計算思維融入創(chuàng)客教育的實(shí)踐與思考

徐新中

【摘 要】當(dāng)前，Scratch教學(xué)已深入我國中小學(xué)課堂，其對提升學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的作用得到普遍認(rèn)可，尤其是Scratch教學(xué)與學(xué)生計算思維、創(chuàng)新能力的促進(jìn)融通更是得到廣泛關(guān)注。本文結(jié)合基于計算思維的創(chuàng)客教育理念，依托教學(xué)實(shí)例，運(yùn)用Scratch教學(xué)“六步法”即“制訂問題、角色分析、畫流程圖、搭建腳本、調(diào)試程序、分享與再創(chuàng)作”進(jìn)行了詳細(xì)的詮釋解讀。

【關(guān)鍵詞】計算思維;創(chuàng)客教育;Scratch教學(xué)

【中圖分類號】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2021）06-047-03

Scratch的內(nèi)容設(shè)置屬于“算法與程序設(shè)計”模塊，是讓計算思維落地生根的一個很好的平臺。計算思維是指個體運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動，是一個問題解決的過程。該過程包括制訂問題、分析數(shù)據(jù)、抽象、設(shè)計算法、選擇方案和推廣等6個步驟。我們把它對應(yīng)落實(shí)在Scratch教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，即制訂問題、角色分析、畫流程圖、搭建腳本、調(diào)試程序、分享與再創(chuàng)作。本文以江蘇版小學(xué)信息技術(shù)五年級教材Scratch單元“賽車游戲”一課為例，嘗試探析基于計算思維的小學(xué)創(chuàng)客教育實(shí)踐運(yùn)作策略。

創(chuàng)設(shè)問題情境，交流創(chuàng)見

新課程改革推進(jìn)到今天，在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)那榫?，激發(fā)學(xué)生求知的興趣和主動性，讓學(xué)生在富有生活氣息、貼近已有認(rèn)知的氛圍中探求新知，已成為提高各學(xué)科教學(xué)效率的重要環(huán)節(jié)，信息技術(shù)學(xué)科當(dāng)然也不例外。信息技術(shù)學(xué)科有自己的特性和優(yōu)勢，可采用一些更加個性化的方式方法。筆者認(rèn)為一般可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)游戲、故事、任務(wù)等情境來拓寬學(xué)生視野，體驗(yàn)學(xué)習(xí)樂趣。在“賽車游戲”教學(xué)中，我們采取了“兩步曲”的形式，層層激趣、交流所見、啟迪智慧。

一是視頻感知。上課伊始，播放一段反映當(dāng)前無人駕駛技術(shù)應(yīng)用的視頻，視頻中的汽車“聰明”地轉(zhuǎn)動方向盤、靈活地穿行在大街小巷，讓學(xué)生不由得發(fā)出嘖嘖驚嘆之聲。教師不失時機(jī)提出問題“你了解這種汽車嗎”，學(xué)生們紛紛舉手，交流自己的所見、所聞、所思。雖然學(xué)生們認(rèn)知程度不同，但激活課堂氣氛的目的已然達(dá)到。

二是游戲遷移。在學(xué)生的興趣都聚焦到無人駕駛技術(shù)上后，教師又拋出了“其實(shí)很多同學(xué)早已玩過‘無人駕駛——遙控玩具，但這與我們剛才視頻里見到的汽車有著本質(zhì)的區(qū)別，你知道是什么區(qū)別嗎？”這一富有挑戰(zhàn)性的問題。遙控汽車、遙控飛機(jī)等都是孩子們喜歡且熟悉的玩具，它們表面上的“無人”究竟和實(shí)質(zhì)上的“無人”有什么差異，教師投下的“一石”激起“千層浪”，學(xué)生聯(lián)系自己的生活經(jīng)驗(yàn)展開了熱烈的討論、交流，形成了基本共識：遙控玩具實(shí)質(zhì)是人在觀測、操控，是“有人駕駛”。

科學(xué)分析角色，確立創(chuàng)意

在學(xué)生對“遙控”與“無人”有了實(shí)質(zhì)性認(rèn)識后，教師及時把學(xué)生的注意力吸引到本課的教學(xué)重點(diǎn)上，幫助學(xué)生理解“無人駕駛”的技術(shù)原理，科學(xué)分析實(shí)現(xiàn)自動駕駛的關(guān)鍵角色設(shè)置。

