讓“計算思維”在Scratch實例教學中落地生根

趙輝

在已出版的Scratch教材《游俠傳》的序言中有一段話：在創作Scratch作品的時候，并不只是要求學生學習如何編寫計算機程序，而是學習如何創造性地思考，如何系統化地推理，而這些都是未來他們獲得成功和人生幸福的核心能力。計算思維是信息技術學科的核心思維，在Scratch實例教學中融入“計算思維”的思想，能有效地訓練學生的創新意識，培養其解決具體問題的能力。計算思維的具體內容包括思維與歸納、程序與算法、抽象與自動化、分解與建模、測試和調試等。根據Scratch課程的目標，筆者篩選出計算思維中的抽象、分解、算法、糾錯和歸納五個核心要素開展教學實踐，并結合Scratch實例教學經驗，總結出Scratch實例編程教學的常規教學流程圖（如圖1）。

Scratch課程的內容不能枯燥地講解算法知識點，教師應該把知識點滲透到各個實例中，由一個個鮮活的實例層層遞進知識點，讓學生通過制作實例來學習編程，體驗一個程序完整的開發過程，知道計算機程序解決問題的方法，從而發展學生的計算思維。所以，教學實例的選擇必須注重從學生的實際生活出發，提煉生活中的問題，貼近學生的認知，對案例的熟悉度和理解程度是對實例抽象和分解的基礎。筆者就以《口算軟件》為例，談談Scratch實例教學中滲透計算思維本質教育的一般操作流程和策略方法。

抽象建模，形成思維

所謂抽象，是指通過忽略可有可無的細節來降低難度。將一個現實問題轉變成為計算機可以處理的問題。抽象是選擇案例后實施編程前的一項重要工作，學會抽象可以更容易找到Scratch編程的切入點，更好地理清程序規則。

1.情境模擬，化抽象為具體

教師根據實例內容與教學目標，有針對性地設計任務情境，并讓學生扮演角色模擬情境過程，在高度仿真的情境中感受程序抽象問題，讓抽象問題具體呈現出來。

首先筆者通過情境模擬二年級學生舉辦一個口算大賽。模擬過程：讓2位學生帶上頭飾，一位扮演二年級的學生，一位是扮演電腦小博士。教師說開始，并請電腦小博士出一道2個數相加和為20以內的加法題，學生回答問題，電腦小博士思考后說：“恭喜！答對了”或“答錯了！加油哦！”（如圖2）。筆者接下來讓學生“玩”程序，把剛才的仿真情境在電腦中重演一遍。隨后筆者提出問題：①程序里有幾個角色？②表演中的“學生”角色在哪里？學生經過初步判斷得出四個角色分別是電腦小博士、加數、被加數、答案，后面是舞臺背景，里面包括“口算大賽”“+”“=”等元素。但這僅僅是理清了一部分角色，其中加數、被加數和答案并非是角色，這為后面埋下伏筆。在教師的引導下，學生觀察和思考后，得出表演中的實際角色“學生”就是軟件的使用者，在程序中可以不用出現。

用模擬情境的方式導入大大增加了學生的學習興趣。讓學生在“玩”中感知程序的操作方法及各對象的關系，從而把抽象的程序變得具體，并可以“觸摸”。

2.思維導圖，從無形到有形

思維導圖能很好理清程序中角色的關系，讓學生一目了然地了解現實生活和計算機世界的聯系，學會把無形的思維過程轉化為直觀有形的導圖。筆者通過情境模擬，并以問答的形式，引導學生思考程序所需要的角色；讓學生仔細觀察舞臺上的加數和被加數，使其發現每次重新出題時，加數和被加數發生變化。像加數和被加數這樣在程序運行過程中沒有固定的值，隨時發生變化的量，稱為變量。從而引出本節課的重點——變量。筆者出示程序的思維導圖（如圖3），并層層提問，引導學生思考問題的關鍵點。以“圖”的方式來整體規劃，將現實生活中的對象與計算機要處理的對象一一對應，化無形為有形。

