面向計算思維培養(yǎng)的小學(xué)Scratch編程教學(xué)策略研究

周瑩

摘 要： 作為一名小學(xué)信息技術(shù)教師，筆者深感Scratch編程的魅力所在。Scratch編程教學(xué)是普遍認(rèn)可的小學(xué)計算思維培養(yǎng)的重要抓手和落腳點(diǎn)。文章從Scratch編程教學(xué)與生活融合、與學(xué)科融合兩個方面介紹了教學(xué)方法和初步經(jīng)驗(yàn)，并初步總結(jié)了筆者探究—模仿—探究的教學(xué)方法。通過這些方法的使用，教師可以更好地引導(dǎo)孩子學(xué)習(xí)Scratch編程，培養(yǎng)計算思維。

關(guān)鍵詞： Scratch編程;計算思維;生活融合;學(xué)科融合;探究—模仿—探究教學(xué)法

中圖分類號： TP393?? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A?? ?文章編號： 1673-8918（2022）04-0017-04

《江蘇省義務(wù)教育信息技術(shù)課程綱要（2017年修訂）》（以下簡稱《綱要》）指出信息技術(shù)課程的總目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)包括信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會責(zé)任等方面。

近年來，計算思維培養(yǎng)受到普遍重視，“算法與程序設(shè)計”作為計算思維的重要體現(xiàn)，是信息技術(shù)課程的核心模塊之一。對于小學(xué)生來說，Scratch是目前應(yīng)用最廣泛的可視化編程軟件。Scratch編程學(xué)習(xí)不需要學(xué)生記憶和理解晦澀難懂的代碼，學(xué)生只需要拖拽現(xiàn)成的積木化控件進(jìn)行組合即可完成編程。學(xué)生關(guān)注的是分析問題，把問題轉(zhuǎn)化為積木化控件來解決問題，避免編寫復(fù)雜的程序語言，這使編程學(xué)習(xí)變得更加輕松有趣。筆者在教學(xué)實(shí)踐中，總結(jié)了探索—模仿—探索的教學(xué)方法，學(xué)生在問題驅(qū)動下，通過自主探索初步了解Scratch編程軟件的操作方法，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，然后通過教師流程圖引導(dǎo)下的大量模仿操作，理清思路，提高計算思維，最后實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)作。

Scratch等積木式編程軟件作為中小學(xué)生計算思維培養(yǎng)的重要抓手，進(jìn)入了小學(xué)信息計算必修內(nèi)容。如何讓Scratch編程學(xué)習(xí)真正提高學(xué)生的計算思維，體現(xiàn)信息技術(shù)學(xué)習(xí)的實(shí)踐性，正如《綱要》中所說：“要將信息技術(shù)和其他學(xué)科融合起來，面向?qū)W生的生活世界，幫助學(xué)生對世界的完整認(rèn)識?！?/p>

一、 Scratch編程和學(xué)科融合

（一）Scratch編程與數(shù)學(xué)學(xué)科融合

數(shù)學(xué)是思維的體操，Scratch編程軟件中的“數(shù)據(jù)”“偵測”“數(shù)據(jù)和邏輯運(yùn)算模塊”等模塊中的控件和數(shù)學(xué)學(xué)科知識高度相關(guān)，在計算思維培養(yǎng)方面是一致的。由此，教師可以在教學(xué)中將兩個學(xué)科進(jìn)行融合，利用Scratch編程的工具性和實(shí)踐性特征，為數(shù)學(xué)教學(xué)提供實(shí)踐工具，或者利用數(shù)學(xué)知識為信息技術(shù)教學(xué)提供助力。

例如，在《畫正多邊形》一課中，教師先讓學(xué)生畫正三角形、正方形（正四邊形）、正六邊形和正八邊形。通過四個圖形的繪制，教師把控件的相關(guān)信息進(jìn)行數(shù)學(xué)化歸納和匯總，然后引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)次數(shù)和旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系，從而推導(dǎo)出正多邊形畫法的公式（如表1），這是數(shù)學(xué)式思維對Scratch編程教學(xué)的幫助，同時Scratch編程對計算思維的培養(yǎng)也起到了積極助推作用。

