基于Scratch軟件培養(yǎng)中學(xué)生的計(jì)算思維能力

摘 要：在信息時(shí)代，計(jì)算思維是人們認(rèn)識(shí)問(wèn)題，解決問(wèn)題的重要工具之一。在素質(zhì)教育的背景下，思維能力亦是當(dāng)代學(xué)生所必備的重要技能之一。本文通過(guò)中小學(xué)信息技術(shù)新課標(biāo)及多年的信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)經(jīng)驗(yàn)淺談基于Scratch軟件如何培養(yǎng)中學(xué)生的計(jì)算思維能力。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維能力;中學(xué)生;Scratch軟件

一、 引言

根據(jù)國(guó)家信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)：在新課改的大背景下，計(jì)算機(jī)教學(xué)除了要傳授計(jì)算機(jī)知識(shí)，更要發(fā)展學(xué)生智力，培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)能力。中小學(xué)信息技術(shù)新課標(biāo)表明：在中學(xué)，除了要培養(yǎng)學(xué)生基本的信息技術(shù)知識(shí)，也要展開(kāi)基礎(chǔ)的漢語(yǔ)言編程教學(xué)，以培養(yǎng)“更完整的人”。如今，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維亦是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分之一。古人云：“授人以魚，只供一飯之需，而教人以漁，則將終身受用無(wú)窮?！苯處熢诮虒W(xué)時(shí)要避免進(jìn)行填鴨式教學(xué)，重視學(xué)生智力和能力的培養(yǎng)。思維能力的培養(yǎng)是能力培養(yǎng)的核心。因此，在中學(xué)信息技術(shù)學(xué)科培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要性不言而喻。

二、 計(jì)算思維的重要性

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)以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活動(dòng)。即指一種用計(jì)算機(jī)邏輯解決問(wèn)題的思維，將問(wèn)題分解，通過(guò)邏輯分析和細(xì)分步驟構(gòu)思解決方案，從而形成問(wèn)題解決的模型。它不局限于計(jì)算機(jī)學(xué)科，說(shuō)到底計(jì)算機(jī)只是一種工具。

信息技術(shù)具有抽象性，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)需要較好的邏輯能力。所以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，能夠提升學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)課程的學(xué)習(xí)能力。計(jì)算機(jī)課程的實(shí)際編程是為了滿足項(xiàng)目開(kāi)發(fā)需求，而項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)就需要對(duì)用戶的需求進(jìn)行理解、把專業(yè)功能模塊轉(zhuǎn)化為切實(shí)可行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，以具體算法實(shí)現(xiàn)。這些過(guò)程都需要解決問(wèn)題，分類，具象的思維能力，而這些能力恰恰是計(jì)算思維的主要方面。從中學(xué)生特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，進(jìn)入初中習(xí)的學(xué)生正處于富有朝氣的青春階段，在這一階段的他們喜愛(ài)活動(dòng)，新鮮事物，但是對(duì)于思維能力還處于較弱的時(shí)期。所以要通過(guò)在校學(xué)習(xí)的時(shí)間，進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)。

三、 基于Scratch軟件培養(yǎng)中學(xué)生的計(jì)算思維能力

（一） 為何選擇Scratch軟件作為培養(yǎng)中學(xué)生計(jì)算思維的工具

1. Scratch軟件與傳統(tǒng)編程軟件不同，并未強(qiáng)調(diào)復(fù)雜的代碼編寫功能，而是軟件內(nèi)部已具備相應(yīng)的程序模塊，令學(xué)生采取模塊堆疊的形式完成程序的編寫。此外，圖形模塊能夠降低學(xué)生的記憶難度，從而提高學(xué)生的操作便利性，學(xué)生學(xué)習(xí)Scratch編程的過(guò)程不再是枯燥的命令組合的集成，而是類似于積木游戲。學(xué)生能提前預(yù)演自己所編寫的程序，從展示區(qū)域直接觀察程序的效果。這些腳本代表編程語(yǔ)言中的循環(huán)語(yǔ)句、條件判斷語(yǔ)句，甚至是鏈表語(yǔ)句。中學(xué)生通過(guò)運(yùn)用Scratch軟件編寫程序，可以幫助他們更好的理解編程語(yǔ)法及語(yǔ)句結(jié)構(gòu)，為他們?cè)谝院髮W(xué)習(xí)更高級(jí)的編程語(yǔ)言打下良好基礎(chǔ)。

2. 在Scratch的程序編寫階段，對(duì)于學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)具有重要意義。例如：在經(jīng)典例題“兔子繁殖問(wèn)題”中，可以運(yùn)用循環(huán)的次數(shù)計(jì)算任一個(gè)月兔子對(duì)數(shù)的值，從而了解變量分別進(jìn)行累加的方法，這就體現(xiàn)了計(jì)算思維中遞歸思想與方法。并且實(shí)現(xiàn)某個(gè)目標(biāo)并非只有一種編寫方式，學(xué)生可以采用不同的編寫方案來(lái)完成同一目標(biāo)，但學(xué)生需要從中尋找到最佳的方案，這便是計(jì)算思維的優(yōu)化問(wèn)題。讓Scratch軟件不僅成為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的熱門工具，同時(shí)也是學(xué)生對(duì)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作實(shí)現(xiàn)的重要載體之一。

