基于計(jì)算思維的Scratch課例分析

查德清

隨著核心素養(yǎng)的提出，計(jì)算思維作為核心素養(yǎng)之一，越來(lái)越受到廣大信息技術(shù)教學(xué)工作者的重視。在信息技術(shù)課例開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)時(shí)，充分利用Scratch編程這個(gè)載體，有效開(kāi)展信息技術(shù)主題活動(dòng)，幫助學(xué)生建構(gòu)真實(shí)的問(wèn)題情境，形成抽象思維，并與數(shù)學(xué)學(xué)科整合，加深對(duì)算法的理解，通過(guò)計(jì)算模擬、可視化思維，實(shí)現(xiàn)學(xué)生計(jì)算思維能力的提升。下面以江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社（2015版）五年級(jí)教材Scratch模塊的主題活動(dòng)一課為例，緊扣計(jì)算思維的內(nèi)涵，分析如何在Scratch教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

一、認(rèn)識(shí)計(jì)算思維

2006年周以真教授首創(chuàng)了“計(jì)算思維”的概念。隨著計(jì)算思維概念的提出，國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域?qū)τ?jì)算思維開(kāi)始關(guān)注，有多位院士參與其中（李國(guó)杰、陳國(guó)良等），同時(shí)基礎(chǔ)教育界也在反思信息技術(shù)教育的核心價(jià)值，對(duì)計(jì)算思維持開(kāi)放態(tài)度。高中新課程標(biāo)準(zhǔn)修訂版中，以核心素養(yǎng)為總綱，將計(jì)算思維列為核心內(nèi)容之一。在此背景下，小學(xué)信息技術(shù)也隨之把計(jì)算思維作為學(xué)生的信息素養(yǎng)之一，開(kāi)始在課堂教學(xué)中滲透落實(shí)。

那到底什么是計(jì)算思維，周以真教授在2011年把計(jì)算思維定義為形式化表達(dá)問(wèn)題和解決方案，使之成為能夠被信息處理代理有效執(zhí)行的思維過(guò)程。在信息技術(shù)學(xué)科中，計(jì)算思維就可以理解為學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。簡(jiǎn)言之，計(jì)算思維其本質(zhì)就是解決問(wèn)題的一種過(guò)程。

二、課例設(shè)計(jì)

在《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程綱要》中明確指出，信息技術(shù)的學(xué)習(xí)，旨在全面提升學(xué)生信息素養(yǎng)，幫助學(xué)生掌握信息技術(shù)基本知識(shí)與技能，增強(qiáng)信息意識(shí)，發(fā)展計(jì)算思維、提高數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力，樹(shù)立正確的信息社會(huì)價(jià)值觀和責(zé)任感。

Scratch程序設(shè)計(jì)，是一款由麻省理工學(xué)院（MIT） 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的面向少年的簡(jiǎn)易編程工具。Scratch構(gòu)成程序的命令和參數(shù)通過(guò)積木形狀的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，可視化的程序設(shè)計(jì)有助于鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)意思維。Scratch程序設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要載體。

（一）教材分析

《設(shè)計(jì)Scratch游戲——搶數(shù)大戰(zhàn)》是江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社《小學(xué)信息技術(shù)·5年級(jí)》教材Scratch模塊的主題活動(dòng)課。本課是在學(xué)生初步學(xué)完了本單元編程新知的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的深入學(xué)習(xí)。本課緊貼學(xué)生的生活實(shí)際，趣味性較高，所涉及的數(shù)理算法學(xué)生比較熟悉。重在要求學(xué)生在理解“搶數(shù)大戰(zhàn)”游戲蘊(yùn)含的算法基礎(chǔ)之上，完成“搶數(shù)大戰(zhàn)”的程序控件的堆疊與優(yōu)化。

從計(jì)算思維角度看，學(xué)生要通過(guò)分析游戲蘊(yùn)含的數(shù)理知識(shí)，在逆推算法的幫助下，實(shí)現(xiàn)界定問(wèn)題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織代碼，將問(wèn)題模型轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的計(jì)算模型，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)化執(zhí)行來(lái)解決問(wèn)題。從程序設(shè)計(jì)上看，學(xué)生需要學(xué)習(xí)次數(shù)循環(huán)語(yǔ)句對(duì)程序進(jìn)行迭代和優(yōu)化；同時(shí)，本課要求學(xué)生從“搶數(shù)大戰(zhàn)”游戲出發(fā)，總結(jié)出編寫(xiě)程序的基本方法。

