基于Scratch的小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)策略研究

崔越超　于夢(mèng)悅　趙建功

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；Scratch；核心素養(yǎng)；青少年編程教育

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）08-0110-03

1 引言

信息時(shí)代下，計(jì)算思維成為每個(gè)人所必備的素養(yǎng)，在小學(xué)階段開展思維教育可以有效引導(dǎo)學(xué)生由具體形象思維向抽象邏輯思維轉(zhuǎn)變，對(duì)于學(xué)生未來(lái)的發(fā)展有著非常重要的作用，因此如何有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維成為編程教師需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，本文從計(jì)算思維的概念出發(fā)，在探討計(jì)算思維與Scratch編程教育之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，就如何在教學(xué)內(nèi)容的確定、教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)、教學(xué)策略的構(gòu)建、課堂教學(xué)的實(shí)施以及學(xué)生作品的評(píng)價(jià)五個(gè)方面融入計(jì)算思維的培養(yǎng)展開分析討論，提出基于Scratch編程課程的小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)策略。

2 計(jì)算思維培養(yǎng)概述

2.1 什么是計(jì)算思維

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(wèn)題解決、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及理解人類行為的一系列思維活動(dòng)[1]。教育部頒布的《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版》中，將計(jì)算思維列為信息科技學(xué)科的四個(gè)核心素養(yǎng)之一[2]，通過(guò)培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的計(jì)算思維能力，使其能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)學(xué)科問(wèn)題解決的方式與過(guò)程遷移到解決實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用中，幫助學(xué)生能夠快速有效的分析問(wèn)題與解決問(wèn)題。

2.2 小學(xué)計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)

小學(xué)階段是學(xué)生思維的快速發(fā)展期，在小學(xué)階段實(shí)施思維教育的目的不僅僅是為了增加學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力，使其學(xué)會(huì)思考問(wèn)題，能夠在學(xué)習(xí)與生活中靈活運(yùn)用已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行問(wèn)題分析和解決問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生由具體形象思維向抽象邏輯思維轉(zhuǎn)變。小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)在一般思維教育的基礎(chǔ)上，通過(guò)使學(xué)生理解計(jì)算機(jī)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法，分析其中的緣由，從而達(dá)到學(xué)生善于用計(jì)算思維去思考和解決問(wèn)題的目標(biāo)。

2.3 小學(xué)計(jì)算思維培養(yǎng)的基本途徑

計(jì)算思維教育圍繞計(jì)算機(jī)科學(xué)及其相關(guān)技術(shù)展開，與計(jì)算機(jī)編程教育相關(guān)的領(lǐng)域作為計(jì)算思維培養(yǎng)的主要陣地[3]，隨著Scratch編程語(yǔ)言的問(wèn)世，編程學(xué)習(xí)的年齡門檻得以進(jìn)一步降低，6歲的兒童即可通過(guò)學(xué)習(xí)圖形化編程，創(chuàng)作出自己的計(jì)算機(jī)程序作品，早期國(guó)內(nèi)的少兒編程教育主要關(guān)注與學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)情況，近些年隨著從事Scratch教學(xué)研究的學(xué)者逐漸增多，Scratch教學(xué)研究的深度與廣度得以進(jìn)一步拓寬，在編程課程中對(duì)于學(xué)生思維的培養(yǎng)逐漸得到了重視，人們對(duì)于少兒編程教育的認(rèn)識(shí)逐漸從關(guān)注學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)情況轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注學(xué)生思維發(fā)展情況，逐漸將Scratch編程教育與培養(yǎng)計(jì)算思維相聯(lián)系，少兒編程課程也成為小學(xué)階段實(shí)施計(jì)算思維培養(yǎng)的有效載體。

3 小學(xué)Scratch 編程課程的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 Scratch編程簡(jiǎn)介

