思維可視：Scratch教學(xué)中計算思維培養(yǎng)的重要視角

摘 要：近年來，隨著計算思維價值和意義的日益突顯，如何在課堂教學(xué)實踐中有效落實對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，成為當(dāng)前教育界廣為關(guān)注的話題。文章針對當(dāng)前Scratch教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的典型問題，從“思維可視”的視角出發(fā)，將各類可視化工具有機融入計算思維培養(yǎng)的三大階段，使項目情境結(jié)構(gòu)化、抽象內(nèi)容形象化、煩瑣過程序列化，把原本隱性的思考方法及路徑進(jìn)行顯性呈現(xiàn)，以促進(jìn)學(xué)生計算思維的有效培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：計算思維;思維可視;Scratch教學(xué)

中圖分類號：G427 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-624X（2021）40-0085-02

引 ? 言

《江蘇省義務(wù)教育信息技術(shù)課程綱要（2017年修訂）》中將“計算思維”作為信息技術(shù)學(xué)科的四大核心素養(yǎng)之一后，計算思維的培養(yǎng)成為教育界廣為關(guān)注的熱點。美國麻省理工學(xué)院媒體實驗室開發(fā)的Scratch編程軟件給信息技術(shù)學(xué)科注入了新的活力，對培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)、創(chuàng)新能力及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題的能力有積極意義，是培養(yǎng)學(xué)生計算思維的有效載體之一。

一、現(xiàn)狀審視：當(dāng)前Scratch教學(xué)中計算思維培養(yǎng)的問題列舉

計算思維指向識別與分析問題，抽象、建模與設(shè)計系統(tǒng)性解決方案。在當(dāng)前的Scratch課堂教學(xué)中，不少教師采用了項目式、主題式、范例式、游戲式等教學(xué)方式來培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，但從大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)效果來看，他們的計算思維呈現(xiàn)出“倒U型”的發(fā)展態(tài)勢[1]。筆者經(jīng)觀察分析發(fā)現(xiàn)，主要有以下幾類問題（以下“思維”特指“計算思維”）。

（一）無視思維發(fā)展，將“完成任務(wù)”視為課堂教學(xué)的最終目標(biāo)

“任務(wù)驅(qū)動式”教學(xué)法是Scratch教學(xué)中的一種常用方法，“完成任務(wù)”被一些教師當(dāng)作一堂課的終極目標(biāo)。但完成任務(wù)的關(guān)鍵并非局限在程序代碼本身，更多地體現(xiàn)在計算思維如何滲透在問題求解中。“解決問題”和“思維發(fā)展”是Scratch教學(xué)的“一體兩翼”，是課堂推進(jìn)的明線和暗線。思維發(fā)展可以促進(jìn)問題的解決，問題解決又可以促進(jìn)思維的發(fā)展，因此，兩者的關(guān)系一定是雙線并進(jìn)、雙向滲透、雙邊發(fā)展的。

（二）架空思維發(fā)展，將“預(yù)設(shè)路徑”作為課堂推進(jìn)的主要策略

授課之前，教師往往會對授課過程做出詳盡的預(yù)設(shè)，將任務(wù)的設(shè)計思路與步驟剖析出來，在課堂上通過啟發(fā)、引導(dǎo)，按照“預(yù)設(shè)”逐層推進(jìn)，讓學(xué)生跳進(jìn)一個個預(yù)先設(shè)置好的“陷阱”。學(xué)生深陷思維之井，只見知識點而不見結(jié)構(gòu)體，只見局部而不見全貌，貌似有思維參與，但始終由教師引導(dǎo)，是碎片化的。對學(xué)生而言，這不是主動的思維建構(gòu)，只能稱為被動的思維跟隨。

二、思維可視：Scratch教學(xué)中計算思維培養(yǎng)的應(yīng)然視角

實驗心理學(xué)家赤瑞特拉（Treicher）通過大量實驗證明，人類在接受信息時，通過視覺獲得的信息占 83%，這說明視覺是人們接受信息的主要通道。綜觀計算機解決問題的過程和人類解決問題的過程，其最大的區(qū)別在于人類掌握了大量包含個人經(jīng)驗在內(nèi)的隱性知識，而計算機解決問題的過程要求進(jìn)行清晰的定義和描述問題。因此，我們需要通過對問題的層層抽象，將學(xué)生的隱性知識顯性化、思維過程可視化，從而有效提升其計算思維能力。因此，Scratch教學(xué)中計算思維的培養(yǎng)需要開展可視化教學(xué)，讓思維可視成為計算思維培養(yǎng)的應(yīng)然追求。

