指向計(jì)算思維培養(yǎng)的初中Scratch編程教學(xué)

徐萍

摘要：計(jì)算思維是一種解決問題的思維方式——從真實(shí)問題出發(fā)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)模式抽象識別問題、分解問題，通過判斷、選擇、分析，形成有效解決問題的方案，再利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案并解決問題。Scratch編程具有圖形化、易操作的特點(diǎn)，有利于培養(yǎng)初中生的計(jì)算思維。教學(xué)中，可設(shè)置真實(shí)情境任務(wù)，助力問題抽象化與實(shí)質(zhì)化;引導(dǎo)劇本、角色、舞臺三要素分析，有效落實(shí)計(jì)算思維活動過程;構(gòu)建調(diào)試程序，迭代形成優(yōu)化方案;反思?xì)w納方法，促進(jìn)遷移應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維 ;Scratch ;《鬧元宵》

《江蘇省義務(wù)教育信息技術(shù)課程綱要（2017年修訂）》明確指出，計(jì)算思維是義務(wù)教育信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。周以真教授指出，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。Jeannette M.Wing. Computational Thinking[J]. Communications of the ACM， 2006（3）：3335。即計(jì)算思維是一種解決問題的思維方式——從真實(shí)問題出發(fā)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)模式抽象識別問題、分解問題，通過判斷、選擇、分析，形成有效解決問題的方案，再利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案并解決問題。計(jì)算思維是人的思維，不是計(jì)算機(jī)的思維，其注重運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)知識分析問題，尋找解決問題的方法。

Scratch編程具有圖形化、易操作的特點(diǎn)，且大部分學(xué)生通過小學(xué)階段的學(xué)習(xí)已經(jīng)具備圖形化編程的經(jīng)驗(yàn)。選擇Scratch程序在初中開展編程教學(xué)可以降低編程學(xué)習(xí)難度，讓學(xué)生把學(xué)習(xí)重點(diǎn)放在問題解決上，側(cè)重讓學(xué)生經(jīng)歷理清問題、分解問題、抽象建模、確定算法、形成方案，再運(yùn)用編程進(jìn)行判斷、選擇，得到完善的解決方案的計(jì)算思維活動過程，使其計(jì)算思維得到真正的培養(yǎng)。下面以初中Scratch編程教學(xué)中《鬧元宵》一課為例具體說明。

一、設(shè)置真實(shí)情境任務(wù)，助力問題抽象化與實(shí)質(zhì)化

利用計(jì)算思維解決的問題一般是生活中的真實(shí)問題，而生活中的真實(shí)問題一般較為復(fù)雜，需要將其抽象為計(jì)算機(jī)能夠處理的實(shí)質(zhì)問題。這也是計(jì)算思維抽象化和實(shí)質(zhì)化的體現(xiàn)。在Scratch編程教學(xué)中，應(yīng)從學(xué)生的生活實(shí)際出發(fā)，結(jié)合其興趣特點(diǎn)，設(shè)置真實(shí)的情境任務(wù)，讓學(xué)生在真實(shí)的情境任務(wù)中，將已有經(jīng)驗(yàn)與編程學(xué)習(xí)充分結(jié)合，從而能夠清晰地理解、明確任務(wù)中的真實(shí)問題需求，積極主動地分析與表達(dá)問題，進(jìn)而助力計(jì)算思維的形成。

教學(xué)常見的動作控件時，正值元宵佳節(jié)，順應(yīng)地區(qū)鬧元宵的習(xí)俗，教師設(shè)置了展示元宵節(jié)習(xí)俗的真實(shí)情境任務(wù)。由學(xué)生介紹習(xí)俗內(nèi)容，并分析、歸納出緊扣動作與內(nèi)容的“猜燈謎”“吃湯圓”“耍龍燈”等習(xí)俗關(guān)鍵詞。這能幫助學(xué)生理解習(xí)俗展示方式與流程特點(diǎn)，明確真實(shí)問題需求，有助于問題的抽象化與實(shí)質(zhì)化。

二、引導(dǎo)三要素分析，有效落實(shí)計(jì)算思維活動過程

理清問題、分解問題、抽象建模、確定算法、形成方案是計(jì)算思維活動實(shí)施的有效流程。Scratch編程教學(xué)需要讓學(xué)生根據(jù)“劇本”內(nèi)容，用代碼實(shí)現(xiàn)“角色”功能，并在“舞臺”上展現(xiàn)出來。我們可以結(jié)合計(jì)算思維活動實(shí)施流程，引導(dǎo)學(xué)生對劇本、角色、舞臺三要素開展分析，讓計(jì)算思維培養(yǎng)落在實(shí)處。