Scratch是由麻省理工學(xué)院所開發(fā)的一款圖形化編程工具，目前國(guó)內(nèi)基于Scratch語(yǔ)言開發(fā)的圖形化編程平臺(tái)數(shù)量眾多，如：小碼王、慧編程等。圖形化編程軟件通過(guò)將復(fù)雜的代碼進(jìn)行組合封裝，制作成一個(gè)個(gè)好似積木的程序模塊，使得整個(gè)編程過(guò)程變得可視化，使用者通過(guò)組合程序模塊，便可創(chuàng)作出故事動(dòng)畫、互動(dòng)游戲等編程作品。由于在編寫程序的過(guò)程中，沒有“標(biāo)準(zhǔn)答案”，這就使學(xué)生可以完全按照自己的思路去解決問(wèn)題，對(duì)于提升中小學(xué)生的獨(dú)立思考和邏輯判斷的能力有很大的作用。

3.2 國(guó)內(nèi)Scratch 編程教育的研究現(xiàn)狀

自2011年以來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)習(xí)、研究Scratch編程的專家和學(xué)者迅速增多。國(guó)內(nèi)對(duì)Scratch編程教育的教學(xué)研究主要集中在以下幾個(gè)方向：一是兒童數(shù)字文化創(chuàng)作課程研究，通過(guò)在教學(xué)中結(jié)合音樂(lè)、美術(shù)、文學(xué)以及計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域，以主題式學(xué)習(xí)為載體，開展自由創(chuàng)作學(xué)習(xí)以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛力，使學(xué)生學(xué)會(huì)使用程序解決問(wèn)題并完成創(chuàng)作；二是兒童趣味創(chuàng)造，以作品創(chuàng)作為主線，通過(guò)創(chuàng)作作品使學(xué)生完成編程指令的學(xué)習(xí)，在作品創(chuàng)作中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；三是基于工程、藝術(shù)和研究的技術(shù)學(xué)習(xí)，這一教學(xué)研究以STEM教育為核心，將教學(xué)結(jié)構(gòu)分為藝術(shù)單元、研究單元以及工程單元，其中藝術(shù)單元重在激發(fā)學(xué)生的興趣，工程單元重在實(shí)用，研究單元重在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，通過(guò)在圍繞這三個(gè)單元的案例學(xué)習(xí)，在做和學(xué)中發(fā)展學(xué)生的多元智能?？傮w來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)有關(guān)Scratch編程教育的研究的重點(diǎn)大多在于探索編程教育對(duì)學(xué)生思維能力、創(chuàng)新能力以及解決問(wèn)題能力的影響。

3.3 小學(xué)Scratch 編程課程現(xiàn)狀

由于我國(guó)小學(xué)編程教育起步較晚，雖然相關(guān)課程近些年在各地小學(xué)迅速開展，但仍處于初期階段。當(dāng)前我國(guó)在小學(xué)階段開展圖形化編程教學(xué)和圖形化編程資源開發(fā)的地區(qū)較多，但小學(xué)編程教育尚未形成完整課程體系，還沒有確立標(biāo)準(zhǔn)化的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容。當(dāng)前的小學(xué)編程教育主要有小學(xué)信息科技課程和社團(tuán)課兩部分組織，其中小學(xué)信息科技課程為主要陣地，用以普及編程教育，社團(tuán)課或興趣小組為輔佐，服務(wù)于對(duì)編程學(xué)習(xí)感興趣的學(xué)生，作為為其提供進(jìn)一步學(xué)習(xí)的平臺(tái)，兩種課程共同組成了校內(nèi)編程教育的課程模式，但在編程教育所注重的學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)上，存在教師自身計(jì)算思維能力短缺，教師對(duì)于小學(xué)生的思維發(fā)展水平特點(diǎn)沒有清晰的認(rèn)識(shí)，教師缺乏融合計(jì)算思維的教學(xué)設(shè)計(jì)能力以及課時(shí)安排有限等問(wèn)題。

4 Scratch 編程課程中小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)策略

4.1 在教學(xué)內(nèi)容的選擇中注重計(jì)算思維

例如在講授Scratch中的“造型模塊”時(shí)，教師可以將《制作變臉小動(dòng)畫》作為本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容。一方面，小動(dòng)畫的制作可以使學(xué)生在“玩中學(xué)”，在制作不同的舞臺(tái)燈光效果的過(guò)程中完成對(duì)切換背景的學(xué)習(xí)，在制作演員的變臉表演的過(guò)程中完成對(duì)切換造型的學(xué)習(xí)；另一方面，在教學(xué)中融入對(duì)變臉文化的介紹，將我國(guó)的傳統(tǒng)文化融入課堂教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷。

