基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的Scratch教學(xué)模式初探

張加莎

[摘 要]計(jì)算思維是每個(gè)人都應(yīng)該掌握的基本技能之一。Scratch軟件已經(jīng)成為培養(yǎng)中小學(xué)生計(jì)算思維的熱門工具，也是創(chuàng)客教育課程中重要的編程工具，而Scratch教學(xué)本身“創(chuàng)造加分享”的方式也充分體現(xiàn)著“創(chuàng)客”精神?；谟?jì)算思維三維框架理論提出的Scratch教學(xué)模式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

[關(guān)鍵詞]創(chuàng)客教育；計(jì)算思維；Scratch教學(xué)模式

一、引言

目前，我國(guó)各中小學(xué)正在如火如荼地開展創(chuàng)客教育。創(chuàng)客教育是一種融合信息技術(shù)，秉承“開放創(chuàng)新、探究體驗(yàn)”教育理念，以“創(chuàng)造中學(xué)”為主要學(xué)習(xí)方式和以培養(yǎng)各類創(chuàng)新型人才為目的的新型教育模式[1]。互動(dòng)媒體技術(shù)是創(chuàng)客教育主要依托的技術(shù)之一，其中Scratch作為面向兒童青少年的圖形化編程軟件，可有效培養(yǎng)兒童青少年的創(chuàng)造能力、創(chuàng)新思維和計(jì)算思維能力。中小學(xué)生可以通過(guò)Scratch創(chuàng)造自己的交互故事、游戲和仿真作品，并通過(guò)在線環(huán)境與全世界的編程者分享這些創(chuàng)作。Scratch教學(xué)本身也采用了“創(chuàng)造加分享”的方式，充分體現(xiàn)著“創(chuàng)客”精神，是創(chuàng)客教育課程中必不可少的重要內(nèi)容。

2006年，周以真教授重新提出并定義了計(jì)算思維，指出計(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(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維，是每個(gè)人都應(yīng)該掌握的基本技能，而不僅僅限于計(jì)算機(jī)科學(xué)家[2]。目前，計(jì)算思維已成為信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一[3]，國(guó)內(nèi)各中小學(xué)已普遍開展了編程教學(xué)，Scratch成為了培養(yǎng)中小學(xué)生計(jì)算思維的熱門工具。以下將基于計(jì)算思維三維框架理論，探究在Scratch課程中培養(yǎng)計(jì)算思維的教學(xué)模式。

二、計(jì)算思維三維框架理論

2012 年，美國(guó)麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室（MIT）終身幼兒園研究小組（Lifelong Kindergarten Group）在多年研究 Scratch 在線社區(qū)、Scratch 教師工作坊以及互動(dòng)媒體設(shè)計(jì)者的編程活動(dòng)基礎(chǔ)上，提出了計(jì)算思維三維框架理論，它包括計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐、計(jì)算觀念三個(gè)維度[4]（見表1）。

上海師范大學(xué)教授王旭卿指出：我們可以將計(jì)算思維三維框架應(yīng)用于面向計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)，從而使計(jì)算思維培養(yǎng)真正融入課堂教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中[5]。計(jì)算思維三維框架理論與我國(guó)的三維課程目標(biāo)可以近似呼應(yīng)，即計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐、計(jì)算觀念分別對(duì)應(yīng)于知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀。

三、Scratch課程中的計(jì)算思維

在Scratch課程中，學(xué)生在編程、問(wèn)題求解過(guò)程中體現(xiàn)其計(jì)算思維能力。根據(jù)計(jì)算思維三維框架理論，表1中提到的七個(gè)計(jì)算概念包含于Scratch的動(dòng)作、外觀、聲音、畫筆、控制、偵測(cè)、數(shù)字和邏輯運(yùn)算、變量八大指令中。這些對(duì)應(yīng)的是知識(shí)與技能。

在Scratch課程中，不僅要關(guān)注遞增和重復(fù)、 測(cè)試和調(diào)試、 再利用和再創(chuàng)作以及抽象和模塊化四組策略，還要關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)。計(jì)算實(shí)踐對(duì)應(yīng)過(guò)程與方法，教師需要充分利用有限的課堂時(shí)間，幫助和引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)作品和完成作品這個(gè)過(guò)程中獲得計(jì)算實(shí)踐能力（體現(xiàn)為Scratch編程能力）。

