讓“計算思維”的種子在Scratch教學中發(fā)芽

陳強華

【摘要】《江蘇省義務(wù)教育信息技術(shù)課程指導綱要（2017年修訂）》指出，計算思維是信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)之一。小學生通過學習信息技術(shù)課程，掌握了信息技術(shù)的基礎(chǔ)知識，有相應的想象與創(chuàng)新能力，但對于編程教學中蘊含的算法思想、計算思維還需進一步培養(yǎng)。小學編程以Scratch教學為主，應該從單純以語法、算法為主的編程教學，向培養(yǎng)學生計算思維和解決問題的能力轉(zhuǎn)變，從而進一步提高學生的信息素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】信息素養(yǎng) 計算思維 Scratch教學

2006年，卡內(nèi)基·梅隆大學的周以真教授對計算思維進行了解說：計算思維是運用計算機科學的基本概念，涵蓋計算機科學領(lǐng)域的一系列思維活動，包括問題解決、系統(tǒng)設(shè)計和人類行為理解。在Scratch教學中，不能只要求學生學會如何編寫程序，更重要的是讓他們系統(tǒng)化地分析，富有創(chuàng)造性地思考，從而有效地解決問題。

2013年，南安普頓大學的Cynthia Selby博士和John Woollard 博士提出，計算思維包含五個要素：抽象（Abstraction）、分解（Decomposition）、算法思維（Algorithmic Thinking）、評估（Evaluation） 、概括（Generalisation）。編程與計算思維不同，但編程教學是培養(yǎng)計算思維的關(guān)鍵手段。

一、抽象思維，建構(gòu)問題情境

在現(xiàn)實生活中，我們面臨的問題往往是混亂和復雜的，這要求我們從計算機可以處理的問題中抽象出這個問題。所以，教師要根據(jù)教學內(nèi)容與教學目標，基于真實的問題，有目的地建構(gòu)問題情境。

例如，在教學《穿越迷宮》一課時，通過情境模擬在有障礙的教室中進行穿越。

師：同學們玩過迷宮游戲嗎？今天我們把教室當成迷宮，請一名同學在10秒內(nèi)從教室前面穿越，繞過最后一個同學的座位，回到講臺位置。

隨后提出問題：（1）迷宮怎樣得來？（2）障礙物如何得來？（3）誰來穿越迷宮？

生：（1）通過背景繪制得來。注意迷宮通道的大小，并根據(jù)獨特的通道添加一些環(huán)路來混淆視線。（2）通過繪制或添加角色設(shè)置障礙。（3）注意穿越迷宮時角色的大小設(shè)定。

建構(gòu)問題情境是抽象思維重要的一環(huán)，在激發(fā)學生學習興趣的同時，也可以引導學生感悟編程方法。

二、分解任務(wù)，厘清編程思路

分解任務(wù)是把整個看起來比較復雜的問題進行合理的劃分，將一個總問題通過分解，進而引導學生一步一步去解決。經(jīng)過任務(wù)的分解，將難點、重點進行抽絲剝繭，厘清編程思路，從比較大的任務(wù)負荷中解脫出來，切實有效地解決問題。

例如：在教學《穿越迷宮》時，分解任務(wù)后發(fā)現(xiàn)，角色控制和障礙判斷是編寫程序的重點。

1.角色控制

師：同學們都玩過游戲了，一般電腦游戲靠什么控制呢？

生：鼠標或者鍵盤控制。

師：Scratch可以使用鼠標移動來控制角色的移動，或者使用鍵盤的按鍵控制其移動。你覺得這里用什么控制比較方便呢？

生：讓角色跟隨鼠標移動。

師：如何用鼠標進行角色控制呢？

……

隨著討論的不斷深入，學生的思考也不斷成熟，問題也被層層分解，從而找到解決的途徑。

2.障礙判斷

如果角色在移動的過程中，碰到舞臺通道邊緣的黑線，使用條件判斷（如果……那么……）碰到黑色，從而通過具體坐標位置使其返回出發(fā)點;如果碰到設(shè)置在通道中的障礙物，則要使用條件判斷碰到角色，使其返回出發(fā)位置。

三、游戲互動，滲透算法思維

算法思維是將一些較為復雜的問題，抽象成具體的可執(zhí)行指令或規(guī)則，這樣就可以由計算機通過模塊化來解決問題。玩游戲一直是學生的天性，吸引他們的是游戲中人與計算機的互動。因此我們在教學時，要引導學生在編寫游戲時注重“可玩性”。通過不同的舞臺背景、角色設(shè)置、難易程度等模塊，以算法思維激發(fā)學生的想象力與創(chuàng)造力。

例如，在教學《穿越迷宮》時創(chuàng)設(shè)情境，能不能10秒內(nèi)穿越教室，這就是在編程時加入的計時器模塊。編寫時可設(shè)定在規(guī)定的時間內(nèi)，成功穿越迷宮，將獲得驚喜，還可以設(shè)置不同的舞臺背景來設(shè)置不同的關(guān)卡，可以在迷宮中放置加分角色或減分角色，碰到加分角色可以使游戲難度低;碰到減分角色，則反之。也可設(shè)置不同的出入口，來實現(xiàn)多人競賽。