現(xiàn)實(shí)中的無人駕駛汽車集視覺計算、自動控制、人工智能等眾多技術(shù)于一體，是建立在智能控制技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)高度發(fā)展的基礎(chǔ)之上。一般理解就是采用各類車載傳感器探測車輛周邊環(huán)境，并依據(jù)探測所獲得的車輛位置、道路和周圍各類障礙物信息數(shù)據(jù)，自動調(diào)控車輛的方向、速度等，從而確保車輛能夠正常、安全地行駛在道路上。在Scratch教學(xué)中，我們采用“化難為易”的策略引導(dǎo)學(xué)生深入研究嘗試，對賽道、賽車、傳感器等角色進(jìn)行科學(xué)分析與定位，開展創(chuàng)造性思考、設(shè)計。經(jīng)過討論交流，大家歸納出可以通過給賽車?yán)L制兩個色塊來模擬傳感器，由于賽道為黑色，草坪為綠色，賽車左右兩個傳感器可以分別設(shè)為黃色、藍(lán)色，賽道終點(diǎn)線設(shè)為紅色，不同的顏色便于區(qū)別判斷。在人工智能領(lǐng)域，真正的探測配件可以采用“紅外傳感器”當(dāng)作一部賽車的循跡探頭。循跡探頭有發(fā)射端和接收端，發(fā)射光線如果遇到白色區(qū)域時，光線被反射回來，判斷后輸出高電平;如果遇到黑色區(qū)域，則不會被反射，判斷后輸出低電平。接下來通過控制賽車的左右電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)循跡了，道路一般用黑色膠布來鋪設(shè)，又稱黑線循跡。

探究規(guī)范流程，鼓勵創(chuàng)新

從事編程設(shè)計的人士普遍認(rèn)為使用圖形表示算法是一種極好的方法，有著“千言萬語不如一張圖”的說法。在小學(xué)Scratch單元學(xué)習(xí)中，學(xué)生大都是初次接觸流程圖知識，課堂上應(yīng)該從學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，緊密聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到要圓滿完成Scratch主題任務(wù)必須先有科學(xué)的規(guī)劃，領(lǐng)會流程圖在規(guī)劃中的重要作用，幫助學(xué)生設(shè)計出既能順利穩(wěn)妥地完成相關(guān)活動任務(wù)，又可靈活創(chuàng)新地安排科學(xué)合理的流程，實(shí)現(xiàn)“條條大路通羅馬”的效果。

在教學(xué)中，我們一般主張采用“個體思考—小組討論—匯報設(shè)想—形成思路”的形式來組織學(xué)生探究出具有可行性、創(chuàng)新性的流程圖。首先組織學(xué)生從剛才賽道模擬的直觀感受中得到啟發(fā)，確定好流程圖的起始設(shè)置，圍繞全程運(yùn)行中的實(shí)際情況考慮應(yīng)對各種路況的方法，再用小組代表匯報的方式班內(nèi)交流各組的設(shè)想，尤其注意收集和分析不同的意見想法，最后提煉形成具有典型性的若干種規(guī)范流程圖，可以用板書的形式供全體學(xué)生參考借鑒。

另一種方式是“化碎為整”，在Scratch學(xué)習(xí)過程中，最常見的問題是程序過于瑣碎，學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中容易遺漏知識點(diǎn)，且由于流程圖知識有相當(dāng)突出的專業(yè)性，小學(xué)生的知識儲備尚未完全到位。教師可在教學(xué)前設(shè)計相應(yīng)的知識結(jié)構(gòu)，如將賽車游戲的相關(guān)控件以流程圖的形式預(yù)先展示給學(xué)生，再一步一步實(shí)現(xiàn)最終的目標(biāo)，讓學(xué)生預(yù)先知曉自己所做的是什么動作，并在此過程中逐步領(lǐng)會各個流程之間的關(guān)系，形成對問題解答的知識結(jié)構(gòu)體系。

兩種教學(xué)流程圖的方式針對的是不同基礎(chǔ)的學(xué)生，前一種偏重對學(xué)生自主合作、探究創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，后一種以教師的“導(dǎo)”為主，需要教師因人、因時合理選擇，教無定法，貴在得法。

構(gòu)建基本腳本，實(shí)踐創(chuàng)作

在學(xué)生對流程圖有了清晰認(rèn)識后，就進(jìn)入了搭建腳本這一實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，由學(xué)生在各功能模塊中選取相應(yīng)的控件進(jìn)行腳本的構(gòu)建，我們結(jié)合本課教學(xué)要求設(shè)計了“爭做合格賽車手”活動。

本活動主要安排學(xué)生自主完成賽車游戲程序的編寫，教師可提醒有困難的學(xué)生查閱教科書相關(guān)章節(jié)或?yàn)g覽課前準(zhǔn)備的有關(guān)操作要點(diǎn)的參考視頻資源等。學(xué)生在操作中及時發(fā)現(xiàn)、反饋問題，并與教師和同伴交流。我們主張信息技術(shù)課不必上成“靜悄悄的”，而應(yīng)該是“熱騰騰的”，只要學(xué)生的思維沒有偏離學(xué)習(xí)目標(biāo)，課堂上的交流討論、走動觀摩等都是學(xué)生個性的張揚(yáng)與表露，對Scratch編程而言更是智慧火花的碰撞，在這種寬松有序的氛圍中，學(xué)生一定能創(chuàng)作出非?？茖W(xué)有效的腳本。當(dāng)然，教師的指導(dǎo)、點(diǎn)撥也必須到位，如何把流程圖上的美好設(shè)想轉(zhuǎn)化為腳本區(qū)五顏六色、功能各異的控件組合，相當(dāng)于由“紙上談兵”轉(zhuǎn)入“沙場實(shí)戰(zhàn)”，發(fā)現(xiàn)普遍性的問題進(jìn)行集中評議講析，發(fā)現(xiàn)個例問題則單獨(dú)輔導(dǎo)，讓學(xué)生感受到教師是可親可靠的課堂參與者、合作者。

