基于計(jì)算思維培養(yǎng)的Scratch編程教學(xué)

陳艷影

計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維則是中小學(xué)信息技術(shù)課的重要目標(biāo)之一。Scratch編程教學(xué)，能通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題，尋找解決問(wèn)題的方法，從而培養(yǎng)學(xué)生合作探究的意識(shí)，提高他們有效解決問(wèn)題的能力。

一、計(jì)算思維的概念與內(nèi)涵

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）將計(jì)算思維定義為“個(gè)體運(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)”。具有計(jì)算思維的學(xué)生能夠把一個(gè)看起來(lái)比較復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行重新組織、分析，通過(guò)算法思想制訂解決方案，然后實(shí)施方案，最后分析、驗(yàn)證方案。所以計(jì)算思維實(shí)際上結(jié)合了數(shù)學(xué)、工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維方法。

二、基于計(jì)算思維的編程教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

“小貓走迷宮”這節(jié)課，學(xué)生需要學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)一個(gè)迷宮的圖案，通過(guò)程序讓小貓?jiān)诿詫m的通道中靈活地避開(kāi)障礙物，在一定的時(shí)間內(nèi)找到出口，以實(shí)現(xiàn)“小貓走迷宮”的游戲。根據(jù)計(jì)算思維的基礎(chǔ)概念，筆者結(jié)合Scratch編程教學(xué)的特點(diǎn)，以“小貓走迷宮”一課為例，將教學(xué)環(huán)節(jié)分為“創(chuàng)設(shè)情境”“問(wèn)題啟發(fā)”“編寫(xiě)程序”“合作學(xué)習(xí)”“交流分享”五個(gè)環(huán)節(jié)。每個(gè)環(huán)節(jié)精心設(shè)計(jì)，既做到學(xué)生個(gè)體自主探究學(xué)習(xí)，又能進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí);既有個(gè)人展示，又有集體交流，充分培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力，以達(dá)到知識(shí)遷移和思維拓展的目標(biāo)。

（一）創(chuàng)設(shè)情境，明晰問(wèn)題

教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)實(shí)際生活中的場(chǎng)景，讓學(xué)生進(jìn)行角色扮演，根據(jù)現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，激發(fā)其學(xué)習(xí)的興趣，使之勇于創(chuàng)新。雖然也可以在電腦上用程序模擬場(chǎng)景，但畢竟是虛擬的，學(xué)生對(duì)“走迷宮”難以有深刻的體會(huì)。為了把抽象的場(chǎng)景轉(zhuǎn)化為具體的形象，教師在電腦室用課桌擺成了簡(jiǎn)單的迷宮形狀，把班上的學(xué)生分成若干小組，讓每組推薦一名學(xué)生來(lái)扮演小貓參加走迷宮比賽。這種小組合作競(jìng)賽的方式能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與游戲的積極性，增強(qiáng)學(xué)生的集的榮譽(yù)感。

1. 以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，引導(dǎo)學(xué)生討論，制訂游戲的規(guī)則：（1）小貓只能在迷宮通道中行走;（2）如果小貓碰到迷宮的邊緣，闖關(guān)失敗，小貓被送回入口處;（3）如果走迷宮時(shí)間超過(guò)2分鐘，闖關(guān)失敗，小貓被送回入口處;（4）如果小貓順利走到出口，游戲成功，順利過(guò)關(guān)。

2. 通過(guò)游戲，遷移應(yīng)用。學(xué)生在“走迷宮”的過(guò)程中，通過(guò)自己的觀察思考以及和同學(xué)之間的交流討論，發(fā)現(xiàn)了快速找到迷宮出口的方法與技巧，很自然地將現(xiàn)實(shí)生活中的經(jīng)驗(yàn)遷移到對(duì)程序的理解中，激發(fā)了學(xué)習(xí)的欲望，變被動(dòng)的“要我學(xué)”為主動(dòng)的“我要學(xué)”，從而為后續(xù)的編程學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

（二）問(wèn)題啟發(fā)，需求分析

經(jīng)過(guò)游戲的體驗(yàn)后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析：“這個(gè)游戲中，我們主要需要解決哪些問(wèn)題呢？”“我們要用哪些方案來(lái)解決這些問(wèn)題呢？”從而引出探究的任務(wù)，并引導(dǎo)學(xué)生列出問(wèn)題清單，利用思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生分析教材中的實(shí)例，搭建編程建模的思維支架。

1. 問(wèn)題清單。在這個(gè)階段，教師主要是引導(dǎo)學(xué)生觀看編程實(shí)例，啟發(fā)學(xué)生通過(guò)觀察、對(duì)比與思考，提出需要解決的問(wèn)題。例如：（1）游戲開(kāi)始時(shí)小貓?jiān)鯓踊氐狡瘘c(diǎn)？（2）怎樣讓小貓自由移動(dòng)？（3）小貓碰到迷宮邊緣怎么辦？（4）小貓行走超時(shí)怎么辦？……