四、糾錯評估，不斷優(yōu)化程序

評估的作用是確保編程的最優(yōu)化。很多情況下一個算法不能完美地滿足所有的條件，這時候就要糾錯，進行綜合考量，不斷優(yōu)化程序。糾錯評估是編程的重要環(huán)節(jié)，始終伴隨著學生的整個學習過程。當學生進行程序調(diào)試時，要引導他們能像計算機解決問題一樣去思考，并能理解執(zhí)行的每個環(huán)節(jié)，與實際結(jié)果進行比對。在評估過程中發(fā)現(xiàn)結(jié)果與預想不一致時，就要進行糾錯，采用其他算法來實現(xiàn)。這樣反復糾錯評估，不僅能使學生在算法上有所突破，更能提升學生計算思維的能力。

1.讀懂腳本，主動糾錯

在信息技術(shù)教學時，往往把“讀”忽略掉了，其實在編程教學中，這是卓有成效的方法。在教學時，學生看到程序有問題，運行一直出錯，卻找不到頭緒。教師引導學生“讀”腳本，一邊讀一邊理解含義，這是一種主動糾錯行為。

例如，在教學《穿越迷宮》時，學生的條件語句（如果……那么……）已經(jīng)使用，可程序卻沒有去判斷，學生感覺到很無奈。這時將這個腳本進行展示，請大家一起來集體糾錯。先由這個學生去“讀”這個腳本，并說出每一步的含義，再由其他同學一起進行糾錯。發(fā)現(xiàn)問題原來是少了重復執(zhí)行命令，程序只能判斷一次，不能一直判斷。

2.有效合作，不斷優(yōu)化

合作學習，首先要明確解決的問題，是不是有合作的必要。對于那些簡單的、學生能獨立完成的任務(wù)，就不太適合合作學習。唯有那些學生個人不能解決的、并能在很大程度上讓學生優(yōu)勢互補的問題，才是能使程序更優(yōu)化的有效合作，才是有意義的合作。其次，在合作學習中我們要注意明確分工，讓小組中的每個學生在一起工作時都要做一些事情，這樣每個人都有機會在優(yōu)化過程中表達自己，他們可以成為合作學習的小主人。第三，要適時引導。學生按小組進行合作學習時，不確定因素會增多，教師要參與其中，并通過指導、提示等形式，讓學生少走彎路，使程序調(diào)試最優(yōu)化，提高課堂效率。這樣不僅是小組合作的“優(yōu)化”，更能保證程序設(shè)計上的不斷“優(yōu)化”。

例如，在教學《穿越迷宮》障礙判斷時，布置小組合作學習時，首先明確小組分工任務(wù)，一個學生負責觀察角色碰到障礙時的反應，一個學生負責記錄，所有組員都要討論、分析，為什么碰到障礙不能返回起點。找到原因后，進行修改，找到程序設(shè)計的最優(yōu)方法。

五、概括歸納，遷移解決方案

概括是在之前已經(jīng)解決的問題上，將其歸納為通用的解決方案，并將此遷移到更廣泛的問題情境中。有了前面步驟的積累，學生的計算思維慢慢“發(fā)芽”，如果要茁壯成長還需教師的引導，讓學生借助概括歸納，鞏固和強化學習成果，遷移問題的解決方案。

例如，在教學《穿越迷宮》時，在學生電腦桌面上發(fā)送了一個“挑戰(zhàn)一下”的文件夾，放入難度不一的三個半成品，請你自己選擇，看看你達到哪個級別。

“勝利大逃亡”——高手！

“大魚吃小魚”——高高手！

“通過今天的學習，能自主設(shè)計其他小游戲”——大師！

通過概括歸納從而進行遷移，學生可以根據(jù)自身實際情況接受更高一層的挑戰(zhàn)任務(wù)，對所學知識進行深入的分析和靈活的運用，進行作品的創(chuàng)作。

南師大李藝教授在報告中說，計算思維是圍繞“人”進行的，是科學思想引起的，它關(guān)注的是描繪人的內(nèi)在品質(zhì)的概念，并把它們視為核心的主要部分。在Scratch教學中，編程的相關(guān)知識學生一般都能很好地掌握，在教學中要將重點從編程語法、規(guī)則轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)學生計算思維能力上來，不斷融入計算思維的理念，讓“計算思維”的種子在 Scratch教學中“發(fā)芽”，從而“遍地開花” ，促進學生信息技術(shù)核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

【參考文獻】

[1]江蘇省中小學教學研究室.小學信息技術(shù)教師教學用書[M].南京：江蘇鳳凰科學技術(shù)出版社，2014.

[2]李峰，王吉慶.計算思維：信息技術(shù)課程的一種內(nèi)在價值[J].中國電化教育，2013（8）.

[3]王榮良.計算思維對中小學信息技術(shù)課程的影響初探[J].中國教育技術(shù)裝備，2012（27）.