分解問題，理清思維

計算思維中分解的概念是把一個看起來困難的問題重新闡釋成我們知道怎樣去解決的問題。經過分解后，這些零散的部分才能夠被理解和解決，從而降低大型實例的設計難度。學生通過分解問題，理清每個角色的動作與編程思路，將難點進行分解并一一突破，從而從無序狀態中脫離出來，找到解決問題的關鍵點。

1.簡化自然語言，分解出程序步驟

筆者引導學生通過抓重點詞的方法，去葉存枝，有效地把握程序運行的方向，這樣制作范例時思路會更加清晰。經過抽象建模，筆者要求學生根據思維導圖，對編輯過程進行自然語言描述。簡化學生的自然語言描述，最后圈出重點詞：出題目、詢問、回答、思考、說。經筆者引導后得出：“回答”是程序操作的個人行為。最后分解得出電腦小博士的程序步驟：出題目→詢問→判斷→說。

2.拆分執行效果，細化出腳本模塊

學生操作程序并仔細觀察確定程序的四個主要問題，再在此基礎上細化出所需要的模塊：①加數和被加數的數值范圍如何賦值？②詢問框和答案如何顯示？③正確答案是如何計算出來的？④何時說“對了”或者“錯了”？

其中問題④最復雜，它是電腦小博士的思考過程，也是步驟中的第三步“判斷”。為了幫助學生理清規則，筆者讓他們描述電腦小博士的思考過程，利用語文中“如果……否則……”的關聯詞來造句，從而理解條件判斷語句。

師：這個條件判斷的條件是什么？

生：題目回答正確。

師：怎么樣才算回答正確呢？（這也是比較難以理解的，因為學生難以體會到電腦的思考過程是如何）什么情況下算答對？

生：答案與回答進行比較時。

從而教師引出邏輯運算符腳本模塊：等于號（=）。最后，將其梳理為“當……時，角色會……”的Scratch語言結構，得出使用判斷腳本模塊。當答案和回答相等時，電腦小博士會說“答對了”！否者會說“答錯了”！分析一系列問題后，學生細化腳本模塊。

提煉算法，訓練思維

算法是通過一種清晰定義的步驟來解決問題的方法。之前抽象和分解起到了鏈接自然描述語言和軟件編程語言的作用。在此基礎上，要針對每個小問題，形成解決問題的算法。此時放手讓學生在Scratch中進行程序設計是很困難的，因為分支和循環很難表達清楚，為此筆者借助流程圖突破重難點來提煉算法。

1.流程圖護航，自主“擺弄”

“擺弄”是Scratch編程學習的精髓。由于學生設計經驗不足，所以筆者給出流程圖（如圖4），這樣能更有效、更規范地描述算法，引導學生在Scratch中找到相應的代碼塊。學生已經知道所需的腳本模塊，通過流程圖和所需模塊，嘗試自主搭建，體驗“擺弄”模塊的樂趣。學生通過細化腳本模塊，查看流程圖，思路基本形成，這為自主完成奠定了基礎，為自主學習提供了支點。

2.重難點突破，吃透算法

“口算軟件”的重難點是：搭建條件判斷語句，從而對變量有初步的認識。為了解決“條件如何搭建”的問題，學生展開了激烈的討論，并討論得出了多種算法設計。雖然不同的算法執行的效果會略有差別，但重要的是學生在討論和不斷擺弄的過程中，拓展了思路，發展了計算思維，這才是教師期望達到的目的。案例中要讓程序自動出題，需要利用循環結構，通過比對執行效果，學生會非常容易理解循環算法，并能合理利用。

糾錯調試，鞏固思維

“糾錯”是Scratch教學中另一個重要的環節，貫穿了整個課程的學習過程。從學生設計腳本程序時，糾錯的行為就始終伴隨著，更體現了“擺弄”的重要性。學生在調試作品時，需要像計算機執行程序一樣去思考執行語句，理解執行每一步模塊應該出現的現象，并與實際的執行結果進行比較。當發現效果與預想的有偏離時，就要不斷地糾錯，調整程序，采用不同的算法實現效果，在“構思—編程—測試—調試”的過程中進行糾錯，反復磨練，這樣學生不僅在知識、技能上會有進步，在計算思維上也會有所提升。