學(xué)生在掌握了正多邊形繪制方法之后，可以輕松繪制出正七邊形、正十一邊形、正二十五邊形等利用紙筆很難計算和繪制的圖形，不能整除的數(shù)字，比如360/7，利用控件 就可以直接表示，計算機(jī)會幫助我們快速計算。同時學(xué)生通過學(xué)多邊形的繪制，發(fā)現(xiàn)正多邊形的邊數(shù)越多，圖形越接近于圓形，這對于學(xué)生理解數(shù)學(xué)中圓形相關(guān)知識起到很大幫助，Scratch編程將抽象的知識轉(zhuǎn)化為直觀的畫面，實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)模型，更提高了學(xué)生的計算思維。

數(shù)學(xué)和Scratch編程融合幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)正多邊形和圓形的知識，也教會學(xué)生解決問題的方法和策略。

（二）Scratch編程和語文學(xué)科融合

Scratch編程的第一課教學(xué)時，教師常常把Scratch軟件的界面當(dāng)作一個“劇場”來介紹，“小貓”是主演，“舞臺區(qū)”是演員表演的場地，“角色區(qū)”是演員休息區(qū)，“背景”相當(dāng)于幕布，“腳本”相當(dāng)于劇本，用Scratch編程軟件編寫腳本，就好比是導(dǎo)演編排一部舞臺劇。把Scratch編程教學(xué)和舞臺劇編排相聯(lián)系，給腳本相應(yīng)的情境，讓每個控件的出現(xiàn)都和劇情緊密相關(guān)，這樣學(xué)生不僅記得牢，思維也得到了訓(xùn)練，Scratch編程和語文學(xué)科有著不可分割的聯(lián)系。

Scratch編程編排舞臺劇，首先導(dǎo)演要構(gòu)思好分鏡頭腳本，將所需要的角色和背景設(shè)置好之后，再利用廣播控件按照故事發(fā)展的順序?qū)⒎昼R頭腳本進(jìn)行串聯(lián)。比如，學(xué)生在Scratch編程軟件編排《龜兔賽跑》故事時，需要自己繪制或者網(wǎng)絡(luò)搜索烏龜和兔子的角色圖片，每個角色要符合人物特征，讓學(xué)生理解寫作中人物外貌描寫的寫法;每個場景的背景圖，會讓學(xué)生理解圖文并茂的重要性;每個場景編排結(jié)束后，用“廣播消息并等待”和“當(dāng)接收到消息……”控件把各個場景串聯(lián)。

學(xué)生在編排舞臺劇的同時，要學(xué)會先在頭腦中思考每個角色語言、動作以及故事情節(jié)發(fā)展順序和因果關(guān)系，這種思考是思維導(dǎo)圖式的雛形，不但提升了學(xué)生計算思維，激發(fā)了創(chuàng)作靈感，也提升了學(xué)生自主探索能力。

（三）Scratch編程和美術(shù)學(xué)科融合

Scratch編程的過程中，常常需要“繪制新角色”和“繪制新背景”，繪制的界面和電腦自帶的“畫圖”軟件類似，是數(shù)字化美術(shù)的一部分?！爸行狞c(diǎn)”的選擇、“上下翻轉(zhuǎn)”“左右翻轉(zhuǎn)”的使用，對于程序的測試效果影響巨大，很多程序測試無法完成效果，都是由于中心點(diǎn)的選擇有誤造成的，學(xué)生理解中心點(diǎn)對程序的影響和對學(xué)生的思維訓(xùn)練有很大幫助。

另外，Scratch中的“畫筆”模塊，結(jié)合其他積木的使用，可以繪制出圖形，模擬繪圖工具，也是數(shù)字化美術(shù)的一部分。例如，《畫城堡》一課中，學(xué)生利用畫筆工具完成多邊形的繪制，用多邊形組成了畫城堡的任務(wù)，而且還發(fā)揮自己的想象，裝飾自己的城堡，有的同學(xué)設(shè)計出彩色城堡，有的同學(xué)在城堡外種上草坪，有的同學(xué)在城堡外設(shè)計了花園，還有的同學(xué)讓城堡上空燃放起絢麗的煙花（如圖1）。教師把學(xué)生的創(chuàng)意進(jìn)行了梳理和歸納，發(fā)現(xiàn)學(xué)生用Scratch編程這種數(shù)字化的方法來美化圖形，有的學(xué)生用顏色美化城堡、有的學(xué)生用組合圖形美化。學(xué)生在構(gòu)建美的同時，會先在大腦中進(jìn)行構(gòu)圖，這種構(gòu)圖就是計算思維的訓(xùn)練。

