基于Scratch圖形化編程的初中生計算思維能力培養(yǎng)

董晗暉

摘? 要：Scratch圖形化編程軟件是培養(yǎng)學(xué)生計算思維的有效載體，應(yīng)該將其融入初中信息技術(shù)教學(xué)體系中，以優(yōu)化信息技術(shù)教學(xué)。文章從培養(yǎng)目標和培養(yǎng)策略入手，分析了基于Scratch圖形化編程軟件的初中生計算思維能力培養(yǎng)模式的構(gòu)建策略，提出了計算思維能力培養(yǎng)的行動方案，并以教學(xué)實例闡述培養(yǎng)行動方案的實踐應(yīng)用，期望對實現(xiàn)信息技術(shù)課程人才培養(yǎng)目標有所幫助。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù);Scratch圖形化編程;計算思維能力

Scratch是面向兒童和青少年設(shè)計的圖形化編程軟件，該軟件采用可視化程序設(shè)計語言，提供“搭積木”程序，自帶多個角色和場景素材，能夠讓兒童和青少年在友好的操作界面上通過組合拼接指令完成程序創(chuàng)建，促進兒童和青少年計算思維能力的發(fā)展。計算思維能力是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，也是信息技術(shù)課程需要實現(xiàn)的重要教學(xué)目標。為此，在初中信息技術(shù)課程教學(xué)中，學(xué)校要基于Scratch圖形化編程軟件開發(fā)有利于培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的校本課程，優(yōu)化信息技術(shù)課程結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生運用計算思維分析和解決問題的能力，推進信息技術(shù)教學(xué)的改革創(chuàng)新。

一、基于Scratch的計算思維能力培養(yǎng)模式構(gòu)建

1. 明確培養(yǎng)目標

在信息技術(shù)課程教學(xué)中，基于Scratch圖形化編程軟件開展的教學(xué)活動不僅要傳授概念性、策略性、程序性的知識，更要突出對學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)，優(yōu)化培養(yǎng)目標。下面將培養(yǎng)目標細化分解為五個層面。

（1）異構(gòu)問題處理能力培養(yǎng)目標。

通過教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生主動搜索問題，自主甄別和篩選搜索結(jié)果中的信息，快速、準確找到解決問題的算法，促進學(xué)生問題處理能力的提高。

（2）分析問題能力培養(yǎng)目標。

通過教學(xué)幫助學(xué)生理解遞推、遞歸處理思想，掌握遞推、遞歸處理思想的本質(zhì)，進而將遞推、遞歸處理思想運用到數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換的編程過程中，培養(yǎng)學(xué)生從多維度出發(fā)全面分析問題的能力。

（3）計算思維方法培養(yǎng)目標。

通過教學(xué)促使學(xué)生深入掌握對多種計算思維方法的應(yīng)用，包括分離、抽象、轉(zhuǎn)化、約簡、仿真、形式化等，使其能夠運用多種計算思維方法分析、分解問題，通過逐一解決子問題，進而解決原始問題。

（4）形式化描述問題能力培養(yǎng)目標。

通過教學(xué)教會學(xué)生掌握多樣化學(xué)習(xí)策略，對問題進行詞匯描述和形式化描述，將疑難問題簡化處理，運用簡單方法解決問題。

（5）跨學(xué)科思維能力培養(yǎng)目標。

通過教學(xué)要求學(xué)生扎實掌握仿真、抽象、分解、遞歸、建模等計算思維方法，歸納總結(jié)類似問題求解方法，將求解方法運用到其他學(xué)科學(xué)習(xí)中，促進學(xué)生跨學(xué)科思維能力的發(fā)展。

2. 制定培養(yǎng)策略

在基于Scratch圖形化編程軟件的信息技術(shù)教學(xué)中，教師要圍繞計算思維能力的培養(yǎng)采取有效的教學(xué)策略，將計算思維能力的培養(yǎng)目標落實到教學(xué)活動中，以保證培養(yǎng)目標的順利實現(xiàn)。具體培養(yǎng)策略如下。

（1）情境創(chuàng)設(shè)。

教師圍繞計算思維能力培養(yǎng)選取教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，引發(fā)學(xué)生對情境問題的思考。

（2）問題分析。

教師引導(dǎo)學(xué)生分解問題，對問題進行抽象處理，鍛煉學(xué)生分析問題、抽象問題、形式化表述問題的能力。

（3）方案探討。

組建學(xué)習(xí)小組，讓小組成員運用已經(jīng)掌握的計算思維方法形成綜合方案，解決問題。

（4）編程制作。

教師總結(jié)算法規(guī)律，講解流程圖的制作，讓學(xué)生運用Scratch圖形化編程軟件解決問題。編程制作包括腳本設(shè)計、算法設(shè)計，其中腳本設(shè)計涉及控制腳本、內(nèi)容腳本;算法設(shè)計中涉及多種算法，如表示算法、分析算法、驗證算法等。

（5）測試評估。

教師采用多樣化評價方式評估學(xué)生作品，引導(dǎo)學(xué)生反思作品。

（6）歸納總結(jié)。

教師歸納總結(jié)本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，鼓勵學(xué)生將問題解決方法遷移到其他類似問題的解決中，解放學(xué)生思維，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新。