2. 思維導(dǎo)圖。本節(jié)課教師利用思維導(dǎo)圖把“小貓走迷宮”這個(gè)程序分解為動(dòng)作、角色、背景、計(jì)時(shí)器四個(gè)部分，其中對(duì)動(dòng)作這個(gè)部分又分解為“如何行走”“如何避開(kāi)障礙”“如何表示到達(dá)出口”三個(gè)部分。這樣就搭起學(xué)生構(gòu)建算法、設(shè)計(jì)程序的思維支架。

通過(guò)問(wèn)題清單和思維導(dǎo)圖的運(yùn)用，教師引導(dǎo)學(xué)生把一個(gè)看起來(lái)復(fù)雜的問(wèn)題拆成幾個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的小問(wèn)題，并尋找這幾個(gè)小問(wèn)題之間的聯(lián)系，逐漸厘清角色的動(dòng)作和編程的思路，體現(xiàn)了計(jì)算思維中的“分解”和“建?！钡乃枷搿?/p>

（三）自主探究，編寫(xiě)程序

在這個(gè)作品程序的設(shè)計(jì)中，如何讓小貓避開(kāi)迷宮墻是關(guān)鍵。為了解決這個(gè)問(wèn)題，就需要先把合理的算法設(shè)計(jì)出來(lái)。本節(jié)課教師先用自然語(yǔ)言描述出來(lái)，接著根據(jù)語(yǔ)言描述設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的流程圖，最后再形成相應(yīng)的程序指令。

解決了“避開(kāi)迷宮墻”的問(wèn)題，讓學(xué)生熟悉了算法的設(shè)計(jì)過(guò)程，再啟發(fā)學(xué)生“行走超時(shí)的處理”和“走出迷宮的處理”就比較容易了。整個(gè)作品的程序設(shè)計(jì)也就相對(duì)簡(jiǎn)單了。這種教學(xué)過(guò)程將自然語(yǔ)言、流程圖、程序設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)起來(lái)，同時(shí)把掌握的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化遷移，體現(xiàn)了計(jì)算思維中概括的思想。

（四）合作學(xué)習(xí)，調(diào)試改進(jìn)

程序設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷修改，不斷改善的過(guò)程。在本課中，教師指導(dǎo)學(xué)生用以下方法改進(jìn)程序。

1. 自主閱讀，添加注釋。閱讀是調(diào)試程序設(shè)計(jì)非常有效的方法，所以自主閱讀是學(xué)生調(diào)試程序中不可缺少的環(huán)節(jié)，其中注釋又是自主閱讀中非常重要的部分。簡(jiǎn)潔明了的注釋能方便學(xué)生在檢查、排除程序錯(cuò)誤的過(guò)程中快速定位，找到問(wèn)題，減少不必要的彎路，節(jié)省時(shí)間。

2. 小組合作，完善程序。當(dāng)自主閱讀沒(méi)辦法找出程序錯(cuò)誤時(shí)，小組合作是一種行之有效的方法。組內(nèi)成員認(rèn)真觀察，相互討論，群策群力，分析解決這些問(wèn)題的方法，再修改程序，反復(fù)調(diào)整，直到完全正確為止。這種小組合作的模式發(fā)揮了每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，調(diào)動(dòng)了他們的學(xué)習(xí)熱情。

3. 問(wèn)題啟發(fā)，改進(jìn)程序。在學(xué)生初步完善程序之后，教師不斷提問(wèn)，由易到難，層層推進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生不斷嘗試改進(jìn)并創(chuàng)作屬于自己的個(gè)性化作品。學(xué)生在對(duì)程序方案不斷優(yōu)化的過(guò)程中，需要不斷分析、尋找程序中存在的錯(cuò)誤，并加以改進(jìn)，使之更加完善。學(xué)生在對(duì)程序不斷的否定、創(chuàng)新中認(rèn)真探索，不斷改進(jìn)，提升了自我的能力。

（五）交流分享，遷移應(yīng)用

交流分享，不僅是向同學(xué)大膽展示自己的創(chuàng)作思路和方法的過(guò)程，也是對(duì)別人作品的客觀評(píng)價(jià)過(guò)程。對(duì)程序作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，不但讓學(xué)生能借鑒其他同學(xué)的技術(shù)與創(chuàng)意，而且還有利于學(xué)生之間的交流。學(xué)生在交流的過(guò)程中完成對(duì)知識(shí)的歸納總結(jié)，也正是計(jì)算思維中的“概括”與“評(píng)估”的一種表現(xiàn)。如在“小貓走迷宮”這節(jié)課中，學(xué)生通過(guò)觀察、思考，從作品的設(shè)計(jì)思路和腳本程序兩方面提出自己的見(jiàn)解和改進(jìn)的方案，同時(shí)反思自己的作品，改進(jìn)自己的程序設(shè)計(jì)方案，這本身就是一種深入學(xué)習(xí)的過(guò)程。

（作者單位：福建省福州市長(zhǎng)樂(lè)區(qū)金峰中心小學(xué) 責(zé)任編輯：黃曉夏）