（四）Scratch編程和音樂學(xué)科融合

Scratch編程中的“聲音”控件區(qū)里，有很多數(shù)字化音樂的實(shí)現(xiàn)工具。利用Scratch的軟件中可模擬多種樂器，進(jìn)行樂曲的腳本編寫，為劇情設(shè)置合適的背景音樂，增加了編程的樂趣，大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。比如，在《動物表演》一課中，每個動物的出場時都可以設(shè)置相應(yīng)的出場音樂，而且小猴也可以利用彈奏音符52，0.5拍;彈奏音符52，0.5拍;彈奏音符53，1拍;彈奏音符52，1拍;彈奏音符57，1拍;彈奏音符53，2拍，這樣的設(shè)置，演奏生日快樂歌，聲音的融入讓Scratch編程編排的原本無聲舞臺劇變得多元且精彩紛呈。

（五）Scratch編程和科學(xué)學(xué)科融合

Scratch編程中的變量、順序、條件、循環(huán)等基本的程序原理也普遍存在于科學(xué)現(xiàn)象中。利用Scratch編程創(chuàng)作呈現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象和邏輯過程，加深學(xué)生對科學(xué)概念內(nèi)容的理解，同時，在設(shè)計過程中培養(yǎng)訓(xùn)練學(xué)生的計算思維能力。以《Scratch模擬自然界中水循環(huán)》為例，教師帶領(lǐng)學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)：太陽、水蒸氣、烏云、雨、彩虹的出現(xiàn)都與空氣濕度密切相關(guān)，新建濕度這個變量，通過變量的循環(huán)變化實(shí)現(xiàn)濕度從低到高，再從高到低的循環(huán)變化，這個變化過程決定著天氣的變化，所以程序不是編寫在某個角色里，而是背景里。通過濕度的變化，太陽、水蒸氣、烏云、雨發(fā)生改變，編程過程幫助學(xué)生理清了天氣變化和濕度的關(guān)系。這樣的編程模式同樣可以推廣到日月星辰隨著一天時間的變化而變化等自然現(xiàn)象的模擬仿真。學(xué)生摸著“一個變量”的藤，摸到了自然現(xiàn)象之間聯(lián)系的“瓜”。

二、 Scratch編程和生活融合

Scratch編程和生活是息息相關(guān)的，舞臺區(qū)好比是生活的縮影，為了讓實(shí)現(xiàn)想要的功能，需要把控件進(jìn)行組合或者拆分，就像小朋友“玩積木”“過家家”。比如，綜合課《畫城堡》教學(xué)時，教學(xué)內(nèi)容多，學(xué)習(xí)難度大，學(xué)生要學(xué)會分析圖形，將復(fù)雜圖形分解成簡單圖形，并把簡單圖形定義成積木塊，在每個簡單圖形的起始位置通過調(diào)用積木塊組合成復(fù)雜圖形。當(dāng)需要使用連續(xù)的積木塊時可以用積木塊簡化，讓學(xué)生感受到模塊化程序設(shè)計的優(yōu)勢。第一次上課后，筆者找了十個學(xué)生，這十個當(dāng)中有畫出城堡的學(xué)生，有城堡畫出一半的學(xué)生，有六個積木還沒有定義好的學(xué)生。和學(xué)生的訪談中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生根本沒有理解為什么要盡心定義，定義耽誤了很多時間。學(xué)生的問題和建議給了筆者修改教學(xué)設(shè)計的方向和動力，筆者知道怎樣把不知道去哪兒的時間找回來。晚上回到家，筆者找出女兒的磁力片積木，用一些基本圖形拼出了如圖2一些形狀，筆者想通過這些圖形讓學(xué)生理解什么是組合圖形。為什么在Scratch中要用定義積木的方法來畫組合圖形。這一環(huán)節(jié)可以放在課前熱身階段。

