Let′s think：例談小學(xué)Scratch教學(xué)中的計(jì)算思維培養(yǎng)

錢耀剛

近年來，專家學(xué)者、學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、一線學(xué)科教師都在思考小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的學(xué)科定位與價(jià)值，針對它的討論也甚為激烈。Scratch課程于2013年正式進(jìn)入江蘇省小學(xué)信息技術(shù)教材，作為一種新興的圖形化編程（創(chuàng)造）工具，Scratch具有學(xué)習(xí)成本低、作品形式豐富多樣、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，極大地激發(fā)了教師與學(xué)生的教學(xué)熱情。但如果不能得到更好的理論引領(lǐng)，那么很顯然Scratch會被簡單化地僅僅看成是一種編程工具，因此需要引入計(jì)算思維思想來指導(dǎo)Scratch教學(xué)設(shè)計(jì)。但學(xué)生的計(jì)算思維并不是通過灌輸形成的，而是需要在思考過程中不斷迭代發(fā)展?！白屛覀兯伎肌保↙ets think）是小學(xué)Scratch教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的核心理念;讓兒童思考起來、在思考中成長、學(xué)會思考是我們要一直秉持的小學(xué)Scratch教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的策略。下面，我通過具體實(shí)例來闡釋如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中計(jì)算思維的具體內(nèi)容

為了使教師在教學(xué)中明確計(jì)算思維培養(yǎng)目標(biāo)，我們首先需要根據(jù)計(jì)算思維的定義、特征、具體技能等，將其在小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)中的內(nèi)容具體化。內(nèi)容的具體化是在教學(xué)設(shè)計(jì)中有效培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的必由之路。由計(jì)算思維的定義可知，其主要是用于求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)、理解人類的行為。計(jì)算思維技能包括科學(xué)思維、邏輯思維、算法思維、效率思維、創(chuàng)新思維、倫理思維等六方面。我們根據(jù)以上定義與概念，在小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)的層面嘗試確定其相應(yīng)的內(nèi)容。

1.求解問題

求解問題是所有學(xué)科教學(xué)的最主要的目標(biāo)。綜觀目前所用蘇科版小學(xué)信息技術(shù)教材Scratch教學(xué)單元，均設(shè)置了一定的場景，并在場景中提出相應(yīng)的問題需求，也即將求解問題作為信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)的主要標(biāo)目。然而如何求解問題呢？從計(jì)算思維技能培養(yǎng)的角度而言，求解問題需要具備問題分解、抽象化、演算法和程序這幾類技能。

2.理解行為

所謂理解行為即理解行為的社會意義、生活意義等實(shí)際意義，也就是對問題求解的原動力給予理解，更直白地表述就是解決為什么做、為什么這么做的問題。在小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)過程中，在理解行為的基礎(chǔ)上，去尋求解決問題的方法，則能對純粹的技術(shù)習(xí)得、技能訓(xùn)練賦予更深層次的內(nèi)涵，而不是停留在淺層的鼠標(biāo)、鍵盤操作上。

3.設(shè)計(jì)系統(tǒng)

設(shè)計(jì)系統(tǒng)在小學(xué)信息技術(shù)教材的Scratch單元教學(xué)中，可以簡單地理解為在運(yùn)用求解問題技能將任務(wù)目標(biāo)分解、抽象并選擇一定的算法基礎(chǔ)上，進(jìn)行Scratch程序的設(shè)計(jì)編寫，以達(dá)成目標(biāo)的完成。設(shè)計(jì)系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過程，是一個(gè)反復(fù)試錯、迭代優(yōu)化的過程，相當(dāng)程度上體現(xiàn)了工程思維。

小學(xué)Scratch教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的實(shí)踐案例

下面，我結(jié)合幾個(gè)示例說明如何在小學(xué)Scratch教學(xué)中滲透計(jì)算思維培養(yǎng)。

例1：Scratch《畫筆的秘密》拓展1

教師：同學(xué)們，這是學(xué)校藝術(shù)館的墻面磚花紋（如圖1），你能用Scratch畫出這個(gè)圖案嗎？

（1）求解問題。問題分解、算法：①分解為重復(fù)畫4個(gè)同樣大小的正方形;②畫一個(gè)正方形，可以分解為重復(fù)4次畫一條線段并旋轉(zhuǎn)90度;③每繪制一個(gè)正方形后，旋轉(zhuǎn)90度。

（2）理解行為。藝術(shù)館的墻面花紋具有美化作用，因此可以在色彩、圖案等方面進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，以獲得藝術(shù)美化效果。

（3）設(shè)計(jì)系統(tǒng)。教師引導(dǎo)學(xué)生使用Scratch控件塊，實(shí)現(xiàn)算法。實(shí)現(xiàn)過程中實(shí)現(xiàn)迭代優(yōu)化，體現(xiàn)工程思維。

①初步實(shí)現(xiàn)。

繪制單個(gè)正方形，如圖2所示。

繪制4個(gè)正方形，如圖3所示。

②調(diào)試、性能優(yōu)化與除錯。

在初步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過與任務(wù)目標(biāo)對比，學(xué)生發(fā)現(xiàn)下列問題需要優(yōu)化：①樣圖中小正方形每邊顏色不同，目前程序沒有實(shí)現(xiàn);②繪制圖案前沒有清空舞臺，所畫圖案位置不確定;③繪制完成后，小貓遮擋圖案。在分析問題的基礎(chǔ)上，進(jìn)行代碼優(yōu)化。

各邊設(shè)定不同顏色，如圖4所示。

加入舞臺初始化代碼，如圖5所示。

調(diào)整小貓的位置，防止遮擋，如圖6所示。

例2：Scratch《畫筆的秘密》拓展2

在拓展1的基礎(chǔ)上，進(jìn)行二次拓展：繪制五邊形、六邊形等，以及增加多邊形數(shù)量。

（1）求解問題。問題解構(gòu)：①分解為重復(fù)畫4個(gè)同樣大小的正五邊形;②繪制一個(gè)正五邊形，可以分解為重復(fù)5次畫一條線段并旋轉(zhuǎn)72度;③每繪制一個(gè)正五邊形后，旋轉(zhuǎn)90度。

（2）理解行為。在日常生活、學(xué)習(xí)和工作中，常常需要舉一反三、由此及彼。我們可以在拓展1的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入研究，以便于更清晰地理解這一圖案繪制的方法。

（3）設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

①搭建代碼，完成第一層次系統(tǒng)，如圖7、圖8、圖9所示。

②探索實(shí)踐，完成更多數(shù)量的多邊形圖形圖案繪制，如圖10所示。通過數(shù)據(jù)收集與分析找出規(guī)律。

③抽象、建模、迭代，進(jìn)行深層次探索，如圖11、圖12所示。

④反饋：幫助理解如何解構(gòu)，抽象出程序結(jié)構(gòu)模型，如圖13所示。

結(jié)束語

在小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)中，嘗試進(jìn)行“計(jì)算思維”滲透，對于學(xué)生信息素養(yǎng)的提升有著一定的積極意義。讓學(xué)生經(jīng)歷求解問題、理解行為、設(shè)計(jì)系統(tǒng)等環(huán)節(jié)，對于信息技術(shù)技能掌握、算法思維培養(yǎng)、工程思維的實(shí)踐與體驗(yàn)有著現(xiàn)實(shí)意義。