計(jì)算觀念是學(xué)生使用Scratch創(chuàng)建互動(dòng)媒體的過(guò)程中形成的對(duì)自己與他人關(guān)系及周圍世界的理解，對(duì)應(yīng)情感態(tài)度與價(jià)值觀，這是一種有關(guān)人格塑造、思維習(xí)慣養(yǎng)成的學(xué)習(xí)結(jié)果。教師要引導(dǎo)學(xué)生形成良好的計(jì)算觀念。

四、基于計(jì)算思維培養(yǎng)的Scratch教學(xué)模式

Scratch這一編程工具需要通過(guò)“在設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)”的方式來(lái)掌握。教師要結(jié)合學(xué)生的具體情況，綜合使用案例教學(xué)法、常規(guī)講解法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法等方法進(jìn)行教學(xué)。

首先，要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)那榫?，引出主題，讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)或任務(wù)；其次，要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，通過(guò)分析案例，讓學(xué)生理解并掌握案例中的算法。這是有關(guān)計(jì)算概念的兩個(gè)關(guān)鍵步驟。當(dāng)學(xué)生明白算法之后，教師提出與案例相似的任務(wù)，也可以就案例讓學(xué)生進(jìn)行流程圖設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠把作品的功能、指令、情景等梳理通順。接下來(lái)就可以進(jìn)行作品功能的詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括情景設(shè)計(jì)、舞臺(tái)設(shè)計(jì)、角色設(shè)計(jì)和指令設(shè)計(jì)，這些步驟使搭建腳本變得更容易。完成作品后的展示過(guò)程，使學(xué)生可以鍛煉表達(dá)、交流的能力，回顧自己作品的制作過(guò)程并對(duì)他人作品進(jìn)行評(píng)價(jià)。在整個(gè)過(guò)程中，教師要注重學(xué)生計(jì)算概念的掌握、計(jì)算實(shí)踐的錘煉和計(jì)算觀念的養(yǎng)成。

五、基于計(jì)算思維培養(yǎng)的Scratch教學(xué)案例

下面以“分支（判斷）結(jié)構(gòu)if else”一課為例說(shuō)明Scratch教學(xué)模式，具體環(huán)節(jié)如下。

1.創(chuàng)設(shè)情境，明了主題。創(chuàng)設(shè)情境的目的是讓學(xué)生知道本節(jié)課的主題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對(duì)于“分支（判斷）結(jié)構(gòu)if else”，教師可以從有關(guān)“判斷”的生活常識(shí)入手，讓學(xué)生知道“if else”的含義，如：如果走迷宮的時(shí)候沒(méi)有出路，那么同學(xué)們會(huì)掉頭走其他的路，否則就繼續(xù)走；如果吃的食物壞了，那么我們會(huì)扔掉，否則就留著……創(chuàng)設(shè)情境時(shí)要充分考慮學(xué)生的年齡及理解能力，要與學(xué)生的真實(shí)生活密切相關(guān)，使他們明了主題。

2.案例分析，明白算法。案例分析的目的是讓學(xué)生在明了主題后能夠知道用什么樣的思路和算法完成作品，幫助學(xué)生掌握計(jì)算概念，即Scratch中的編程指令。教師要根據(jù)學(xué)生的理解能力，以恰當(dāng)?shù)姆绞綆ьI(lǐng)學(xué)生分析案例。以“小貓與運(yùn)動(dòng)員賽跑”的動(dòng)畫設(shè)計(jì)為例。教師向?qū)W生解釋任務(wù)（可配合演示已完成的動(dòng)畫）：小貓和運(yùn)動(dòng)員賽跑，運(yùn)動(dòng)員領(lǐng)先，當(dāng)小貓追上運(yùn)動(dòng)員時(shí)，運(yùn)動(dòng)員說(shuō)“你追上我啦！”，然后立即加速，再次與小貓拉開距離。教師需要引導(dǎo)學(xué)生明白如下思路和算法：小貓跑步，可通過(guò)原地重復(fù)執(zhí)行變換造型的指令實(shí)現(xiàn)；按下空格鍵，使運(yùn)動(dòng)員移動(dòng)，領(lǐng)先小貓一段距離（如100步）；點(diǎn)擊綠旗后，程序開始執(zhí)行，運(yùn)動(dòng)員通過(guò)變換造型并移動(dòng)，呈現(xiàn)出跑步的狀態(tài)；由于小貓是原地“跑步”，所以“運(yùn)動(dòng)員被追上”的效果可以由“運(yùn)動(dòng)員向后移動(dòng)”來(lái)實(shí)現(xiàn)；當(dāng)運(yùn)動(dòng)員退到小貓的位置（畫面效果是小貓追上了運(yùn)動(dòng)員），運(yùn)動(dòng)員說(shuō)“你追上我啦！”，然后停止后退，執(zhí)行向前移動(dòng)100步的指令，與小貓重新拉開距離（畫面效果是運(yùn)動(dòng)員加速再次領(lǐng)先小貓），如此循環(huán)往復(fù)，表現(xiàn)出小貓與運(yùn)動(dòng)員你追我趕賽跑的情景。兩個(gè)角色的程序指令如圖1和圖2所示。其中重復(fù)執(zhí)行“下一個(gè)造型”，是為了使角色“跑”起來(lái)。