（一）分析“劇本”，確定實(shí)現(xiàn)序列

Scratch編程中的劇本是真實(shí)情境下任務(wù)內(nèi)容的呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)時是有序列的。分析劇本內(nèi)容能讓學(xué)生知道解決問題時順序正確、邏輯合理的重要性。編程時，需要給計(jì)算機(jī)精準(zhǔn)的指令，方能實(shí)現(xiàn)需要達(dá)成的功能，所以教師應(yīng)鼓勵學(xué)生像計(jì)算機(jī)一樣思考，抓住任務(wù)中的對象、對象的動作行為及呈現(xiàn)順序，學(xué)會用精煉準(zhǔn)確的語言描述并理清整個任務(wù)的實(shí)現(xiàn)序列。

《鬧元宵》一課教學(xué)，明確了“元宵節(jié)之習(xí)俗介紹”的任務(wù)后，教師讓學(xué)生思考生活中介紹習(xí)俗的方式。學(xué)生會用生活語言描述，介紹元宵節(jié)的由來，介紹猜燈謎、吃湯圓、耍龍燈……對此，教師引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)“誰介紹”“介紹順序”“介紹內(nèi)容”的結(jié)構(gòu)去表達(dá)。通過思考，學(xué)生可以描述出類似“我（主持人）介紹元宵節(jié)→出現(xiàn)燈籠圖片，介紹猜燈謎習(xí)俗→出現(xiàn)湯圓圖片，介紹湯圓習(xí)俗→出現(xiàn)龍燈圖片，介紹耍龍燈習(xí)俗…… ”的任務(wù)實(shí)現(xiàn)序列（如圖1所示）。

（二）分析“角色”，探究解決方案

Scratch程序一般通過對角色編程實(shí)現(xiàn)程序功能。分析角色的過程是尋求解決問題的方法的重要思維過程。教師以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生通過分解問題、抽象建模、確定算法等開展計(jì)算思維活動。首先，提出問題“任務(wù)中需要哪些角色？出場順序是什么”，引導(dǎo)學(xué)生識別任務(wù)角色，明確任務(wù)序列。學(xué)生根據(jù)劇本分析容易獲得答案，為后續(xù)有序分解任務(wù)做準(zhǔn)備。接著，提問“每個角色需要做什么”，引導(dǎo)學(xué)生分解任務(wù)，抽象建模。角色不同，完成的任務(wù)也不同，有序描述各角色要做什么就是分解各角色的任務(wù)。分析中，注意引導(dǎo)學(xué)生緊扣角色行為及順序，抓住重要信息，去除無關(guān)信息，依次提取生活行為關(guān)鍵詞，再結(jié)合Scratch編程將生活行為關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)化為程序行為關(guān)鍵詞，實(shí)現(xiàn)生活問題的抽象建模。

分析角色“燈籠”可得出其主要行為是“出現(xiàn)”“介紹”，但這些生活行為關(guān)鍵詞在編程中無法識別。結(jié)合Scratch編程的表達(dá)特點(diǎn)，學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)，“出現(xiàn)”包含“隱藏”“顯示”兩種行為，“介紹”是通過“說話”行為實(shí)現(xiàn)的。這樣，就把生活中的“出現(xiàn)”“介紹”分別轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能識別的“顯示”“隱藏”和“說話”，從而獲取解決問題的模型。接著，教師提問“如何實(shí)現(xiàn)角色的行為”，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)聯(lián)知識，明確算法。角色行為需通過Scratch程序中的“積木”功能模塊構(gòu)建實(shí)現(xiàn)，教師需引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)程序行為關(guān)鍵詞關(guān)聯(lián)Scratch知識，思考合理選擇“積木”的方法。諸如：實(shí)現(xiàn)“說話”行為應(yīng)選擇哪個“積木”模塊？如何快速找到該模塊？模塊中實(shí)現(xiàn)“說話”行為的“積木”有幾塊？顏色和形狀分別是什么？選擇哪塊“積木”才符合設(shè)計(jì)的角色行為需求？等等。在思考、判斷與選擇的過程中，學(xué)生再次明確問題解決的流程與方法，形成解決問題的算法。

（三）分析“舞臺”，合理規(guī)劃設(shè)置

如同真實(shí)的問題解決會有對應(yīng)的場景，Scratch程序中角色功能的展示交互也需要合適的舞臺。結(jié)合需求，分析舞臺并合理規(guī)劃與設(shè)置是必要的。學(xué)生根據(jù)問題需求，可以選擇合適的背景，或自行繪制、導(dǎo)入圖片，或通過“積木”實(shí)現(xiàn)背景切換、音樂設(shè)置，或規(guī)劃角色布局獲取坐標(biāo)數(shù)據(jù)等，從而在體驗(yàn)計(jì)算機(jī)信息表達(dá)多樣化的同時，完善解決問題的方案。

