Scratch項(xiàng)目設(shè)計(jì)中滲透計(jì)算思維

任愛(ài)民

［摘要］ 小學(xué)生在計(jì)算思維培養(yǎng)方面有很多的途徑，編程學(xué)習(xí)就是眾多途徑中一個(gè)好的依托和抓手。在小學(xué)信息科技的Scratch編程教學(xué)中，通過(guò)系列教學(xué)實(shí)踐，運(yùn)用項(xiàng)目化設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維。本文從項(xiàng)目游戲化設(shè)計(jì)、項(xiàng)目生活化設(shè)計(jì)、項(xiàng)目開(kāi)放化設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)研究，使學(xué)生在探索、嘗試、練習(xí)中有效鍛煉、提升自身的計(jì)算思維能力，從而解決實(shí)際問(wèn)題。

［關(guān)鍵詞］ 計(jì)算思維；項(xiàng)目化設(shè)計(jì)；Scratch教學(xué)；信息科技

信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)中的計(jì)算思維是信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)的本質(zhì)反映，計(jì)算思維將信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任牢牢地關(guān)聯(lián)在一起，形成相互影響、相互作用的統(tǒng)一整合體。

一、緣起：當(dāng)下教學(xué)中存在的淺表學(xué)習(xí)

信息科技學(xué)科中的計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的思想方法，在問(wèn)題解決過(guò)程中用到的抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)等思維活動(dòng)。從抽象的算法思維角度來(lái)說(shuō)，它合理抽象，算法高效；從理科的工程思維角度來(lái)說(shuō)，它合理建構(gòu)，實(shí)施高效。計(jì)算思維作為信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)，是學(xué)生都應(yīng)該具備的基本技能，而且計(jì)算思維也融于其他學(xué)科的學(xué)習(xí)中，對(duì)其他學(xué)科的學(xué)習(xí)起著促進(jìn)作用，能夠讓學(xué)生終身受益。

受眾多因素影響，傳統(tǒng)的小學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)僅僅停留在表面，教與學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)嚴(yán)重缺失，主要表現(xiàn)在以下方面：（1）以“應(yīng)用”做幌子，強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育應(yīng)該強(qiáng)化應(yīng)用能力培養(yǎng)，一旦落到實(shí)處，仍偏向技能培訓(xùn)；（2）以“濃縮+拼盤”的方式，簡(jiǎn)單講解計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)基礎(chǔ)的各種內(nèi)容；（3）以計(jì)算學(xué)科教育研究的高度，討論計(jì)算學(xué)科的形態(tài)，計(jì)算學(xué)科的知識(shí)矩陣、方法論等，專業(yè)性過(guò)強(qiáng)；（4）在狹義的計(jì)算思維上挖掘和整理，雖然給人以新穎的感覺(jué)，但是深度不足。

二、聚焦：Scratch項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的深度學(xué)習(xí)

數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，要求個(gè)體通過(guò)運(yùn)用常見(jiàn)的數(shù)字化資源與工具，有效管理學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)資源，創(chuàng)造性解決問(wèn)題，完成學(xué)習(xí)，形成新的思維品質(zhì)。Scratch項(xiàng)目設(shè)計(jì)旨在讓學(xué)生運(yùn)用多樣化、系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)策略，把接收到的信息科技知識(shí)與技能深度加工，在過(guò)程中不斷質(zhì)疑，從多個(gè)不同的角度進(jìn)行思考，以此滲透計(jì)算思維。對(duì)此，本文以教學(xué)“賽車游戲”為例開(kāi)展探索。

1.在學(xué)習(xí)方式上強(qiáng)調(diào)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手

Scratch面向小學(xué)生，操作頁(yè)面簡(jiǎn)單有趣，構(gòu)成程序的命令和參數(shù)通過(guò)積木形狀的模塊實(shí)現(xiàn)，無(wú)須敲擊代碼，也無(wú)需使用鍵盤，只要鼠標(biāo)拖動(dòng)相應(yīng)的模塊到Scratch的腳本中即可。深度學(xué)習(xí)指向思維的多層次、多感官和多維度，是一種系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)。Scratch通過(guò)對(duì)多種知識(shí)信息加以聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)程序教學(xué)與深度學(xué)習(xí)的有力結(jié)合，以將Scratch的教學(xué)實(shí)施得更深入、更全面、更系統(tǒng)、更豐富。

在教學(xué)時(shí)，我們不僅要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)虛擬的賽車游戲，嘗試設(shè)計(jì)其中的一部分程序，還可以從高精尖的自動(dòng)駕駛技術(shù)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生了解實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛必須要獲取的信息、傳感器的作用與安裝位置等多方面的知識(shí)，讓學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦，培養(yǎng)利用信息科技解決問(wèn)題的意識(shí)，并從中訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算思維。