3.作品流程圖設(shè)計(jì)。案例分析后，學(xué)生對(duì)“if else”有了一定的理解。教師采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)換角色并增加角色、換對(duì)話內(nèi)容、換舞臺(tái)等，模仿或創(chuàng)造出應(yīng)用“if else”的作品。在學(xué)生設(shè)計(jì)和搭建腳本之前，要先在紙上畫出作品的流程圖。基礎(chǔ)較好或理解得更好的學(xué)生，能很快掌握流程圖，而對(duì)于基礎(chǔ)較差的學(xué)生，教師需要耐心講解，并給他們更多的時(shí)間在操作中體會(huì)。流程圖的掌握，使學(xué)生的計(jì)算實(shí)踐能力得到提高，邏輯思維能力得到增強(qiáng)。

4.作品功能設(shè)計(jì)和搭建腳本。作品功能設(shè)計(jì)包括角色設(shè)計(jì)、情境設(shè)計(jì)、舞臺(tái)設(shè)計(jì)和指令設(shè)計(jì)，需要學(xué)生發(fā)揮想象力，根據(jù)自己的想法設(shè)計(jì)作品功能。在作品流程圖和功能確定之后，搭建腳本階段才會(huì)順利，這也是學(xué)生計(jì)算實(shí)踐能力得以提升的階段。如一名學(xué)生設(shè)計(jì)了一個(gè)小貓和蝙蝠的動(dòng)畫：蝙蝠飛行時(shí)撞到了小貓，趕快飛走了，而小貓卻嚇得邊跑邊喊“救命”（程序指令見圖3、圖4）。從中可見，學(xué)生已經(jīng)理解并掌握了“if else”指令的用法，且不乏有趣的想象和創(chuàng)新之處。

5.修改交流及分享。在完成作品之后，可采用小組內(nèi)討論的方式，針對(duì)過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行交流，反復(fù)修改作品，展示自己小組的作品，或上傳到Scratch官網(wǎng)，這個(gè)過(guò)程有助于學(xué)生綜合能力的提高和計(jì)算觀念的養(yǎng)成。

在上例中，學(xué)生來(lái)自四五年級(jí)，此前從未接觸過(guò)有關(guān)程序設(shè)計(jì)的課程，有的學(xué)生并非從一開始就有足夠的興趣或積極性，需要教師將教學(xué)與學(xué)生生活或感興趣的事物相結(jié)合，考慮學(xué)生的認(rèn)知水平和個(gè)體差異，因人而異地提供指導(dǎo)。教師要給學(xué)生充分的體驗(yàn)與練習(xí)的時(shí)間以及試錯(cuò)的機(jī)會(huì)，要意識(shí)到完成任務(wù)不是最重要的，完成任務(wù)的過(guò)程更重要。

參考文獻(xiàn)

[1]楊現(xiàn)民，李冀紅.創(chuàng)客教育的價(jià)值潛能及其爭(zhēng)議[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2015（2）：23-34.

[2]牟琴，譚良.計(jì)算思維的研究及其進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2011（3）：10-15.

[3]任友群，黃榮懷.高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂說(shuō)明[J].中國(guó)電化教育，2016（3）：1-3.

[4]Brennan K，Resnick M. New Frameworks for Studying and Assessing the Development of Computational Thinking[EB/OL]. [2013-10-05]http： web. media. mit. edu/～ kbrennan/ files/ Brennan_Resnick_ AERA2012_CT. pdf.

[5]王旭卿.面向三維目標(biāo)的國(guó)外中小學(xué)計(jì)算思維培養(yǎng)與評(píng)價(jià)研究[J].電化教育研究，2014（7）：48-51.

（責(zé)任編輯 郭向和）