基于Scratch培養(yǎng)高職學(xué)生的編程思維與創(chuàng)新意識(shí)

陳靜

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在社會(huì)對(duì)復(fù)合型人才需求的背景下，如何幫助高職學(xué)生在未來(lái)的職業(yè)生涯以及人生發(fā)展中積蓄所需的信息素養(yǎng)，即具有分析問題、解決問題的能力，終身學(xué)習(xí)的能力與創(chuàng)新意識(shí)。介紹了以程序設(shè)計(jì)流程為中心，結(jié)合Scratch編程語(yǔ)言來(lái)培養(yǎng)學(xué)生編程思維與創(chuàng)新意識(shí)，并以具體案例“打地鼠”為例進(jìn)行闡述說(shuō)明，最后總結(jié)與展望下一步探索Scratch與硬件結(jié)合或使用Arduino進(jìn)行人工智能應(yīng)用。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? Scratch;編程思維;創(chuàng)新;程序設(shè)計(jì)流程

[中圖分類號(hào)]? G715 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2020）30-0230-02

一、編程思維與創(chuàng)新意識(shí)的重要性

高素質(zhì)和高技能是高職教育培養(yǎng)目標(biāo)的核心，是高職學(xué)生就業(yè)以及職業(yè)生涯發(fā)展的重要前提。高素質(zhì)和高技能更高層次的要求是創(chuàng)新意識(shí)和思維能力的培養(yǎng)。創(chuàng)新意識(shí)和思維能力是培養(yǎng)高信息素養(yǎng)復(fù)合型高等技術(shù)人才的需要，也是學(xué)生終身教育和可持續(xù)發(fā)展的有力保障[1]。

二、為何選用Scratch編程語(yǔ)言

（一）Scratch在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

Scratch于2007年首度公開發(fā)行跨平臺(tái)（Windows，Mac， Linux）單機(jī)版程序;在2012年又推出了Scratch2.0版本，在2019年發(fā)布了Scratch3.0版本。美國(guó)在2009年創(chuàng)建了ScratchEd，歐洲在2012年建立本土Scratch技術(shù)社區(qū)，2011—2012年，在國(guó)內(nèi)大陸地區(qū)掀起一股Scratch學(xué)習(xí)、研究的熱潮。目前，全球已經(jīng)有超過(guò)150個(gè)不同國(guó)家或地區(qū)的人在使用Scratch，Scratch提供了40多種不同語(yǔ)言的版本。

（二）Scratch的優(yōu)勢(shì)

Scratch與其他編程語(yǔ)言相比，優(yōu)勢(shì)在于以下四點(diǎn)。

1.隱藏細(xì)節(jié)，簡(jiǎn)單易上手

以積木式指令代替枯燥的代碼進(jìn)行編程，避免學(xué)習(xí)一系列復(fù)雜的語(yǔ)法規(guī)則，將注意力集中在創(chuàng)作中，減少學(xué)習(xí)困難，提高學(xué)習(xí)積極性。

2.所見即所得

編寫完程序后可在“舞臺(tái)”看到程序執(zhí)行效果，刺激學(xué)生感官，給予視覺效果并方便學(xué)生驗(yàn)證與調(diào)試。

3.指令豐富，功能強(qiáng)大

具有八大類別指令、自定義積木指令以及擴(kuò)展指令，這些指令涵蓋常見的編程概念，如程序的三種基本結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)，還有變量的定義和鏈表（數(shù)組）的使用，同時(shí)Scratch在程序設(shè)計(jì)時(shí)引入了事件、線程、同步的概念。這些給予了學(xué)生豐富的創(chuàng)作體裁，滿足了學(xué)生求新、求異和求變的個(gè)性需要。

4.Scratch繼承了STEAM的教育理念

將多學(xué)科融合，可以創(chuàng)作互動(dòng)故事、動(dòng)畫、游戲、音樂等應(yīng)用程序，讓學(xué)生體驗(yàn)藝術(shù)與科技結(jié)合之美，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。

總的來(lái)說(shuō)，Scratch簡(jiǎn)易有趣，可調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣，幫助學(xué)生輕松入門編程，培養(yǎng)學(xué)生信息處理與交流的能力，培養(yǎng)學(xué)生思考和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生人際交往與協(xié)作的能力[2]，更有助于對(duì)其他編程語(yǔ)言的學(xué)習(xí)。

三、如何培養(yǎng)編程思維與創(chuàng)新意識(shí)

