在Scratch編程教育中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的探究與實踐

【摘要】文章首先介紹Scratch的特點與優(yōu)勢，其次闡述在Scratch編程教育中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的內(nèi)涵及重要性，最后提出在Scratch編程教育中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的實踐策略，旨在提高學(xué)生的編程能力和計算思維能力。

【關(guān)鍵詞】計算思維；Scratch；編程；教育

作者簡介：張浩（1991—），男，江蘇省淮安市新安小學(xué)。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，編程教育逐漸成為一種培養(yǎng)學(xué)生能力的重要方式。Scratch作為一款適合初學(xué)者的編程工具，得到了越來越多的關(guān)注和應(yīng)用。Scratch編程教育并非簡單的語言教學(xué)，而是要培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，計算思維是一種解決問題的思維方式，不僅在編程領(lǐng)域具有重要作用，而且對學(xué)生的終身發(fā)展也具有非常重要的作用。文章探討在Scratch編程教育中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的策略。

一、Scratch的特點與優(yōu)勢

Scratch是一種非常受歡迎的視覺化編程語言，使用對象主要為青少年和教育工作者。Scratch具有許多特點與優(yōu)勢，它在編程教育領(lǐng)域中具有一定的價值［1］。

首先，Scratch采用視覺化編程界面，用戶可以通過拖拽圖形模塊來實現(xiàn)程序的構(gòu)建，而不需要編寫復(fù)雜的代碼。這種程序構(gòu)建的方式極大地降低了編程的門檻，初學(xué)者也能很快地開始學(xué)習(xí)編程，而不需要深入了解復(fù)雜的語法和語義。

其次，Scratch非常易于學(xué)習(xí)，其擁有簡單易懂的界面和語法。即使是沒有編程經(jīng)驗的人，也可以通過簡單的操作開始學(xué)習(xí)。此外，Scratch擁有大量的教學(xué)資源和社區(qū)支持，用戶能夠更快地學(xué)習(xí)和掌握編程技能。Scratch是一款開源的編程語言，用戶可以免費下載并在多個平臺上使用。Scratch的開放性促進了用戶間的分享和交流，為用戶創(chuàng)造了更多的學(xué)習(xí)機會和資源。用戶可以共享項目、游戲或動畫，也可以下載他人的項目進行學(xué)習(xí)和改進。Scratch還非常鼓勵用戶進行自主創(chuàng)作，用戶可以通過Scratch制作自己的動畫、游戲等內(nèi)容，這種創(chuàng)造性的編程方式可以激發(fā)用戶的想象力和創(chuàng)造力，提高編程的樂趣和吸引力。用戶還可以通過Scratch與其他用戶分享作品，這種分享可以促進編程教育的互動和發(fā)展。

最后，Scratch具有豐富的功能和擴展性，包含多種編程語句、音視頻媒體支持控件等，用戶可以通過Scratch實現(xiàn)各種有趣的應(yīng)用。雖然Scratch是一種視覺化編程語言，但是它具有足夠的功能和擴展性，可以讓用戶創(chuàng)造更多有趣和有用的應(yīng)用程序。

總之，Scratch作為一種免費、易學(xué)易用、開放性強、創(chuàng)造性和功能強大的視覺化編程語言，已經(jīng)成為教育工作者首選的編程教育工具之一。通過Scratch，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)編程的同時，創(chuàng)造自己的作品，享受編程的樂趣。

二、在Scratch編程教育中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的內(nèi)涵及重要性

計算思維可以幫助人們解決問題、推理和創(chuàng)造新的知識。在Scratch編程教育中，計算思維可以幫助學(xué)生培養(yǎng)邏輯思維能力、創(chuàng)新能力、解決問題的能力等，對學(xué)生的全面發(fā)展和未來的職業(yè)發(fā)展都具有重要意義［2］。

在Scratch編程教育中，計算思維主要包括以下四個方面：一是抽象化，即將實際問題轉(zhuǎn)換為計算機可以處理的形式，如將一個游戲中的角色、關(guān)卡等轉(zhuǎn)化成代碼中的對象和變量；二是分解與模塊化，即將復(fù)雜的問題分解成多個小問題，然后設(shè)計模塊來解決每個小問題，最終將所有模塊組合起來解決大問題；三是算法設(shè)計，即設(shè)計合理的算法來解決問題，如游戲中的移動、跳躍等操作都需要設(shè)計相應(yīng)的算法；四是邏輯思維，即Scratch編程需要嚴密的邏輯思維，如條件判斷思維、循環(huán)思維等。

計算思維在Scratch編程教育中的重要性主要表現(xiàn)在以下四個方面：一是幫助學(xué)生理解和應(yīng)用抽象概念和思維方式，為他們未來的學(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)；二是幫助學(xué)生理解計算機科學(xué)中的基本原理，促進他們對計算機科學(xué)的深入理解；三是培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和解決問題的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力；四是增強學(xué)生的編程思維和編程技能，為他們未來從事計算機相關(guān)領(lǐng)域的工作打下基礎(chǔ)。