4.2 在教學(xué)目標(biāo)的分析中融入計(jì)算思維

合理的教學(xué)目標(biāo)能夠增強(qiáng)教學(xué)過(guò)程的科學(xué)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。因此，應(yīng)將小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)融入新課標(biāo)所規(guī)定的三維教學(xué)目標(biāo)中。計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)可以分為三個(gè)維度，分別為計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐和計(jì)算觀念[4]。就小學(xué)生和Scratch編程來(lái)說(shuō)，計(jì)算概念是指學(xué)生在使用各種代碼塊進(jìn)行作品創(chuàng)作的過(guò)程中，逐漸將對(duì)代碼塊的理解上升為概念，這些概念可以遷移至其他情境中使用，這一目標(biāo)注重學(xué)生知識(shí)的學(xué)習(xí)；計(jì)算實(shí)踐關(guān)注學(xué)生能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在通過(guò)教師引導(dǎo)，自學(xué)和互助完成編程項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，應(yīng)用所學(xué)新知和已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)去分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；計(jì)算觀念是學(xué)習(xí)者在編程學(xué)習(xí)中所形成的表達(dá)觀念、聯(lián)系觀念以及質(zhì)疑觀念，是對(duì)學(xué)生價(jià)值觀的培養(yǎng)。由此可見，計(jì)算思維培養(yǎng)框架中的目標(biāo)剛好能夠與教學(xué)目標(biāo)中的三個(gè)維度一一對(duì)應(yīng)，其中的計(jì)算概念對(duì)應(yīng)知識(shí)目標(biāo)維度，計(jì)算實(shí)踐對(duì)應(yīng)能力目標(biāo)維度，計(jì)算觀念對(duì)應(yīng)情感目標(biāo)維度。

以《學(xué)習(xí)音樂(lè)模塊》一課為例，本課的教學(xué)內(nèi)容是運(yùn)用“音樂(lè)模塊”中的代碼塊來(lái)控制程序發(fā)出各種聲音，針對(duì)本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點(diǎn)，結(jié)合計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)，得出本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)：在計(jì)算概念方面，學(xué)生能夠說(shuō)出“音樂(lè)模塊”的功能，學(xué)生能夠總結(jié)出“音樂(lè)模塊”中代碼塊的使用；在計(jì)算實(shí)踐方面，經(jīng)過(guò)教師的引導(dǎo)、自學(xué)和同伴的互助，學(xué)生完成本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決的能力，使學(xué)生清楚“音樂(lè)模塊”的適用場(chǎng)景；在計(jì)算觀念方面，通過(guò)完成編程項(xiàng)目，學(xué)生體驗(yàn)到編程的樂(lè)趣，在作品的展示交流中，培養(yǎng)學(xué)生的鑒賞能力。

4.3 在教學(xué)策略的選擇中強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維

在教學(xué)策略的選擇上，教師的教學(xué)策略需要更加多樣化，應(yīng)改變傳統(tǒng)的直接講授式教學(xué)，轉(zhuǎn)向注重學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐、自主探究和小組合作，使學(xué)生在“做中學(xué)”。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)方法，在該教學(xué)策略中，整堂教學(xué)圍繞項(xiàng)目來(lái)進(jìn)行，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境導(dǎo)入項(xiàng)目，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和探究問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)在課堂教學(xué)中把理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，通過(guò)選定主題、項(xiàng)目分解、小組討論和展示交流等多個(gè)活動(dòng)項(xiàng)目充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造潛能，從而提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力。面向小學(xué)生計(jì)算思維教育的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面。

