能應用到解決實際問題的過程中，使學習變得更加有趣，也更有意義。

“添加顏色”活動設計

（1）模仿“畫圖”程序中現(xiàn)有的黑色和藍色角色，為程序增加一個紅色色塊。

（2）你模仿了哪些角色及腳本模塊？與同學交流你的發(fā)現(xiàn)。

（3）教師板書規(guī)律。

本課范例中廣播與接收的互動方式是對《編排節(jié)目順序》一課的拓展，教學的定位是實現(xiàn)多個角色廣播不同消息，一個角色接收不同的消息執(zhí)行對應的動作。從實際教學中我們發(fā)現(xiàn)，學生雖然接觸過廣播與接收的消息傳遞方式，但遠未能將其靈活應用于多個角色的互動。為此，我們在“添加顏色”學習活動中設計了一個“轉(zhuǎn)換支架”——學習記錄卡[3]，幫助學生對“黑色”“藍色”兩個角色與“畫筆”工具互動的方式進行局部改變，理解通過廣播與接收進行信息傳遞的方法，形成這類問題的解決思路。

“添加橡皮”活動設計

（1）從素材中選擇能代表橡皮擦的圖片作為角色。

（2）模仿“畫筆”工具，設計橡皮擦動作。

（3）編寫“橡皮擦”的動作腳本。

展示：學生展示自制的“橡皮擦”以及實現(xiàn)橡皮擦功能的腳本。

優(yōu)化：如果對設計的“橡皮”不夠滿意，應該進一步修改優(yōu)化。如切換造型、橡皮大小等。

“添加橡皮”是在“添加顏色”基礎上的提高，既要參考“畫筆”工具的腳本，又需開動腦筋實現(xiàn)其個性設置，需要學生“跳一跳才能摘到桃子”。首先，他們要想出很好的創(chuàng)意，進而設計，然后進行試驗，看看是否可行，對發(fā)現(xiàn)的問題及時修正。整個過程中，學生要經(jīng)歷切換造型、設置大小和擦除速度等多個技術關鍵點，直接并頻繁地接觸分支、循環(huán)、事件等多個計算思維概念，思維和解決問題能力得到了反復鍛煉[4]。

創(chuàng)作—— 激發(fā)學生的創(chuàng)新思維

基于設計的學習強調(diào)設計（創(chuàng)建作品，而不只是使用或與作品互動）、個性化（創(chuàng)建對個人有意義和相關的作品）、協(xié)作（與他人協(xié)作創(chuàng)建作品）和反思（回顧和反思自己的創(chuàng)意實踐）[5]。通過前面的體驗和修改范例程序，學生一方面理解了技術的關鍵要點，另一方面探究興趣得到激發(fā)，對“畫圖”程序有了更多的創(chuàng)意靈感。在此基礎上，他們躍躍欲試，想以“生產(chǎn)者”的身份來設計和制作滿足自身或他人需求的、類型多樣的“畫圖”程序。

創(chuàng)意“我的Scratch畫圖程序”活動設計

（1） 四人一組，聯(lián)系曾經(jīng)玩過的畫圖、金山畫王等程序，合理想象，完成“我的構(gòu)思”（如圖4）。

（2） 指名1～2個小組交流，說明人員分工、程序特色、達成效果。

創(chuàng)作環(huán)節(jié)是創(chuàng)建應用的重要組成部分?！拔业臉?gòu)思”是一個局部加工模式的輸出支架[6]。這個支架實際上是教師搭建的半成品，一方面指明了可以從哪些方面構(gòu)思我的“畫圖”程序，提高探究的針對性；另一方面將具體內(nèi)容留白，又為學生提供了想象和創(chuàng)新空間。他們以小組為單位，一遍遍地去修改和完善作品——如何更好地體現(xiàn)畫圖程序的多樣性和個性化？如何創(chuàng)作與眾不同且充滿樂趣的功能模塊？如何編寫腳本使得操作更便捷、玩家更喜歡？在此過程中，他們經(jīng)歷和體悟著系統(tǒng)設計與創(chuàng)作的實踐過程與方法（如產(chǎn)生想法、程序開發(fā)、測試與調(diào)試、聽取用戶反饋等）[7]。

分享—— 共享學生的優(yōu)秀作品

Scratch最重要的核心思想之一就是“分享”，倡導在教學中搭建有助于學生之間互動的平臺，建構(gòu)富含學習資源、支持分享和參與的學習環(huán)境，促進編程作品的展示、評價和交流，使學生能夠創(chuàng)造出更加復雜的編程作品。

作品展示交流的活動設計

互動：交換位置，玩一玩其他小組創(chuàng)作的畫圖程序，交流心得，分享智慧。

交流：推薦優(yōu)秀的作品，說明有哪些亮點；自身“畫圖”程序還存在哪些需要完善之處；有哪些收獲。

拓展：課后進行再創(chuàng)作，豐富“畫圖”程序的功能。把程序發(fā)布到網(wǎng)站（scratch.mit.edu）上與更多的人一起分享。

提供充分的、自由的分享時間和空間，放手讓學生自己去交流分享，就能呈現(xiàn)出更多精彩。本節(jié)課在交流環(huán)節(jié)，組織學生離開座位去玩一玩其他小組的“畫圖”程序，并將自己手中的星星投給喜歡的小組。這樣就最大限度地調(diào)動了學生的參與度，把課堂真正地交給了孩子。整個活動既是對學生的一種肯定和贊揚，讓他們體驗到成功的喜悅，又讓孩子們看到別人作品中的閃光點，也得到一次揚長避短的機會。教師適度給出更多新穎的范例，增加了學生對Scratch的興趣，也激發(fā)了他們繼續(xù)深入學習編程的欲望，激勵學生不斷地想象、創(chuàng)作、分享。

在Scratch中設計軟件，學生經(jīng)歷了從初步理解到理解，從不斷改進到優(yōu)化，并逐步完善的過程。他們在整個學習活動中的身份，更多的是技術的“生產(chǎn)者”，而不再只是技術“消費者”。學生的學習之旅不再是平鋪直敘，而是不斷地實踐、交流、總結(jié)、再實踐，走上“循環(huán)往復、螺旋提升”之路。

注：本文系江蘇省教育科學“十二五”規(guī)劃2015年度課題“基于活動理論的信息技術教學設計研究”（項目編號：D/2015/02/405）、江蘇省中小學教學研究第十一期課題“小學生程序設計啟蒙教學的研究”（項目編號：2015JK11-L164）研究成果。

（作者單位：江蘇濱海縣教育局教研室 江蘇鹽城市教育科學研究院）