《鬧元宵》一課，學(xué)生根據(jù)需求可以選擇歡快熱鬧的背景與音樂，展示不同習(xí)俗時還可以切換不同的背景。同時，利用“積木”可以設(shè)計(jì)對象的出現(xiàn)狀態(tài)與順序，如“燈籠”可以先隱藏在舞臺下方再出現(xiàn)飛入，“湯圓”可以先隱藏再原地出現(xiàn)等。這些設(shè)置讓作品呈現(xiàn)更加豐富，也讓問題的解決更加合理。

三、構(gòu)建調(diào)試程序，迭代形成優(yōu)化方案

計(jì)算思維的根本目的是解決問題，所有的分析最后都要落實(shí)到計(jì)算機(jī)解決問題上。馮士海.點(diǎn)燃高中信息技術(shù)課堂計(jì)算思維的火花[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2018（12）：71。調(diào)試與交流是學(xué)生鞏固編程知識、體驗(yàn)自動化的過程，也是學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題，在迭代中不斷優(yōu)化方案的過程，更是有效促使計(jì)算思維形成與發(fā)展的過程。經(jīng)過劇本、角色、舞臺分析，學(xué)生經(jīng)歷分解問題、抽象建模、確定算法等計(jì)算思維活動，已初步形成解決問題的方案。對照形成的方案，學(xué)生利用“積木”搭建腳本、調(diào)試程序。調(diào)試程序時，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生觀察所得效果是否與方

《鬧元宵》一課，學(xué)生通過構(gòu)建程序?qū)崿F(xiàn)了“猜燈謎”“吃湯圓”“耍龍燈”等習(xí)俗展示，但發(fā)現(xiàn)有些初步搭建的程序會同步展示各習(xí)俗且速度較快，根本無法看清每個習(xí)俗的介紹。全班展示交流后，提出修改意見：應(yīng)讓習(xí)俗逐個按序呈現(xiàn)，即先把所有習(xí)俗的圖片、文字隱藏，再逐個出現(xiàn)，用“廣播”積木、“等待”積木分別控制習(xí)俗的出場順序和時間。經(jīng)過學(xué)生自行修改和調(diào)試實(shí)踐，問題迎刃而解，方案得到優(yōu)化。

四、反思?xì)w納方法，促進(jìn)遷移應(yīng)用

梳理編程學(xué)習(xí)中遇到的問題，反思問題產(chǎn)生的原因，歸納解決方法與方案，有利于加深學(xué)生對知識、方法的記憶和理解，對學(xué)生今后靈活遷移運(yùn)用知識、模型、算法等有重要的影響。這也是落實(shí)計(jì)算思維培養(yǎng)不可缺少的一步。

《鬧元宵》一課課尾，師生一起回顧課堂學(xué)習(xí)過程。教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合課堂所學(xué)梳理、歸納利用Scratch編程解決實(shí)際問題的方法。首先，結(jié)合生活中的元宵節(jié)，分析、歸納典型的元宵節(jié)習(xí)俗關(guān)鍵詞，明確任務(wù)實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)。其次，通過分析劇本內(nèi)容，理清任務(wù)對象呈現(xiàn)序列;逐個剖析“燈籠”“湯圓”“龍燈”等角色任務(wù)，抓住其關(guān)鍵行為，將生活行為表達(dá)抽象為計(jì)算機(jī)行為表達(dá)，實(shí)現(xiàn)問題的抽象建模，并關(guān)聯(lián)Scratch編程相關(guān)知識，確定算法;通過設(shè)置舞臺，規(guī)劃各角色出現(xiàn)的狀態(tài)與順序，形成解決問題的方案。最后，搭建程序，不斷調(diào)試優(yōu)化直至形成有效的解決方案。反思?xì)w納的流程與方法如圖2所示。

根據(jù)真實(shí)情境任務(wù)中的實(shí)際問題，歷經(jīng)分析問題、抽象建模、關(guān)聯(lián)知識、確定算法、形成方案、構(gòu)建程序以及反復(fù)的調(diào)試優(yōu)化，直到形成最優(yōu)方案、最終解決問題。這樣的方法可以作為利用Scratch編程解決實(shí)際問題的“通法”，同樣適用于后續(xù)的編程學(xué)習(xí)，解決類似“雞蛋撞地球”“垃圾分類我來說”等生活實(shí)際問題。在這樣的教學(xué)中，學(xué)生的計(jì)算思維將得到有效鍛煉。

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