在項(xiàng)目主題導(dǎo)入方面。小學(xué)生的自主分析能力較弱，并不具備自主識(shí)別活動(dòng)主題的能力，因此教師應(yīng)該以小游戲、小故事等情景化的形式引入項(xiàng)目主題，小故事、小游戲的內(nèi)容應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容從學(xué)生的生活實(shí)際出發(fā)，選定具有一定趣味性的項(xiàng)目，使小學(xué)生能夠?qū)?xiàng)目產(chǎn)生興趣。例如《學(xué)習(xí)鍵盤控制角色方向》一課中，教師可以將項(xiàng)目主題設(shè)計(jì)成《騎小摩托送外賣》，以制作一個(gè)幫助外賣員送外賣的小游戲來(lái)導(dǎo)入項(xiàng)目主題，使得編程課程可以貼近同學(xué)們的生活，將乏味的編程課程變得有趣起來(lái)。

在項(xiàng)目分解方面。將大項(xiàng)目分解成學(xué)生能夠解決的小項(xiàng)目是項(xiàng)目完成的重要一環(huán)，也是編制項(xiàng)目計(jì)劃書的前提，項(xiàng)目完成方案的設(shè)計(jì)是項(xiàng)目能否完成的關(guān)鍵，分解的過(guò)程不應(yīng)該由教師直接講述給學(xué)生，而是同學(xué)們?cè)诮處煹囊龑?dǎo)下，通過(guò)將新學(xué)到的相關(guān)內(nèi)容與已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，通過(guò)以小組合作的方式探究項(xiàng)目完成所需的步驟，并制定項(xiàng)目計(jì)劃書。在《騎小摩托送外賣》的項(xiàng)目中，應(yīng)該使學(xué)生首先接觸偵測(cè)按鍵的學(xué)習(xí)，在具備完成本項(xiàng)目的知識(shí)后，進(jìn)行項(xiàng)目分解，編制項(xiàng)目計(jì)劃書。

在項(xiàng)目迭代方面。一方面項(xiàng)目的迭代過(guò)程體現(xiàn)在學(xué)生完成項(xiàng)目分解后，學(xué)生需要經(jīng)過(guò)完成一個(gè)個(gè)子項(xiàng)目以最終完成整個(gè)大項(xiàng)目，這一項(xiàng)目不斷疊加升級(jí)的過(guò)程，便是項(xiàng)目的迭代過(guò)程；另一方面項(xiàng)目迭代可以在案例項(xiàng)目完成后在該項(xiàng)目的基礎(chǔ)上進(jìn)行，學(xué)生完成案例項(xiàng)目后，教師應(yīng)該設(shè)置開放性拓展任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生在已完成的項(xiàng)目上的基礎(chǔ)上通過(guò)疊加新的代碼塊來(lái)完善項(xiàng)目功能或形成新的項(xiàng)目。在《騎小摩托送外賣》的項(xiàng)目中，學(xué)生在完成該項(xiàng)目后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生在此基礎(chǔ)上為游戲增加障礙物、增加計(jì)時(shí)器或增加關(guān)卡等新功能從而豐富整個(gè)游戲腳本及其場(chǎng)景，從而培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。

4.4 在課堂教學(xué)的實(shí)施中構(gòu)建計(jì)算思維

計(jì)算思維是一種用來(lái)解決問(wèn)題的思維，因此在課堂教學(xué)的實(shí)施方面，學(xué)習(xí)者在問(wèn)題解決過(guò)程中的體驗(yàn)是小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的重要內(nèi)容。利用計(jì)算思維分析和解決問(wèn)題的過(guò)程可分為四個(gè)步驟，包括問(wèn)題分解、模式識(shí)別、抽象和算法[5]，計(jì)算思維的培養(yǎng)中應(yīng)該使同學(xué)們親身體驗(yàn)這四個(gè)步驟，從而獲得解決問(wèn)題的方法。