可視化教學(xué)將各種可視化工具植入課堂，利用圖示、表格、思維導(dǎo)圖等可視化表征，調(diào)動學(xué)生的視覺、聽覺和動手能力，把原本不可視的思考方法和思考路徑呈現(xiàn)出來，使其過程清晰可見，助力學(xué)生梳理思維、具化思維，更利于學(xué)生理解、建構(gòu)和內(nèi)化知識。

（1）任務(wù)情境結(jié)構(gòu)化。教師可以利用可視化技術(shù)，將冗長的任務(wù)情境簡練化、結(jié)構(gòu)化，便于學(xué)生更加系統(tǒng)、深入、發(fā)散地解讀任務(wù)情境，讓（子）任務(wù)與（子）任務(wù)之間、角色與角色之間的關(guān)聯(lián)一目了然。

（2）抽象內(nèi)容形象化。抽象建模環(huán)節(jié)能將抽象出的舞臺、角色與形象化的圖片對象一一對應(yīng)，將其各自的行為、動作的發(fā)展用自然語言與程序控件進(jìn)行一一對應(yīng)，有助于學(xué)生從自然語境向程序語境過渡和轉(zhuǎn)化。

（3）煩瑣過程序列化。腳本搭建環(huán)節(jié)，能夠讓學(xué)生無序的思維過程得到梳理，借助可視化工具將搭建步驟序列化，處理好“先做什么，再做什么”的流程，同時助力學(xué)生不斷地將腳本與圖示進(jìn)行對照，從而轉(zhuǎn)變學(xué)生的認(rèn)知方式，讓學(xué)生重新理解學(xué)習(xí)，促進(jìn)有意義的腳本建構(gòu)。

可視化教學(xué)能讓思維可視，傳遞的不僅僅是一個圖形、一條線段、一項符號，而是一種思維模式，一種基于大腦機制的思考?？梢暬虒W(xué)讓教學(xué)對學(xué)生可見，同時讓學(xué)生的學(xué)習(xí)、學(xué)生的思維動態(tài)對教師可見。

三、躬身入局：Scratch教學(xué)中思維可視的路徑探尋

Scratch課堂教學(xué)中，項目式學(xué)習(xí)是落實學(xué)生計算思維培養(yǎng)的主要教學(xué)形式。項目是來自生活中的真實問題，以小組合作形式開展。小組合作解決生活問題的過程即學(xué)生獲取直接經(jīng)驗、構(gòu)建知識體系和發(fā)展計算思維的項目學(xué)習(xí)過程。通常來說，可以分成三階段六步驟：發(fā)現(xiàn)問題，抽象建模（角色分析、畫流程圖、搭建程序），調(diào)試與再創(chuàng)作（調(diào)試程序、分享與再創(chuàng)作）。

（一）第一階段：思維導(dǎo)圖——巧設(shè)項目，發(fā)現(xiàn)問題

項目來源大致有三種：第一種是教材上的項目，這是一種封閉式項目，讓學(xué)生在完成既定任務(wù)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)計算思維;第二種是基于教材項目的豐富和拓展，或基于已學(xué)控件或腳本的項目發(fā)散，這是一種半封閉式項目;第三種是學(xué)生自主創(chuàng)設(shè)的項目，這些項目源自學(xué)生的需求、興趣愛好、生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗等，基于這些豐富多彩的生活體驗，學(xué)生從多個角度對作品進(jìn)行創(chuàng)意想象與設(shè)計，這是一種完全開放式的項目。這三種項目的復(fù)雜程度遞次增加。教師可以用項目引出問題，接著對問題進(jìn)行正確的理解和表述。

問題的可視化表征大體有兩種方式。（1）由上至下式“分解”，即由一個大問題進(jìn)行逐層分解，成為一個個小問題，直至分解到最小的問題單元，再由學(xué)生通過自己的分析及解題邏輯，采用自下而上逐層遞歸的方法來實現(xiàn)。這種方式大多指向于完成某一個（類）給定的相對復(fù)雜的項目。（2）自下而上式“層疊”，即從最底層、最基礎(chǔ)的問題單元出發(fā)，從簡單到復(fù)雜，層層拓展、嵌套，提升任務(wù)的復(fù)雜度。程序?qū)崿F(xiàn)過程中，學(xué)生根據(jù)各自對任務(wù)的理解及想象，創(chuàng)造出效果不同的作品。這種方式經(jīng)常用于創(chuàng)作型項目。

思維導(dǎo)圖依據(jù)類似于大腦自身的思維方式進(jìn)行思考，能非常清晰形象地對以上“分解式”“層疊式”問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)化表征，將各類大小問題按層級排列，有助于學(xué)生有層次、有條理地對項目規(guī)則進(jìn)行理解和表述，培養(yǎng)了學(xué)生對項目進(jìn)行整體思考、系統(tǒng)規(guī)劃、任務(wù)分解及想象創(chuàng)新的能力。這是學(xué)生能夠較好地完成項目的前提條件。