（二）課例分析

本課例，根據(jù)本課的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重難點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，重在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)方式，在程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的養(yǎng)成。通過(guò)游戲體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生分析程序代碼的能力，并理解算法在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)中的作用。

1.激趣導(dǎo)入

激趣導(dǎo)入是達(dá)成課堂教學(xué)目標(biāo)的良好開(kāi)端。在本課教學(xué)一開(kāi)始，設(shè)計(jì)了一個(gè)人機(jī)對(duì)話(huà)的游戲。讓學(xué)生挑戰(zhàn)機(jī)器人，比一比誰(shuí)先可以報(bào)到10。

搶數(shù)游戲讓學(xué)生對(duì)本課的學(xué)習(xí)內(nèi)容有了濃厚的興趣，更是激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲，進(jìn)而教師引領(lǐng)學(xué)生開(kāi)始步入計(jì)算思維之路。

2.新知探究

①定義問(wèn)題：

兩人輪流報(bào)數(shù)，每人每次至少報(bào)1個(gè)數(shù)，最多報(bào)2個(gè)數(shù)，從1到10按順序連續(xù)報(bào)數(shù)。誰(shuí)先搶到10誰(shuí)就獲勝。思考如何可以取勝？

學(xué)生活動(dòng)一：全班同學(xué)以同座位兩人為一組，進(jìn)行游戲。通過(guò)游戲發(fā)現(xiàn)并識(shí)別問(wèn)題，學(xué)生進(jìn)行界定問(wèn)題。

②建立計(jì)算模型：

根據(jù)同桌搶數(shù)游戲，分析Scratch模擬搶數(shù)游戲所需要的角色和變量，將數(shù)學(xué)推理問(wèn)題進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行和運(yùn)算的問(wèn)題。

學(xué)生活動(dòng)二：學(xué)生閱讀范例，理解各程序段的功能。通過(guò)讀程序發(fā)現(xiàn)1、4、7、10四個(gè)關(guān)鍵數(shù)字，通過(guò)逆推，理解“搶10大戰(zhàn)”游戲的算法，從而建構(gòu)游戲程序中每輪間隔3的算法模型。接著利用已建構(gòu)的算法模式，推導(dǎo)搶11、搶12程序的算法。

③算法設(shè)計(jì)：

將計(jì)算模型進(jìn)一步用數(shù)學(xué)方法歸納出來(lái)，并用程序語(yǔ)言進(jìn)行表述。

學(xué)生活動(dòng)三：學(xué)生在“搶10大戰(zhàn)”游戲基礎(chǔ)上修改程序，完成“搶數(shù)大戰(zhàn)”游戲。

計(jì)算思維：將問(wèn)題的本質(zhì)抽取出來(lái)，從“搶10”游戲程序的算法，構(gòu)建搶其他數(shù)的算法模型，通過(guò)對(duì)算法的抽象，為后續(xù)自動(dòng)化程序設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)備。通過(guò)Scratch相互驗(yàn)證程序功能，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)化執(zhí)行。

④算法實(shí)現(xiàn)：

在設(shè)計(jì)算法的過(guò)程中反思問(wèn)題解決方案，不斷改善和優(yōu)化程序。

學(xué)生活動(dòng)四：在搶10游戲程序基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，完成搶其他數(shù)游戲的程序。

計(jì)算思維：算法是指解決問(wèn)題的途徑，它是一系列明確指令的組合。學(xué)生將抽象出來(lái)的問(wèn)題，通過(guò)類(lèi)比的方法將程序語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)指令。

通過(guò)本活動(dòng)，學(xué)生可以形成完整的Scratch趣味編程的思路及實(shí)現(xiàn)方法。學(xué)生的計(jì)算思維能力在整個(gè)編程過(guò)程中不斷得以提升。

學(xué)生活動(dòng)五：引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注程序模塊的相同性，用一個(gè)程序來(lái)解決類(lèi)似的多個(gè)問(wèn)題。利用循環(huán)語(yǔ)句來(lái)優(yōu)化程序。