基于學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)Scratch課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)

潘舒婷

【摘 要】在小學(xué)信息技術(shù)課程實(shí)施過程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，是一線教師關(guān)注的熱點(diǎn)內(nèi)容。本文簡(jiǎn)述了計(jì)算思維的概念，根據(jù)計(jì)算思維包含的算法、評(píng)估、分解、抽象、概括思維這五大要素，分別設(shè)計(jì)了基于計(jì)算思維某一方面培養(yǎng)的單個(gè)課堂活動(dòng)以及通過整體課堂設(shè)計(jì)多個(gè)課堂活動(dòng)，落實(shí)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，希望給一線教學(xué)工作者帶來一些共鳴。

[關(guān)鍵詞】計(jì)算思維Scratch教學(xué) 活動(dòng)設(shè)計(jì)

一、???????? 計(jì)算思維的概念

計(jì)算思維（Computational Thinking）這一概念，最早 是在2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的華裔科學(xué) 家周以真教授在計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊Communications of the 上首次提出的。她將計(jì)算思維看作除讀、寫、算之 外每個(gè)人都必須具備的另一種基本技能。她對(duì)計(jì)算思維 的界定是：運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念去求解問題、設(shè) 計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。通過約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真 等方法，把一個(gè)看起來困難的問題重新闡釋成一個(gè)我們 知道怎樣解決的問題。

計(jì)算思維的提出，引起了學(xué)界的廣泛共鳴。2013年， 南安普敦大學(xué)的兩位博士提出計(jì)算思維包括算法、評(píng)估、 分解、抽象、概括這五個(gè)方面的要素。計(jì)算思維實(shí)質(zhì)是人 的思維，是一種描述當(dāng)我們思考如何利用計(jì)算機(jī)來解決 問題時(shí)所釆用的過程和方法，是人類求解問題的一種途 徑，是一種人們都具備的思維方式。

二、???????? Scratch是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要載體

計(jì)算思維已成為小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之 一，在2018年3月頒布的《江蘇省義務(wù)教育信息技術(shù)課 程綱要》中，已將計(jì)算思維的培養(yǎng)列入課程總目標(biāo)。

Scratch是一款面向兒童的編程軟件，其積木式指令 直觀易懂，趣味性強(qiáng)，在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生們能夠有機(jī) 會(huì)去思考、去表達(dá)、去推理、去創(chuàng)新，讓他們?cè)谠O(shè)計(jì)與思維 間不斷尋求平衡與挑戰(zhàn)。Scratch作為小學(xué)信息技術(shù)教 學(xué)內(nèi)容之一，成為對(duì)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維訓(xùn)練的有效載體， 能有效地訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)其解決問題的能力。

三、???????? Scratch教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的策略

本文借助南安普敦大學(xué)兩位博士關(guān)于計(jì)算思維的五 要素——算法、評(píng)估、分解、抽象、概括，圍繞這五個(gè)方面 的思想培養(yǎng)作活動(dòng)設(shè)計(jì)。

在Scratch教學(xué)中，教師可以根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容，設(shè) 計(jì)課堂某個(gè)教學(xué)活動(dòng)，關(guān)注計(jì)算思維的某一方面進(jìn)行培 養(yǎng);也可以設(shè)計(jì)多個(gè)教學(xué)活動(dòng)，關(guān)注計(jì)算思維的多個(gè)方 面進(jìn)行培養(yǎng)。

（-）基于單個(gè)計(jì)算思維培養(yǎng)的課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)

1.????? 算法思維培養(yǎng)的課堂活動(dòng)

算法思維是一種通過明確定義的步驟來解決問題的 方法。算法的本質(zhì)是一系列清晰明確的指令，只要有規(guī) 范的輸入，計(jì)算機(jī)就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的指令，在有限的時(shí)間輸 出結(jié)果。