二、基于Scratch的初中生計算思維能力培養(yǎng)方案

學(xué)校開設(shè)Scratch課程，結(jié)合學(xué)生學(xué)情設(shè)定初級教學(xué)、中級教學(xué)和高級教學(xué)任務(wù)，確立培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的課程教學(xué)目標，制定培養(yǎng)行動方案。

1. 初級教學(xué)行動方案

初級教學(xué)任務(wù)行動方案流程為：良構(gòu)問題特征—容易算法—問題解決方案—流程圖—解決問題。初級教學(xué)任務(wù)共開設(shè)8個課時，運用Scratch圖形化編程軟件完成基本操作。教學(xué)內(nèi)容包括變量控制角色、擲骰子比大小、算計運算和邏輯預(yù)算、等差數(shù)列求和、猴子吃桃等。教學(xué)目標是讓學(xué)生熟悉Scratch圖形化編程軟件，引導(dǎo)學(xué)生運用已經(jīng)掌握的算法解決問題。在教學(xué)過程中，教師要運用計算思維能力培養(yǎng)策略，以達到預(yù)期的教學(xué)效果。

2. 中級教學(xué)行動方案

中級教學(xué)任務(wù)行動方案流程為：劣構(gòu)問題特征—較難算法—問題解決方案—流程圖—解決問題。中級教學(xué)任務(wù)共開設(shè)12個課時，主要圍繞“問題抽象”組織教學(xué)活動，教學(xué)內(nèi)容包括國王發(fā)金幣、百錢買百雞、微生物增殖、龜兔賽跑、守望者的逃離等。教學(xué)目標是讓學(xué)生鞏固Scratch圖形化編程軟件的操作，能夠針對劣構(gòu)問題提取信息，在篩選和過濾信息的過程中提升學(xué)生的問題抽象能力，以及熟練運用算法、流程圖解決問題的能力。

3. 高級教學(xué)行動方案

高級教學(xué)任務(wù)行動方案流程為：問題特征—很難算法—問題解決方案—腳本設(shè)計—流程圖—解決問題。高級教學(xué)任務(wù)共開設(shè)12個課時，主要為圍繞“問題分解”組織教學(xué)活動，教學(xué)內(nèi)容包括狐貍找兔子、搶十八、常勝將軍、漢諾塔等。教學(xué)目標是讓學(xué)生掌握運用計算機思維解決問題的方法。

三、基于Scratch的初中生計算思維能力培養(yǎng)實踐

下面以“猴子吃桃”初級教學(xué)行動方案為例，對基于Scratch的學(xué)生計算思維能力培養(yǎng)行動方案的教學(xué)實踐進行分析，運用培養(yǎng)策略，合理安排教學(xué)活動。

1. 教學(xué)過程

（1）情境創(chuàng)設(shè)。

教師呈現(xiàn)猴子吃桃的情境，提出問題：第1天猴子到底摘走多少個桃子？通過問題情境引發(fā)學(xué)生主動思考，明確需要解決的關(guān)鍵問題。

（2）問題分析。

引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位分析問題，將問題形式化表述出來，培養(yǎng)學(xué)生的轉(zhuǎn)化、形式化表述的計算思維能力。

（3）方案探討。

學(xué)習(xí)小組討論問題解決方案，集思廣益形成綜合性方案，培養(yǎng)學(xué)生轉(zhuǎn)化、概括和系統(tǒng)設(shè)計能力。

（4）編程制作。

教師引導(dǎo)學(xué)生從遞推、遞歸兩種算法出發(fā)解決問題，出示制作流程圖，讓學(xué)生參考流程圖運用Scratch圖形化編程軟件解決問題，幫助學(xué)生扎實掌握計算思維方法。

（5）測試評估。

教師展示學(xué)生作品，鼓勵學(xué)生完成自評、互評，再由教師評價作品，提出修改意見，培養(yǎng)學(xué)生自我反思、自我完善的能力。

（6）歸納總結(jié)。

教師歸納總結(jié)本節(jié)課的授課內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新算法，培養(yǎng)學(xué)生的歸納分析能力和創(chuàng)新思維能力。

2. 教學(xué)反思

學(xué)生能夠在解決問題的過程中運用計算思維能力，如運用Scratch圖形化編程軟件設(shè)置角色和舞臺，并在設(shè)置中融入自己的想法，有助于拓展學(xué)生運用算法解決問題的思維廣度。但是，學(xué)生對問題解決的自我完成度不高，仍然需要教師在今后的教學(xué)活動中教授更多的算法設(shè)計，鍛煉學(xué)生應(yīng)用算法、流程圖、圖形化編輯解決問題的計算思維能力。

四、結(jié)束語

學(xué)校要基于Scratch圖形化編程軟件推進信息技術(shù)課程體系的改革發(fā)展，全面開展適合初中生計算思維能力發(fā)展的校本課程，從初級、中級和高級三個層次出發(fā)設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，運用計算思維能力培養(yǎng)策略優(yōu)化組織課堂教學(xué)活動，從而提高學(xué)生運用計算思維解決復(fù)雜問題的能力，促進學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

基金項目：2021年度甘肅省平?jīng)鍪薪逃茖W(xué)規(guī)劃課題——基于Scratch圖形化編程的初中學(xué)生計算思維能力培養(yǎng)的研究（[2021]PLG055）。

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