編程思維是一種分析問題、解決問題的思考方式，它并非技術(shù)，而是一種立足于人，用溝通與觀察的方式獲取人的需求或潛在需求，置身于受用者的角度思考問題，然后動(dòng)手嘗試解決問題，再對(duì)解決方案進(jìn)行迭代優(yōu)化的思維方式。

創(chuàng)新意識(shí)是對(duì)已獲取的知識(shí)進(jìn)行選擇、加工，結(jié)合自己的生活經(jīng)驗(yàn)再次想象與創(chuàng)作，整個(gè)創(chuàng)作過(guò)程是創(chuàng)造出新形象、提出新設(shè)想的過(guò)程。

那如何培養(yǎng)編程思維與創(chuàng)新意識(shí)？要始終以學(xué)生為中心，以程序設(shè)計(jì)流程方式引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)小組合作、探究方式分析問題、解決問題，在這個(gè)過(guò)程中訓(xùn)練其編程思維與創(chuàng)新意識(shí)。

（一）程序設(shè)計(jì)過(guò)程

程序設(shè)計(jì)的基本流程是需求分析、程序或算法設(shè)計(jì)、程序編寫、測(cè)試、完善與優(yōu)化、維護(hù)。需求分析是指分析了解應(yīng)用的功能或需要解決的問題。程序或算法設(shè)計(jì)是指依據(jù)所需功能或問題設(shè)計(jì)具體步驟。程序編寫是指選擇一種合適的編程語(yǔ)言編寫程序。測(cè)試是指運(yùn)行程序驗(yàn)證功能是否實(shí)現(xiàn)或問題是否解決，實(shí)際上，測(cè)試應(yīng)貫穿整個(gè)程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，完善與優(yōu)化、維護(hù)是指后期對(duì)代碼、功能等進(jìn)行優(yōu)化與維護(hù)。

總的來(lái)說(shuō)就是整體統(tǒng)籌設(shè)計(jì)到局部分析實(shí)現(xiàn)，先對(duì)問題進(jìn)行整體分析規(guī)劃，確定其做什么，再?zèng)Q定其如何做，這個(gè)過(guò)程是編程理念的培養(yǎng)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)對(duì)問題思考解決步驟、多種方法解決同一問題，這是對(duì)學(xué)生發(fā)散性思維的訓(xùn)練，這是創(chuàng)新的關(guān)鍵。

（二）具體案例——打地鼠

1.需求分析

通過(guò)觀察與實(shí)際操作的方式了解應(yīng)用的需求。具體在課前將已編好的打地鼠.sb3文件轉(zhuǎn)換為.exe可執(zhí)行文件，課上發(fā)給學(xué)生，經(jīng)學(xué)生實(shí)際操作和小組討論后，由學(xué)生分析、歸納、描述出應(yīng)用的功能，教師作功能的補(bǔ)充，最終確定游戲規(guī)則。案例要結(jié)合學(xué)生實(shí)際，“打地鼠”是一款經(jīng)典的小游戲，學(xué)生幾乎都接觸過(guò)。

依據(jù).exe確定“打地鼠”游戲的規(guī)則，學(xué)生也可在該游戲基礎(chǔ)上增加新的功能，這里的.exe類似于用戶的需求，學(xué)生添加的新的功能可看作是用戶的潛在需求。應(yīng)用的功能應(yīng)依據(jù)用戶的需求，這是需要和學(xué)生說(shuō)明的。

游戲的規(guī)則是游戲開始后，多只地鼠隨機(jī)出現(xiàn)在5個(gè)洞口中，在一段時(shí)間內(nèi)等待錘子敲擊，若被敲中，加一分。具體游戲界面如圖1所示。

2.程序設(shè)計(jì)

在整體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，接下來(lái)需要對(duì)局部?jī)?nèi)容進(jìn)行分析。首先確定案例中的角色與背景有哪些，弄清楚每個(gè)角色的屬性、角色與角色間或角色與背景間的相互關(guān)系。其次依據(jù)游戲規(guī)則對(duì)每個(gè)角色腳本逐個(gè)分析，由表及里、由淺入深、由易到難地分析事物和問題，從而訓(xùn)練學(xué)生分析問題的能力。

案例涉及的角色有地鼠（敲擊前與敲擊后造型）、錘子（錘子起與錘子落造型）、帶有5個(gè)洞的背景圖片。

對(duì)于本案例而言，首先通過(guò)提出問題、小組討論的方式引導(dǎo)學(xué)生解決程序中的難點(diǎn)，然后通過(guò)思維導(dǎo)圖幫助學(xué)生理清本案例程序設(shè)計(jì)的思路。