例如要完成《鼠標(biāo)控制角色運(yùn)動(dòng)方向》這一任務(wù)，首先要進(jìn)行的就是問(wèn)題分解，分解是指將復(fù)雜問(wèn)題分解為更小的、易于實(shí)現(xiàn)的部分，針對(duì)本任務(wù)可分解成第一步制作角色面向某一方向移動(dòng)的程序，第二步在此基礎(chǔ)上制作連續(xù)移動(dòng)的程序，第三步制作鼠標(biāo)控制小貓移動(dòng)方向的程序；模式識(shí)別是找到不同問(wèn)題中的共同點(diǎn)的過(guò)程，也就是知識(shí)遷移的過(guò)程，之前的課程中已經(jīng)學(xué)過(guò)了角色連續(xù)移動(dòng)的程序編寫，因此第一步和第二步是可以將以前知識(shí)遷移到本項(xiàng)目中的；抽象是指抓住事物的本質(zhì)特征，去繁求簡(jiǎn)，本任務(wù)中的本質(zhì)問(wèn)題即添加哪些程序模塊可以實(shí)現(xiàn)小貓一直可以面向鼠標(biāo)方向，由此可得解決該問(wèn)題所需的是運(yùn)動(dòng)分類里的程序，同時(shí)我們還需要將這一程序循環(huán)執(zhí)行；算法即解決問(wèn)題的詳細(xì)步驟，也就是完成該任務(wù)所需的全部步驟。

在教學(xué)過(guò)程中教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生先分解問(wèn)題，調(diào)用已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)中的相關(guān)信息，搜索能夠用于解決該問(wèn)題的知識(shí)點(diǎn)，套用該知識(shí)，最后解決問(wèn)題。由于這一過(guò)程比較抽象，而小學(xué)生接觸編程時(shí)間較短，尚未具備使用程序語(yǔ)言的能力，教師可以使用以自然語(yǔ)言來(lái)描述程序語(yǔ)言的方式，學(xué)生通過(guò)用自然語(yǔ)言描述自己的問(wèn)題解決過(guò)程以及編程過(guò)程，使得課堂教學(xué)可以在學(xué)生力所能及的范圍內(nèi)進(jìn)行。

4.5 在學(xué)生作品的評(píng)價(jià)中關(guān)注計(jì)算思維

作品評(píng)價(jià)是檢驗(yàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中計(jì)算思維水平是否提升的重要途徑，在目前的編程作品評(píng)價(jià)中，大多以二元論的方式把編程作品劃分為對(duì)和錯(cuò)兩類，評(píng)價(jià)的關(guān)注點(diǎn)在于學(xué)生的代碼編寫及程序功能是否正確，這種評(píng)價(jià)方式無(wú)法衡量教學(xué)是否促進(jìn)了學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展。教學(xué)目標(biāo)是教師計(jì)劃本節(jié)課應(yīng)達(dá)到的教學(xué)效果，因此關(guān)注計(jì)算思維培養(yǎng)的評(píng)價(jià)方式應(yīng)從計(jì)算思維培養(yǎng)的三維框架入手，學(xué)生對(duì)代碼塊的使用情況可以作為計(jì)算概念維度的評(píng)價(jià)內(nèi)容；學(xué)生在完成項(xiàng)目過(guò)程中分解問(wèn)題編制項(xiàng)目計(jì)劃書的情況可以作為計(jì)算實(shí)踐的評(píng)價(jià)內(nèi)容；學(xué)生在展示作品時(shí)對(duì)于作品的介紹和描述可以作為計(jì)算觀念的評(píng)價(jià)內(nèi)容?；谝陨先齻€(gè)維度對(duì)學(xué)生的編程作品完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以更好地反映學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展?fàn)顩r和水平。

5 總結(jié)

小學(xué)階段是學(xué)生思維的高速發(fā)展期，在小學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，一方面適應(yīng)了新時(shí)代對(duì)于人才培養(yǎng)的需要，為今后學(xué)生在信息化時(shí)代解決問(wèn)題奠定良好基礎(chǔ)，另一方面有助于小學(xué)生的具體形象思維向抽象邏輯思維的轉(zhuǎn)變。因此，在小學(xué)Scratch編程教育的過(guò)程中，教師必須在提高自身素養(yǎng)的同時(shí)，選用符合學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容，依據(jù)計(jì)算思維培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，綜合使用各種靈活有效的教學(xué)手段，引發(fā)學(xué)生的深度思考，從而使學(xué)生更好地理解知識(shí)、掌握知識(shí)，形成獨(dú)立思考的能力，提高他們的計(jì)算思維，使其信息素養(yǎng)得到持續(xù)快速的發(fā)展。