2.在認(rèn)知角度上強(qiáng)調(diào)循序漸進(jìn)

運(yùn)用思維導(dǎo)圖能夠讓程序教學(xué)實(shí)現(xiàn)從具象到抽象的轉(zhuǎn)變。面對(duì)更加復(fù)雜的問(wèn)題情境，Scratch思維方式認(rèn)知下的深度學(xué)習(xí)在認(rèn)知角度上對(duì)于計(jì)算思維的需要更加迫切，因此需要運(yùn)用Scratch的思維對(duì)問(wèn)題進(jìn)行必要的歸納和類比，進(jìn)一步增加認(rèn)知上的全面性和方法上的趣味性。基于上述特征，需要教師從各個(gè)角度出發(fā)，尋找新思路，解決新問(wèn)題。

學(xué)生通過(guò)課本預(yù)設(shè)的場(chǎng)地，學(xué)會(huì)利用獲取的信息及分支結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在必要的地點(diǎn)轉(zhuǎn)向或是直行。初步完成學(xué)習(xí)任務(wù)后，我們可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析，設(shè)計(jì)好賽車游戲調(diào)整速度與調(diào)整偏轉(zhuǎn)角度是游戲成功運(yùn)行的關(guān)鍵。這樣，就能讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的背景下優(yōu)化策略，循序漸進(jìn)地深入問(wèn)題的本質(zhì)與內(nèi)核，并從中提升思維水平。

3.在學(xué)習(xí)過(guò)程上強(qiáng)調(diào)多元合作

Scratch教學(xué)的目標(biāo)是讓學(xué)生掌握一定的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)能力，同時(shí)調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)作激情，培養(yǎng)計(jì)算思維。項(xiàng)目式教學(xué)法可以將多元化的學(xué)習(xí)要素有機(jī)融合，讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，以獨(dú)立或者合作的形式完成完整的項(xiàng)目活動(dòng)，經(jīng)歷從分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)程序到解決問(wèn)題的過(guò)程，最后適當(dāng)進(jìn)行拓展延伸。

比如，教師可以深入設(shè)計(jì)，變課程為基礎(chǔ)場(chǎng)地賽、競(jìng)速賽、挑戰(zhàn)賽。具體而言，通過(guò)基礎(chǔ)場(chǎng)地賽學(xué)生了解傳感器的作用并利用分支結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行、糾偏；通過(guò)競(jìng)速賽學(xué)生能夠深入理解所學(xué)到的解決問(wèn)題方法的本質(zhì)，深化對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)；通過(guò)挑戰(zhàn)賽學(xué)生能學(xué)到如何利用單個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)賽車、如何通過(guò)更復(fù)雜的場(chǎng)地等問(wèn)題，在更加現(xiàn)實(shí)的情境中全方位解決問(wèn)題。

三、求索：Scratch項(xiàng)目設(shè)計(jì)中滲透計(jì)算思維

1.項(xiàng)目游戲化設(shè)計(jì)滲透計(jì)算思維

幾乎所有孩子都喜歡游戲。當(dāng)學(xué)習(xí)中有游戲主題出現(xiàn)時(shí)，學(xué)生大多會(huì)格外興奮。我們?cè)趯W(xué)習(xí)Scratch編程的時(shí)候，游戲也是最受歡迎、內(nèi)容最多的主題之一。這是因?yàn)镾cratch面向圖形角色編程的特性，省去了專業(yè)編程過(guò)程中繪圖、圖層疊加處理等復(fù)雜的工作，讓我們能夠很容易地在舞臺(tái)上放置角色、添加邏輯，快速實(shí)現(xiàn)創(chuàng)作并運(yùn)行一個(gè)游戲。創(chuàng)作一個(gè)Scratch項(xiàng)目，需要用到各方面的知識(shí)，學(xué)生需要理解順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、會(huì)用表達(dá)式和變量等，這些都能培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。在具體教學(xué)實(shí)施中，并不需要完全遵循固有的教學(xué)方法，即從先理解變量、表達(dá)式，再到學(xué)習(xí)三種程序結(jié)構(gòu)這樣的方法，而是可以讓學(xué)生直接編寫游戲，在編寫過(guò)程中根據(jù)游戲的需求，讓學(xué)生通過(guò)直觀的圖例理解選擇語(yǔ)句、循環(huán)語(yǔ)句和變量等知識(shí)點(diǎn)。