（二） 基于Scratch軟件培養(yǎng)中學(xué)生計(jì)算思維能力的方式

1. 引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析

在教學(xué)過(guò)程中，我感覺(jué)學(xué)生對(duì)Scratch軟件興趣很大，特別是當(dāng)教師演示一些編寫的小游戲、小故事例如對(duì)“兔子對(duì)數(shù)的計(jì)算”“水仙花數(shù)”等時(shí)，學(xué)生們都顯得躍躍欲試。但當(dāng)真正開(kāi)始編寫時(shí)，有些學(xué)生卻對(duì)著題目一籌莫展，不知如何下手。所以，在教學(xué)中，教師要注重滲透分析的方法，引導(dǎo)學(xué)生分析、討論，引導(dǎo)學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)。

2. 選取活潑生動(dòng)的實(shí)例

優(yōu)秀的實(shí)例能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，編程不能僅僅是程序設(shè)計(jì)，更應(yīng)該在實(shí)例中灌輸相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。因此，在實(shí)際的教學(xué)中，教師要選取貼近學(xué)生生活的實(shí)例，并且保持實(shí)例之間的知識(shí)聯(lián)系和遞進(jìn)關(guān)系?？傊诮虒W(xué)中，實(shí)例的精心選取和設(shè)計(jì)是非常重要的。

3. 給學(xué)生充分探究的時(shí)間和合作交流的空間

中小學(xué)程序設(shè)計(jì)教學(xué)的一個(gè)重要目標(biāo)就是要培養(yǎng)學(xué)生的自主探究精神和創(chuàng)新能力，而合作交流則是程序設(shè)計(jì)教學(xué)的重要組織形式之一，也是學(xué)生最喜歡的學(xué)習(xí)方式之一。在合作學(xué)習(xí)中，可以讓需要解決的問(wèn)題從學(xué)生中來(lái)、到學(xué)生中去，進(jìn)而提升學(xué)生的綜合運(yùn)用能力，為學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)良好的氛圍。

四、 基于Scratch軟件培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的具體措施

（一） Scratch校本教材的編寫

本人在2018年編寫了名為“邊算‘編學(xué)”的校本教材。本書基于Scratch軟件緊密圍繞“計(jì)算思維”這一核心思想，突出重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。整本書從邏輯上構(gòu)成符合青少年學(xué)習(xí)規(guī)律的系統(tǒng)化結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)大量實(shí)例的探究和剖析，在從了解知識(shí)到應(yīng)用的過(guò)程中，重構(gòu)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系，突出并強(qiáng)化知識(shí)和應(yīng)用兩者之間的聯(lián)系，注重思維和能力的訓(xùn)練。中學(xué)生可以在簡(jiǎn)單到復(fù)雜的任務(wù)中掌握編程的思想，從而激發(fā)對(duì)程序設(shè)計(jì)的興趣。本書每一章節(jié)后都有拓展內(nèi)容，意在強(qiáng)化中學(xué)生的思維能力。

（二） 開(kāi)設(shè)機(jī)器人編程社團(tuán)

在本人就職的學(xué)校，從2011年始在原有的信息技術(shù)社團(tuán)基礎(chǔ)上成立了名為“8+1>9”的程序開(kāi)發(fā)信息技術(shù)社團(tuán)，到目前已經(jīng)招募培養(yǎng)了8批學(xué)生。學(xué)校信息中心在培訓(xùn)教學(xué)中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了許多可資參考和實(shí)踐操作的心得體會(huì)。基于培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的基礎(chǔ)上鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。并且通過(guò)讓學(xué)生參加各類編程比賽，來(lái)提升學(xué)生的能力。2011年至今“8+1>9”社團(tuán)在參加全省、全市各類科技比賽中均取得了傲人的成績(jī)。

五、 結(jié)語(yǔ)

中小學(xué)階段的程序設(shè)計(jì)并不是要將所有的學(xué)生培養(yǎng)成為編程高手，而是要求能夠培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維與編程的思想，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。隨著貴州大數(shù)據(jù)與人工智能的發(fā)展，信息技術(shù)人才如雨后春筍般地出現(xiàn)。培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，利于他們?cè)诳萍蓟顒?dòng)中增長(zhǎng)知識(shí)，樹(shù)立創(chuàng)新和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Scratch培養(yǎng)孩子的計(jì)算思維[J].堅(jiān)果學(xué)院-少兒編程，2018（9）.

作者簡(jiǎn)介：

王宸，貴州省貴陽(yáng)市，貴陽(yáng)市第十九中學(xué)。