（二）第二階段：行為框圖+流程圖——抽象建模，明確算法

抽象是引導(dǎo)學(xué)生將真實復(fù)雜問題與場景抽象、簡化，提取出相應(yīng)的Scratch角色與舞臺，它是計算思維的本質(zhì)之一。針對Scratch角色、舞臺進(jìn)行歸納、整理，分析它們各自的表現(xiàn)行為，這就是建模。抽象建模階段著重體現(xiàn)的是計算思維中的“系統(tǒng)思維”，可以稱之為“最細(xì)化的角色（舞臺）劇本”，包括每個角色之間的運行軌跡、相互關(guān)聯(lián)等。

教師應(yīng)利用行為框圖來梳理角色的行為線索，架構(gòu)起整個角色的行為發(fā)展，為學(xué)生接下來明確角色程序算法——畫流程圖，提供準(zhǔn)確的“文字腳本”。學(xué)生依據(jù)這樣的軌跡拾級而上，有助于“系統(tǒng)思維”的形成和發(fā)展。

在流程圖繪制過程中，學(xué)生首先根據(jù)要求確定好基本的程序結(jié)構(gòu)（順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)），然后將“文字腳本”逐步轉(zhuǎn)化為可利用的程序控件。這一過程是由自然語言向程序語言的進(jìn)一步過渡，是計算思維中“算法思維”的集中體現(xiàn)。

確立了課程的三個核心問題后，教師需要逐個對問題進(jìn)行抽象建模及算法設(shè)計。如果說思維導(dǎo)圖是整個項目的“總方案”，那么行為框圖+流程圖就是學(xué)生在搭建具體角色腳本之前的“導(dǎo)覽圖”和“步驟圖”，是學(xué)生分步解決項目問題的參照和依據(jù)。教師建立行為框圖及流程圖，讓學(xué)生的隱性思維經(jīng)歷“文字腳本”梳理、“程序控件”轉(zhuǎn)化、“腳本結(jié)構(gòu)”三個階段，使其思維從隱性到可視，能夠有效促進(jìn)學(xué)生計算思維的發(fā)展。

（三）第三階段：作品檢視表——反復(fù)調(diào)試，創(chuàng)作分享

為了確保及時發(fā)現(xiàn)問題，在項目創(chuàng)作過程中，教師需要經(jīng)常運行和測試腳本以查看效果，如果效果不理想，則需進(jìn)行修改與調(diào)試。再創(chuàng)作是利用別人的智慧再發(fā)展，是在別人作品的基礎(chǔ)上進(jìn)行的二次創(chuàng)作。進(jìn)行二次創(chuàng)作時，我們首先要對作品進(jìn)行深度分析，看哪些優(yōu)勢可借鑒，哪些不足需調(diào)整，接著就如何改進(jìn)與調(diào)整進(jìn)行新一輪的思考與重建。這兩者在思維可視的策略上有著異曲同工之妙，都是為了找“問題”和“不足”，繼而修正、豐富、完善、重建腳本。

作品檢視表就是這樣一張集“診斷”“回溯”“修正”“豐富”“重建”為一體的多功能信息收集表，能夠幫助學(xué)生對腳本進(jìn)行及時回顧與反芻、修正與完善、推翻與再建。思維留痕，有圖可依，有章可循，也利于小組其他成員理解作品再創(chuàng)作的意圖，以進(jìn)行有針對性的討論與再造。

結(jié) ? ?語

綜上所述，在Scratch教學(xué)中利用思維導(dǎo)圖、行為框圖、流程圖、作品檢視表等工具開展可視化教學(xué)，一方面能讓計算思維的培養(yǎng)清晰可見，推動學(xué)科核心素養(yǎng)的落地;另一方面能使學(xué)生有開闊的編程視野，面對復(fù)雜項目有整體設(shè)計、序列實施的思維方式。當(dāng)然，可視化工具只是手段，為了可視化而去可視化，反而會阻礙學(xué)生思維的發(fā)展。教師應(yīng)科學(xué)對待，合理使用，讓可視化教學(xué)助力學(xué)生思維可視，在計算思維的培養(yǎng)全過程中聆聽思維拔節(jié)的聲音。

[參考文獻(xiàn)]

王娟.基于Scratch的創(chuàng)意計算思維可視化研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2015.

作者簡介：黃麗娟（1986.11—），女，江蘇常州人，中小學(xué)一級教師，泰山小學(xué)教科室副主任，獲常州市“學(xué)科帶頭人”稱號。