對于需要用到的6個積木，連續(xù)6次的重復(fù)定義，確實(shí)花費(fèi)了很多時間，對于這一問題，筆者設(shè)計了“半成品學(xué)件”這個“腳手架”，教師演示過定義積木的方法后，學(xué)生自己嘗試定義一個積木，然后就可以給學(xué)生一個六個積木都定義好的“學(xué)件”，學(xué)生在“腳手架”的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)用積木畫城堡，節(jié)省了5～10分鐘的時間。定義測試過程中遇到問題，為了方便的測試，筆者又設(shè)計了“黑板擦”這個“小機(jī)關(guān)”。用空格鍵單獨(dú)控制“清空”命令，簡單方便，“黑板擦”學(xué)生非常容易理解。

調(diào)用積木塊看似簡單，但是實(shí)際操作中的問題非常多。學(xué)生發(fā)現(xiàn)積木總是“不聽話”，不能隨心所欲地搭出設(shè)想的形狀。針對這種找不對開始拼圖的“起始位置”和“方向”的問題，筆者設(shè)計了一個排隊小游戲：6名學(xué)生面對班級同學(xué)站成一排，筆者站在他們中間，全班學(xué)生齊聲說出6名學(xué)生在筆者的左邊還是右邊，接著筆者更換一個位置，全班說出每個學(xué)生在筆者的左邊還是右邊。最后，筆者向后轉(zhuǎn)背對著班級同學(xué)，這時全班再齊聲說出6名學(xué)生在筆者的左邊還是右邊，這時發(fā)現(xiàn)6名學(xué)生的位置都不相同。學(xué)生能夠感受到調(diào)用積木塊之前，起始“位置”和“方向”是一定需要弄清楚的。

三、 探究—模仿—探究進(jìn)階式循環(huán)的教學(xué)方法

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)教學(xué)中要以學(xué)生為主體，教師通過創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生以原有知識為起點(diǎn)，不斷地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，最終形成自主學(xué)習(xí)和解決問題的能力。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論很好地契合了Scratch編程課程教學(xué)的特點(diǎn)，在Scratch教學(xué)中被大量應(yīng)用。在教學(xué)實(shí)踐中，筆者總結(jié)出“探究—模仿—探究”進(jìn)階式循環(huán)的教學(xué)方法，學(xué)生通過自主探究，大量模仿練習(xí)，再到半成品修改練習(xí)，最后可以自主創(chuàng)作，實(shí)現(xiàn)了由“蹣跚學(xué)步”到“獨(dú)立奔跑”的轉(zhuǎn)變。

Scratch作為一種可視化編程軟件，和學(xué)生生活契合度較高。初始課學(xué)習(xí)時，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，教師可以放手讓學(xué)生自主探究。通過自主探究，大部分學(xué)生可以掌握軟件的基本操作并編寫出一些簡單的腳本，這些成就感大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為Scratch軟件學(xué)習(xí)開了好頭，探究式教學(xué)法在初始課學(xué)習(xí)中發(fā)揮了重要的作用。

隨著學(xué)習(xí)的深入，如果教師一直放手讓學(xué)生自主探究，學(xué)生的進(jìn)步會變得緩慢，并且很少有優(yōu)秀作品出現(xiàn)，學(xué)生只有自己僅有的一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)不斷重新放大，很難有更深入的探究和發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也會受到打擊。筆者通過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，大量的“模仿練習(xí)”對學(xué)生學(xué)習(xí)起到積極助推作用。Scratch編程學(xué)習(xí)在凸顯獨(dú)立探究的同時，離不開模仿練習(xí)。模仿練習(xí)是指，教師引導(dǎo)學(xué)生在流程圖的帶領(lǐng)下，進(jìn)行大量的由“流程圖模仿”到“半成品補(bǔ)充”的反復(fù)練習(xí)，從而幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)抽象問題和自主編程的能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生計算思維的提高。

（一）流程圖引導(dǎo)