運(yùn)行調(diào)試程序，開拓創(chuàng)舉

在Scratch編程教學(xué)中，對程序的運(yùn)行調(diào)試其實(shí)是自搭建腳本起就時刻都在進(jìn)行的，這里闡述的主要是整體腳本已構(gòu)建好之后的綜合調(diào)試、修改，根據(jù)賽車游戲的特點(diǎn)，我們也安排了以下兩個步驟。

一是測試程序可行性。前文我們倡導(dǎo)在畫流程圖時可以“創(chuàng)新”，在搭建腳本時可以“創(chuàng)作”，期望學(xué)生作品能有“殊途同歸”的精彩，而在調(diào)試中能否讓小車順利、高標(biāo)準(zhǔn)地走完賽程就是檢驗(yàn)是否“創(chuàng)”成的試金石。在課堂上，我們看到的賽車可謂姿態(tài)萬千，有些穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)駛完全程，有些走出幾步就沖入草坪，最為常見的是一些賽車在轉(zhuǎn)彎時失控轉(zhuǎn)圈。依托看似相近的腳本設(shè)計為什么賽車的行駛會有那么大的區(qū)別，這是非常值得師生思考、辨析的問題，此時教師可組織學(xué)生開展對比研究、討論交流，幫助學(xué)生探索發(fā)現(xiàn)賽車的速度快慢、轉(zhuǎn)向角度大小等因素都能影響行駛的狀態(tài)，從而體悟到編程需要的嚴(yán)密邏輯與精準(zhǔn)設(shè)置。

二是爭當(dāng)優(yōu)秀賽車手。在通過修改速度、轉(zhuǎn)向角度等相關(guān)數(shù)值，確定賽車都能正常行駛后，我們把要求進(jìn)一步提高，讓賽車真正具有競技的氣息。此時，Scratch“偵測”模塊中的“計時器”控件就可大顯身手。通過引入此控件，賽車行駛時間即時呈現(xiàn)，本已“熱騰騰”的信息技術(shù)課堂猶如加入了柴薪，比學(xué)趕超、奮勇爭先的激情洋溢課堂，“為什么他的速度比我慢，卻比我少用1秒”“速度、角度是獨(dú)立設(shè)置，還是可相互配合”……一個個極具思考性、挑戰(zhàn)性的問題在課堂上掀起了新一輪討論熱潮。

分享推廣作品，完善創(chuàng)優(yōu)

學(xué)習(xí)成果的分享推廣也是新課程改革所提倡的，對于信息技術(shù)學(xué)科而言，更有其先進(jìn)、便捷的信息化平臺與形式。Scratch軟件提供了“錄制成視頻”“分享到網(wǎng)站”等功能，同時學(xué)生還可運(yùn)用Scratch社區(qū)工作室、微信、QQ等進(jìn)一步宣傳推廣自己的作品。我們認(rèn)為，合理地分享推廣作品至少可以起到以下兩個作用：一是讓學(xué)生富有成就感。自己的作品達(dá)到網(wǎng)絡(luò)小游戲的水平，得到別人的認(rèn)可，其內(nèi)心肯定是喜悅且滿足的，也對下階段持續(xù)學(xué)習(xí)Scratch、學(xué)習(xí)編程知識提供了心理保障，激勵學(xué)生持續(xù)創(chuàng)優(yōu)。二是提升作品質(zhì)量。通過分享，大家會用各種形式評議、反饋已有作品，集眾人智慧促進(jìn)作者進(jìn)一步修改完善，持續(xù)提高，使作品的質(zhì)量達(dá)到更高的層次。

計算思維不能是空中樓閣，而必須蘊(yùn)含在程序設(shè)計等實(shí)際教學(xué)之中，程序設(shè)計關(guān)注的重點(diǎn)是邏輯與創(chuàng)造，因此教師必須科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟程序設(shè)計的內(nèi)涵，進(jìn)行具有拓展性、創(chuàng)造性的思考辨析，逐步形成解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新理念。以上僅是以“賽車游戲”為例按照Scratch教學(xué)的常用步驟予以膚淺的解讀。在實(shí)際教學(xué)中，環(huán)節(jié)間的整合重組、輕重取舍都應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

作者單位：江蘇宜興市實(shí)驗(yàn)小學(xué)