1.閱讀腳本，糾錯更自主

閱讀是人類的基本技能之一，但在信息技術教學中常常被忽視，在程序調試時，它是一種行之有效的方法。隨著程序學習的深入，學生發現運行錯誤，想要尋找問題的根源，卻因為程序代碼模塊數量的增加而無法找到出錯代碼。為此，筆者引導學生一邊讀代碼，一邊添加“注釋”，這是一種糾錯思維，也很好地解決了問題腳本定位的問題。例如，邊讀“口算軟件”腳本邊注釋。“點擊綠旗開始，將變量加數和被加數賦值為0到20之間的一個隨機數值”（注釋：出題）；“如果加數+被加數=回答”（注釋：判斷）；“就詢問請回答并等待”（注釋：詢問）；“如果正確‘恭喜，答對了’，否則就說‘答錯了，加油’”（注釋：說）。這是一道題目的出題過程，要讓程序重復出題，則需要再讓這段程序腳本重復執行。學生經過讀一讀和注釋后，再加上教師的引導，就會發現腳本中的錯誤，不斷調整角本。

2.小組協作，調試更有效

教師為學生提供如何調試程序的學習單。對“口算軟件”這個程序先進行調試，觀察并記錄錯誤的現象，找出錯誤語句后，學生相互討論，分析解決這些問題的方法，修改程序，重復調整的環節，直到程序完全正確。

例如，在《口算軟件》教學中，程序出現不能正常出題，或者出題內容不是1到20之間的一個隨機數，學生應該先找到問題語句，并對其進行分析，填寫糾錯學習單（如表1），記錄程序中的錯誤現象和錯誤語句，再考慮“如何修正”；如果不會修正，則可以通過小組協作來解決問題，或者請教師單獨指導調試。學生通過對程序的糾錯調試，不僅鍛煉了自身的計算思維能力，而且對知識進行了鞏固，為拓展埋下了伏筆。

歸納總結，沉淀思維

歸納是去情境化的過程，讓學生剝離實例學習所運用的各種編程技巧和方法，能通過類比的方法，把握共性問題，將一個問題的解決方法遷移到另一個問題中，形成一種內在的思維能力。經過前面四步，學生已經初步形成了計算思維能力，但這種思維能力并不成熟和穩定，需要在教師的引導和任務支配下才能完成，因此，學生需要借助歸納、實踐來強化和鞏固學習結果。

1.分析方案，再用變量歸納總結

經過這種去情境化的過程后，學生就可以接受更多的挑戰性任務，進行創意計算作品的自由創作。本節課主要的學習內容是“變量”應用，變量強大的功能為學生提供了挑戰性的任務，讓學生的創新力超前發展，使其在實現想法過程中獲得成功的喜悅。教師再增加拓展環節：我們為“口算軟件”添點功能吧，為腳本添加一個“評分方案”。學生思考變量的起始分值和分值變化，并填寫完成表2。再創作為程序的升級環節，筆者通過一系列的問題和表格來引導學生運用變量控件解決問題。在創作的過程中，學生不僅要對變量進行識記和理解，更需要對變量進行深入的分析和靈活的運用，這對學生的計算思維提出了更高的要求。

2.作品展示，分享、交流、沉淀思維

作品展示是對學生的肯定，也是學生再學習的一種方式。學生介紹作品，不僅是展示自己的機會，也是對知識進行歸納總結。經過思考和學習后，學生的作品比原來更有想法、更豐滿了（如圖5）。學生在分享和交流中，不僅鍛煉了語言表達能力，理清了思路，也獲得了快樂，沉淀了思維。

教無定法，教師只有在教學設計時融入計算思維，不斷地改善自己的程序設計教學策略，提高學生學習編程的熱情和積極性，才能讓學生在自主、協作、交流、分享的過程中，促進思維的發展，才能讓“計算思維”在編程實例教學中落地生根，讓每一位學生學會創造性地思考。