三、在Scratch編程教育中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的實踐策略

（一）強調(diào)問題解決的過程

在Scratch編程教育中，強調(diào)問題解決的過程是非常重要的。這是因為編程本質(zhì)上是一種解決問題的方式，而編程教育并不僅是為了教學(xué)生編寫程序，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

首先，在Scratch編程教育中，教師應(yīng)該注重教學(xué)內(nèi)容的問題導(dǎo)向性。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該針對具體的問題設(shè)計相應(yīng)的課程和項目，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的過程中學(xué)習(xí)編程知識和技能。例如，教師可以設(shè)計一些與現(xiàn)實生活相關(guān)的問題，如引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計一個可以幫助老人記憶日常用品的小程序，或者設(shè)計一個可以自動垃圾分類的游戲。這樣既可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又可以讓學(xué)生在解決問題的過程中逐步提高計算思維能力［3］。

其次，在Scratch編程教育中，教師應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生的分析和設(shè)計能力，引導(dǎo)學(xué)生進行模塊化設(shè)計和算法設(shè)計，幫助他們將復(fù)雜問題分解成多個小問題，并分別設(shè)計相應(yīng)的算法和模塊，最終組合成一個完整的程序。這樣可以讓學(xué)生在解決問題的過程中逐步提高分析和設(shè)計的能力，同時也可以培養(yǎng)他們的系統(tǒng)思維能力和抽象思維能力。

最后，在Scratch編程教育中，教師應(yīng)該注重引導(dǎo)學(xué)生進行測試和調(diào)試。測試和調(diào)試是程序開發(fā)過程中非常重要的環(huán)節(jié)，也是解決問題的關(guān)鍵步驟。教師引導(dǎo)學(xué)生進行程序測試和調(diào)試，可以讓他們逐步理解和掌握程序開發(fā)過程中的問題解決策略，提高他們的計算思維能力。

綜上所述，強調(diào)問題解決的過程是Scratch編程教育中非常重要的實踐策略。教師注重教學(xué)內(nèi)容的問題導(dǎo)向性、培養(yǎng)學(xué)生分析和設(shè)計的能力及引導(dǎo)學(xué)生測試和調(diào)試，可以有效提高學(xué)生的計算思維能力，為他們未來的學(xué)習(xí)和生活打下堅實的基礎(chǔ)。

（二）逐步引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)自主創(chuàng)作

在Scratch編程教育中，學(xué)生的自主創(chuàng)作是非常重要的一環(huán)。學(xué)生可以通過Scratch制作動畫、游戲等內(nèi)容，并分享給其他人。這種自主創(chuàng)作的過程可以激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，提高編程教學(xué)的樂趣和吸引力［4］。在Scratch編程教育中，教師應(yīng)該逐步引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)自主創(chuàng)作，具體包括以下四個方面。

首先，提供合適的項目啟發(fā)。教師可以通過提供合適的項目啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生思考自己的編程項目內(nèi)容，并將其實現(xiàn)。如，教師可以提供一些小游戲的創(chuàng)意，讓學(xué)生自行設(shè)計游戲的規(guī)則、界面、關(guān)卡等。

其次，鼓勵學(xué)生嘗試不同的功能和模塊。Scra-tch提供了豐富的功能和模塊，學(xué)生可以嘗試不同的功能和模塊，發(fā)現(xiàn)其中的奧秘，從而更好地實現(xiàn)自己的創(chuàng)意。教師在鼓勵學(xué)生嘗試不同的功能和模塊時，應(yīng)該給予學(xué)生必要的指導(dǎo)。

再次，引導(dǎo)學(xué)生進行分析和設(shè)計。在實現(xiàn)自主創(chuàng)作的過程中，學(xué)生需要進行分析和設(shè)計，將自己的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為具體的編程方案。教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行分析和設(shè)計，幫助他們將復(fù)雜的問題分解成多個小問題，并逐步實現(xiàn)每一個小問題。

最后，提供必要的技術(shù)支持和反饋。在實現(xiàn)自主創(chuàng)作的過程中，學(xué)生可能會遇到各種技術(shù)難題，因此，教師應(yīng)該提供必要的技術(shù)支持和反饋，幫助學(xué)生克服技術(shù)難題，從而實現(xiàn)自主創(chuàng)作。

（三）設(shè)計有挑戰(zhàn)性的項目實踐

教師設(shè)計有挑戰(zhàn)性的項目實踐是培養(yǎng)學(xué)生計算思維和編程能力的重要策略之一。如果項目具有足夠的挑戰(zhàn)性，就可以激發(fā)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)動力，同時也能夠鍛煉學(xué)生的計算思維和編程能力。教師在設(shè)計項目時，需要考慮以下四個方面。

首先，教師設(shè)計項目的難度。項目的難度應(yīng)該與學(xué)生的水平相匹配，既不能過于簡單，也不能過高。對于初學(xué)的學(xué)生，教師可以設(shè)計一些基礎(chǔ)的項目，如編一個簡單的計算器程序；對于高階的學(xué)生，教師可以設(shè)計更加復(fù)雜的項目，如編一個人工智能游戲或者機器人控制系統(tǒng)。