如在學(xué)習(xí)X、F坐標(biāo)概念時(shí)，可以借助“青蛙過河”（見 圖]）這樣一個(gè)實(shí)例，即要讓青蛙從起始位置跳到第一片荷葉上，再到第2片、第3片，直至對(duì)岸，要完成這樣的任 務(wù)，如果用前面學(xué)習(xí)的移動(dòng)步數(shù)來實(shí)現(xiàn)顯然不科學(xué)。這 時(shí)就需要知道荷葉的位置，這個(gè)位置是用X、X來表示的， 只要正確確定荷葉位置的值，然后按照第一、二、三片荷 葉的順序，搭建腳本，青蛙就能順利到達(dá)河對(duì)岸O

2.????? 分解思維培養(yǎng)的課堂活動(dòng)

分解是對(duì)整體任務(wù)進(jìn)行合理的功能模塊劃分，將總 任務(wù)分解成可以單獨(dú)進(jìn)行理解、開發(fā)的子任務(wù)，減少一次 要處理的任務(wù)負(fù)荷，使復(fù)雜的問題得以比較容易地解決。

比如，在理解“造型”這個(gè)概念時(shí)，我們借助“火柴 人跳舞”（見圖2）這一實(shí)例，上課時(shí)，教師可以先請(qǐng)會(huì)跳舞的學(xué)生上臺(tái)表演，然后通過慢動(dòng)作對(duì)舞蹈動(dòng)作進(jìn)行分 解，讓學(xué)生體會(huì)連貫的舞蹈其實(shí)是由一個(gè)個(gè)分動(dòng)作構(gòu)成 的，學(xué)生會(huì)很快明白“火柴人”之所以能跳舞，是因?yàn)椤盎?柴人”這一角色有三個(gè)不同的動(dòng)作，即三個(gè)造型。設(shè)計(jì) 三個(gè)造型，然后通過控制命令到下一個(gè)造型，“火柴人” 就有了連續(xù)的動(dòng)作，達(dá)到了跳舞的效果。

3.????? 抽象思維培養(yǎng)的課堂活動(dòng)

抽象是采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問題，是一 種使問題更容易思考的方式，它是指摒棄復(fù)雜的細(xì)節(jié)問 題，抽取并關(guān)注對(duì)象的本質(zhì)特質(zhì)，使得問題在沒有任何損 失的情況下變得更容易。

比如，在學(xué)習(xí)“闖迷宮”游戲時(shí)（見圖3 ），小球如何 從起始位置成功到達(dá)終點(diǎn)呢？這里將小球抽象成角色 1，將由上向下落的動(dòng)態(tài)小黑棒抽象成角色2，將迷宮抽 象成舞臺(tái)背景，將小球移動(dòng)，抽象成程序中用方向鍵控制 運(yùn)動(dòng)，將小球碰到黑色回到起始點(diǎn)抽象成程序中重復(fù)偵 測(cè)循環(huán)結(jié)構(gòu)。

4.????? 概括思維培養(yǎng)的課堂活動(dòng)

概括是基于先前已經(jīng)解決的問題，將其概括作為通 用解決方案，以便于推廣到更廣泛的問題情境中。當(dāng)遇 到新問題時(shí)，可以根據(jù)先前的解決方案進(jìn)行組合或者改 造，快速解決新的問題。

比如，學(xué)生在學(xué)完“攔球”這一課后，知道了攔球的 關(guān)鍵腳本在偵測(cè)語句，知道了解決問題的方案，然后就可 以腦洞大開，利用這些關(guān)鍵語句的作用，設(shè)計(jì)出豐富的作 業(yè)（見圖4）。

5.?? 評(píng)估思維培養(yǎng)的課堂活動(dòng)

評(píng)估確保一個(gè)算法的解決方案是最佳方法，各種算 法的性能都需要進(jìn)行評(píng)估，比如，答案是否正確？速度是 否合適？是否方便人們使用？因?yàn)開個(gè)理想的解決方案 不可能完美地滿足所有這些條件，所以需要綜合考慮多 個(gè)指標(biāo)對(duì)算法進(jìn)行評(píng)估。