我們還可以通過(guò)項(xiàng)目游戲化設(shè)計(jì)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)益智小游戲，將計(jì)算思維的訓(xùn)練融入游戲設(shè)計(jì)主題課程之中，讓學(xué)生在游戲設(shè)計(jì)的過(guò)程中培養(yǎng)計(jì)算思維。以設(shè)計(jì)“克隆飛機(jī)大戰(zhàn)”小游戲?yàn)槔?，學(xué)生利用循環(huán)、選擇、表達(dá)式和隨機(jī)數(shù)實(shí)現(xiàn)敵機(jī)隨機(jī)出現(xiàn)并降落等。Scratch的學(xué)習(xí)與表達(dá)，更接近于學(xué)生日常的自然語(yǔ)言，有利于學(xué)生將自己的想法用圖形化的方式表達(dá)出來(lái)，他們自然愿意學(xué)，而且學(xué)習(xí)效果較好。

2.項(xiàng)目生活化設(shè)計(jì)滲透計(jì)算思維

杜威認(rèn)為，最好的教育就是從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)、從生活中學(xué)習(xí)。Scratch教學(xué)也可以踐行生活化設(shè)計(jì)這一教學(xué)原則。比如，在設(shè)計(jì)項(xiàng)目“小蜜蜂采蜜”時(shí)，首先讓學(xué)生思考生活中一只蜜蜂是如何采蜜的，學(xué)生會(huì)說(shuō)小蜜蜂要先尋找花朵，然后飛向花朵，停留在花朵上，最后再飛回蜂巢。教師就可以通過(guò)學(xué)生的語(yǔ)言描述，引導(dǎo)學(xué)生找到編寫程序的對(duì)應(yīng)指令，再深入探究該如何實(shí)現(xiàn)循環(huán)采蜜的高階效果。學(xué)生在搭建程序的每一步操作中，都滲透著計(jì)算思維。

類似的設(shè)計(jì)還有很多，如“八禮四儀”“社會(huì)主義核心價(jià)值觀”等德育主題其實(shí)也可以貫穿Scratch項(xiàng)目學(xué)習(xí)模塊，將中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化用現(xiàn)代信息科技呈現(xiàn)出來(lái)，具有一定研究意義和價(jià)值，符合立德樹(shù)人的教育理念。同時(shí)，在完成項(xiàng)目的過(guò)程中，學(xué)生的計(jì)算思維也得到了培養(yǎng)。

3.項(xiàng)目開(kāi)放化設(shè)計(jì)滲透計(jì)算思維

一個(gè)好的Scratch項(xiàng)目，一定要具備拓展性與遷移性，即開(kāi)放化的設(shè)計(jì)。要讓學(xué)生能夠做到舉一反三，能夠關(guān)注類似問(wèn)題并有效解決。在教學(xué)“大魚吃小魚”時(shí)，教師可跳出傳統(tǒng)的順序選擇等語(yǔ)言教學(xué)，采用提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的方式來(lái)綜合培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。隨后的拓展和延伸環(huán)節(jié)，可以詢問(wèn)學(xué)生，當(dāng)大魚吃到小魚時(shí)，大魚有什么變化？大魚在追擊小魚時(shí)，小魚有什么變化？你覺(jué)得這個(gè)游戲還能改進(jìn)嗎？學(xué)習(xí)的目的從來(lái)就不僅僅是完成某一個(gè)問(wèn)題，學(xué)生要學(xué)會(huì)利用知識(shí)的遷移去解決類似的問(wèn)題，不斷通過(guò)實(shí)踐來(lái)開(kāi)拓創(chuàng)新，拓展學(xué)習(xí)的深度與廣度。創(chuàng)新意識(shí)不會(huì)憑空產(chǎn)生，首先它需要有一個(gè)依托，作為起點(diǎn)進(jìn)行發(fā)散，其次它需要長(zhǎng)期的培養(yǎng)，當(dāng)Scratch體現(xiàn)出這一方面優(yōu)勢(shì)時(shí)，教師需要做的就是搭建平臺(tái)，使創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)過(guò)程更合理，更有連續(xù)性，層層遞進(jìn)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

教育的目的不是單純地學(xué)會(huì)知識(shí)，而是學(xué)會(huì)一種思維方式。學(xué)會(huì)計(jì)算思維，拉近編程與生活，讓學(xué)生感受到其中的智慧，享受到其中的愉悅，在不知不覺(jué)中打破空間的藩籬，噴涌出智慧的火光，最終運(yùn)用計(jì)算思維能力去解決一個(gè)又一個(gè)的實(shí)際問(wèn)題。

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