案例的難點(diǎn)在于多只地鼠隨機(jī)出現(xiàn)在5個(gè)洞口中，那多個(gè)地鼠如何產(chǎn)生？多個(gè)地鼠如何準(zhǔn)確出現(xiàn)在圖中的5個(gè)洞口中？具體出現(xiàn)在5個(gè)洞口哪個(gè)洞口？如何判斷地鼠被敲擊，加1分？提出問題由小組討論得出結(jié)果，多個(gè)地鼠通過(guò)克隆實(shí)現(xiàn)，定義兩個(gè)列表xpos、ypos，準(zhǔn)確記錄5個(gè)洞的位置，由于xpos與ypos是一一對(duì)應(yīng)的，所以定義變量pos（隨機(jī)數(shù)1～5）代表列表中5組中的一組，即確定克隆出的地鼠具體出現(xiàn)在哪個(gè)洞中。當(dāng)錘子碰到地鼠并且敲擊后，地鼠變成被敲擊造型，加1分（定義變量score），地鼠消失，即克隆體消失。

對(duì)于錘子角色，其功能相對(duì)簡(jiǎn)單，鼠標(biāo)控制錘子移動(dòng)，鼠標(biāo)單擊單標(biāo)錘子落下，否則錘子抬起。

本程序設(shè)計(jì)的思維導(dǎo)圖，如圖2所示。

3.程序編寫

通過(guò)程序設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，解決了案例中的難點(diǎn)，理清了程序的思路，接下來(lái)，讓學(xué)生嘗試編寫程序，教師指導(dǎo)并依據(jù)學(xué)生做的情況決定是否進(jìn)一步演示說(shuō)明。這不僅能夠幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己程序中的錯(cuò)誤和潛在問題，提高學(xué)生的編程能力，而且能夠幫助教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)和使用過(guò)程中的易錯(cuò)知識(shí)點(diǎn)，有針對(duì)性地教學(xué)和輔導(dǎo)。

4.程序測(cè)試與優(yōu)化

教師可以向?qū)W生介紹軟件測(cè)試的常用方法：首先不考慮程序內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)，依據(jù)游戲規(guī)則由小組成員共同測(cè)試來(lái)檢測(cè)每個(gè)功能是否都能正常使用;其次優(yōu)化程序代碼與結(jié)構(gòu)。

5.驗(yàn)收與維護(hù)

采用分享方式由其他小組成員測(cè)試，模擬用戶體驗(yàn)，用戶提出問題，對(duì)程序作優(yōu)化處理。

在需求分析、程序設(shè)計(jì)、編程、測(cè)試、完善優(yōu)化程序的程序設(shè)計(jì)過(guò)程中培養(yǎng)編程思維與創(chuàng)新意識(shí)。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中小組合作與小組間交流的方式，一方面為學(xué)生提供了輕松、自主的學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于創(chuàng)新思維的形成;另一方面小組內(nèi)的相互探討與小組間的分享交流，會(huì)產(chǎn)生很多想法，利于更為全面、深入地思考，也有利于創(chuàng)新思維的形成。

四、總結(jié)與展望

本文采用Scratch編程語(yǔ)言結(jié)合項(xiàng)目（案例）驅(qū)動(dòng)方式，在項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生編程思維、邏輯推理以及創(chuàng)新意識(shí)。

對(duì)于使用Scratch培養(yǎng)學(xué)生編程思維與創(chuàng)新意識(shí)，需要注意的是案例與素材的選擇要符合實(shí)際，貼合學(xué)生興趣。除此之外，Scratch可以與硬件結(jié)合，或者在Scratch基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)Arduino，讓學(xué)生在了解人工智能應(yīng)用基礎(chǔ)上深入學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)課程。如用Scratch模板制作圖片分揀機(jī)，完成圖像識(shí)別的過(guò)程[3]、Scratch for Arduino“智能小車”制作[4]等，這些都是后期需要進(jìn)一步深入探索的內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

[1]王節(jié).高職學(xué)生計(jì)算思維現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策的研究與實(shí)踐[D].重慶：重慶師范大學(xué)，2015.

[2]劉曉靜，陳香麗，黃橋燕.Scratch及其在課堂教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[J].軟件導(dǎo)刊，2015（4）：156-158.

[3]錢晨露.基于Scratch3.0的圖像識(shí)別程序制作[J].北極光，2019（11）.

[4]鮑通.基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)客課程教學(xué)設(shè)計(jì)研究：以Scratch for Arduino“智能小車”制作為例[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2018（1）.

◎編輯 原琳娜