比如，在設(shè)計(jì)搶紅包游戲時(shí)，如果紅包下落的速度和 福袋移動(dòng)的速度設(shè)置得不合理，則游戲就缺少應(yīng)有的挑 戰(zhàn)性或趣味性。在評(píng)估之前，各個(gè)算法的邏輯沒有問題， 搶到多少金額，計(jì)數(shù)器就會(huì)增加多少，但在功能評(píng)估時(shí)， 紅包速度設(shè)置得不恰當(dāng)，導(dǎo)致要么速度太快，搶不到，要 么速度太慢，沒有挑戰(zhàn)性，用一般的移動(dòng)方法甚至出現(xiàn)紅 包經(jīng)過福袋時(shí)的計(jì)數(shù)出現(xiàn)了問題。經(jīng)過多次試用，意識(shí) 到紅包下落的狀態(tài)用Y軸的變化比較合適，且采用隨機(jī) 函數(shù)，每次增加在-3到-10之間的范圍，福袋移動(dòng)的速 度在10個(gè)單位，體驗(yàn)者在使用時(shí)舒適感比較好（見圖5 ）o

（二）基于多個(gè)計(jì)算思維培養(yǎng)的課堂整體教學(xué)活動(dòng) 設(shè)計(jì)

在Scratch教學(xué)過程中，教師除了有針對(duì)性地設(shè)計(jì)有 關(guān)計(jì)算思維某方面思維培養(yǎng)的活動(dòng)外，也可以針對(duì)具體 教學(xué)內(nèi)容，在整體設(shè)計(jì)一節(jié)課的課堂教學(xué)活動(dòng)時(shí)，充分發(fā)

表1計(jì)算思維培養(yǎng)的相關(guān)教學(xué)活動(dòng) 掘計(jì)算思維的各方面內(nèi)容，利用多種思維方式來設(shè)計(jì)課 堂教學(xué)活動(dòng)。

比如，在學(xué)生學(xué)完教材內(nèi)容的主要內(nèi)容后，設(shè)計(jì)一節(jié) 綜合應(yīng)用課“我是游戲設(shè)計(jì)師”，本課涉及多個(gè)計(jì)算思維 培養(yǎng)的相關(guān)教學(xué)活動(dòng)（見表1 ）

從上述完整課堂教學(xué)案例中可以發(fā)現(xiàn)，基于計(jì)算思 維的具體內(nèi)容來設(shè)計(jì)課堂教學(xué)活動(dòng)，能更好地讓學(xué)生理 解與掌握Scratch相關(guān)模塊命令。比如，通過算法思維 把問題分解成具體的有序、詳細(xì)的步驟，培養(yǎng)學(xué)生利用 Scratch進(jìn)行分析問題與解決問題;通過歸納（概括）思 維，把利用Scratch解決問題的方法遷移應(yīng)用到更加廣泛 的問題解決中，把對(duì)某種腳本的概念與原理的理解方法 遷移到其他類似概念與原理的理解中。另外，教師還要 充分發(fā)掘Scratch教學(xué)內(nèi)容所蘊(yùn)含的計(jì)算思維的相關(guān)內(nèi) 容，在學(xué)生理解與掌握Scratch相關(guān)知識(shí)與技能的同時(shí)， 培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

Scratch教學(xué)軟件作為有趣的教學(xué)內(nèi)容深受學(xué)生的 喜歡，教師在教學(xué)過程中應(yīng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過 Scratch教學(xué)實(shí)踐與理論有機(jī)結(jié)合，采取有針對(duì)性的訓(xùn) 練，加強(qiáng)學(xué)生的計(jì)算思維能力培養(yǎng)，讓學(xué)生在Scratch學(xué) 習(xí)過程中慢慢養(yǎng)成思維的好習(xí)慣，從而使學(xué)生的程序優(yōu) 化能力、創(chuàng)新能力都有所提高。

【參考文獻(xiàn)】

[1]??? 袁開榜.二十一世紀(jì)，人們應(yīng)該具有計(jì)算思維能 力E.計(jì)算機(jī)教育，2011（3）.

[2]??? 黃偉.在Scratch教學(xué)中培養(yǎng)小學(xué)生信息素養(yǎng)的 嘗試與思考[J].新課程·中旬，2016⑷.

[3]??? 郭守超，周睿，鄧常梅.基于App Inventor和 計(jì)算思維的信息技術(shù)課堂教學(xué)研究[J].中國電化教育， 2014 ⑶.