其次，教師引導(dǎo)學(xué)生思考和分析。在項目實踐的過程中，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生進行思考和分析，幫助他們理解項目的需求和實現(xiàn)的方案。如教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析項目的功能和特點，設(shè)計相應(yīng)的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

再次，教師提供必要的幫助和指導(dǎo)。在項目實踐的過程中，學(xué)生可能會遇到各種問題，此時教師需要及時提供必要的幫助和指導(dǎo)。如教師可以提供一些模板程序和代碼示例，讓學(xué)生參考和借鑒。

最后，教師鼓勵學(xué)生創(chuàng)新和自主探究。在項目實踐的過程中，教師應(yīng)該鼓勵學(xué)生自主探究，讓他們發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和想象力，提出新的項目需求和實現(xiàn)方案。

（四）鼓勵學(xué)生進行合作學(xué)習(xí)

教師鼓勵學(xué)生進行合作學(xué)習(xí)是一種培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的有效途徑。合作學(xué)習(xí)可以促進學(xué)生的相互交流，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。在Scratch編程教育中，教師可以設(shè)計小組編程項目，讓學(xué)生合作完成編程項目。

小組編程項目可以培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作能力、協(xié)作能力和溝通能力。教師在設(shè)計小組編程項目時，可以設(shè)置任務(wù)分工，讓不同的學(xué)生負責不同的任務(wù)，同時教師設(shè)置不同的項目難度級別和主題，以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和興趣。此外，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行代碼審查和反思，幫助他們發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，提高編程質(zhì)量。

以游戲設(shè)計編程項目為例，教師可以設(shè)計一個簡單的跳躍游戲編程項目，讓學(xué)生分工合作，其中一部分學(xué)生負責設(shè)計游戲場景和角色，另一部分學(xué)生負責編寫游戲邏輯和程序代碼。

以仿真系統(tǒng)設(shè)計編程項目為例，教師可以設(shè)計一個簡單的天氣預(yù)報系統(tǒng)編程項目，讓學(xué)生分工合作，其中一部分學(xué)生負責設(shè)計用戶界面和交互，另一部分學(xué)生負責編寫數(shù)據(jù)處理和預(yù)測的算法。

以機器人控制編程項目為例，教師可以設(shè)計一個機器人控制系統(tǒng)編程項目，讓學(xué)生分工合作，其中一部分學(xué)生負責設(shè)計機器人硬件和機械結(jié)構(gòu)，另一部分學(xué)生負責編寫機器人控制程序。

這些小組編程項目都具有一定的難度和挑戰(zhàn)性，能夠提高學(xué)生的計算思維和編程能力。通過合作學(xué)習(xí)，學(xué)生相互協(xié)作，共同解決問題，有效提高了團隊合作和溝通能力。

（五）提供多樣化的編程素材和資源

教師提供Scratch編程教學(xué)視頻，可以幫助學(xué)生更深入地了解Scratch的功能和用法，同時也能夠為學(xué)生提供更直觀的學(xué)習(xí)體驗。視頻可以涵蓋Scratch的基礎(chǔ)知識、高級編程技巧、項目實踐等方面。

教師提供豐富的編程案例，可以幫助學(xué)生了解編程在實際生活中的應(yīng)用，同時也能夠讓學(xué)生更好地理解編程的概念和技術(shù)。編程案例可以涵蓋游戲設(shè)計、動畫制作、模擬系統(tǒng)等方面，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣自主學(xué)習(xí)。

此外，教師還可以鼓勵學(xué)生分享自己的編程作品和經(jīng)驗，讓學(xué)生在共同交流中獲得更多的靈感和創(chuàng)新思路。如教師可以鼓勵學(xué)生參加編程競賽，讓學(xué)生可以與其他Scratch編程愛好者交流和分享經(jīng)驗，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)視野。

結(jié)語

教師在Scratch編程教育中培養(yǎng)學(xué)生計算思維，能夠有效提高學(xué)生的編程能力和解決問題能力，從而為學(xué)生的終身發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。教師應(yīng)該順應(yīng)信息時代發(fā)展的需要，重視編程教育，創(chuàng)新編程教育策略，為國家的信息技術(shù)發(fā)展培養(yǎng)人才。

【參考文獻】

［1］張瑜.培養(yǎng)學(xué)生計算思維：初中學(xué)校開展Scratch編程教學(xué)的實踐與研究［J］.中國信息化，2022（09）：85-90.

［2］萬詩強.計算思維教學(xué)在小學(xué)信息技術(shù)課程中的探索與實踐：以蘇教版小學(xué)五年級信息技術(shù)Scratch課程為例［J］.中國教育信息化，2019（18）：47-49，86.

［3］董欣欣.基于scratch的小學(xué)生計算思維培養(yǎng)的教學(xué)案例研究［J］.中小學(xué)電教，2017（Z2）：121-123.

［4］馮妍.基于計算思維培養(yǎng)的Scratch編程教學(xué)案例研究［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2022（02）：55-57.