流程圖是一種描述解決問題的方法、思路或者算法的工具，流程圖代表了數(shù)據(jù)或者思維的流向。教師在Scratch編程教學(xué)時，需要先帶領(lǐng)學(xué)生分析問題，提煉出解決問題的步驟，然后根據(jù)解決問題的步驟畫出流程圖，最后把腳本和流程圖一一對應(yīng)起來。

在流程圖的帶領(lǐng)下，學(xué)生經(jīng)過反復(fù)模仿和練習(xí)，掌握分析問題和解決問題的方法。比如，在編寫《貓捉老鼠》游戲中貓的腳本時，教師帶領(lǐng)學(xué)生用語言分析貓的動作，小貓剛開始待在窩里（初始位置），游戲開始后，小貓面向鼠標(biāo)移動，如果碰到障礙物就回到窩里再重新出發(fā)，如果碰到老鼠就獲勝。隨著語言的描述，教師展示一步步畫出流程圖，再讓學(xué)生根據(jù)流程圖拖拽積木，教師只需要提醒流程圖中是通過“回路”來表現(xiàn)循環(huán)語句的，學(xué)生就可以理解并輕松地編寫出程序了。（如圖3）

（二）半成品補(bǔ)充

學(xué)生跟著流程圖，模仿編寫程序，經(jīng)過一段時間的練習(xí)，可以掌握較簡單程序的編寫。要想把遇到的問題轉(zhuǎn)化Scratch程序，還需要經(jīng)過專項練習(xí)。一節(jié)課的時間想要編寫一個完整程序，難度較大。為了提高學(xué)生練習(xí)效率，需要使用程序“半成品”這個“腳手架”。程序半成品幫助學(xué)生省去了素材導(dǎo)入、背景繪制等基礎(chǔ)設(shè)置操作，可以讓學(xué)生能夠?qū)Ｐ牡蒯槍π缘赜?xùn)練部分關(guān)鍵程序的搭建。

比如，在學(xué)習(xí)變量應(yīng)用時，教師給學(xué)生《貓捉老鼠》的半成品讓學(xué)生直截了當(dāng)?shù)貫榘氤善烦绦蛱砑幼兞磕_相關(guān)腳本（如圖4），這樣一節(jié)課時間下來，可以進(jìn)行多個案例的練習(xí)，學(xué)生也可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，選擇不同難度系數(shù)的半成品進(jìn)行練習(xí)，大大提高了練習(xí)效率。半成品練習(xí)的前提是需要教師提前進(jìn)行較好的準(zhǔn)備和構(gòu)想，對教師課前準(zhǔn)備要求較高。

學(xué)生通過基于流程圖引導(dǎo)和半成品支撐的大量模仿練習(xí)，能夠理解了各個控件、變量、函數(shù)的作用，并能夠歸納出游戲、動畫、故事這三類編程的特征。遇到問題，能夠獨(dú)立地探究，嘗試把實(shí)際問題抽象成流程圖模式的思考，進(jìn)而搭建出相應(yīng)的腳本，解決問題，這就實(shí)現(xiàn)了探究、模仿、探究的階性循環(huán)。隨著學(xué)生解決實(shí)際問題能力的提升，學(xué)生的計算思維能力也得到了提高。

四、 結(jié)語

記得一次Scratch編程課后，班上一位學(xué)生開心地告訴老師：“前面學(xué)習(xí)的‘WPS文字’和‘WPS演示’和Scratch編程有很大不同?！甒PS文字’是讓我按軟件的要求一步一步地去做，在Scratch編程中是讓小貓按我的想法做事情?！睂W(xué)生的感受，直觀地印證了Scratch編程對計算思維培養(yǎng)。

Scratch編程和各學(xué)科密不可分，與生活完美融合，但融合不是教育本身的目的。作為學(xué)習(xí)引導(dǎo)者的教師，應(yīng)該清醒地認(rèn)識到，融合教學(xué)只有在教師的創(chuàng)意引導(dǎo)下，學(xué)生不斷進(jìn)行探究—模仿—探究才能實(shí)現(xiàn)。教師要站在學(xué)生的立場上，創(chuàng)意地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，讓學(xué)生的計算思維得到訓(xùn)練，這樣才能提升學(xué)生創(chuàng)新思維能力，形成精益求精的工匠精神。

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