基于計算思維能力培養(yǎng)的Scratch教學模式初探

張加莎

[摘 要]計算思維是每個人都應該掌握的基本技能之一。Scratch軟件已經(jīng)成為培養(yǎng)中小學生計算思維的熱門工具，也是創(chuàng)客教育課程中重要的編程工具，而Scratch教學本身“創(chuàng)造加分享”的方式也充分體現(xiàn)著“創(chuàng)客”精神。基于計算思維三維框架理論提出的Scratch教學模式，有利于培養(yǎng)學生的計算思維能力。

[關鍵詞]創(chuàng)客教育；計算思維；Scratch教學模式

一、引言

目前，我國各中小學正在如火如荼地開展創(chuàng)客教育。創(chuàng)客教育是一種融合信息技術，秉承“開放創(chuàng)新、探究體驗”教育理念，以“創(chuàng)造中學”為主要學習方式和以培養(yǎng)各類創(chuàng)新型人才為目的的新型教育模式[1]。互動媒體技術是創(chuàng)客教育主要依托的技術之一，其中Scratch作為面向兒童青少年的圖形化編程軟件，可有效培養(yǎng)兒童青少年的創(chuàng)造能力、創(chuàng)新思維和計算思維能力。中小學生可以通過Scratch創(chuàng)造自己的交互故事、游戲和仿真作品，并通過在線環(huán)境與全世界的編程者分享這些創(chuàng)作。Scratch教學本身也采用了“創(chuàng)造加分享”的方式，充分體現(xiàn)著“創(chuàng)客”精神，是創(chuàng)客教育課程中必不可少的重要內容。

2006年，周以真教授重新提出并定義了計算思維，指出計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維，是每個人都應該掌握的基本技能，而不僅僅限于計算機科學家[2]。目前，計算思維已成為信息技術學科的核心素養(yǎng)之一[3]，國內各中小學已普遍開展了編程教學，Scratch成為了培養(yǎng)中小學生計算思維的熱門工具。以下將基于計算思維三維框架理論，探究在Scratch課程中培養(yǎng)計算思維的教學模式。

二、計算思維三維框架理論

2012 年，美國麻省理工學院媒體實驗室（MIT）終身幼兒園研究小組（Lifelong Kindergarten Group）在多年研究 Scratch 在線社區(qū)、Scratch 教師工作坊以及互動媒體設計者的編程活動基礎上，提出了計算思維三維框架理論，它包括計算概念、計算實踐、計算觀念三個維度[4]（見表1）。

上海師范大學教授王旭卿指出：我們可以將計算思維三維框架應用于面向計算思維培養(yǎng)的教學設計，從而使計算思維培養(yǎng)真正融入課堂教學實踐過程中[5]。計算思維三維框架理論與我國的三維課程目標可以近似呼應，即計算概念、計算實踐、計算觀念分別對應于知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀。

三、Scratch課程中的計算思維

在Scratch課程中，學生在編程、問題求解過程中體現(xiàn)其計算思維能力。根據(jù)計算思維三維框架理論，表1中提到的七個計算概念包含于Scratch的動作、外觀、聲音、畫筆、控制、偵測、數(shù)字和邏輯運算、變量八大指令中。這些對應的是知識與技能。

在Scratch課程中，不僅要關注遞增和重復、 測試和調試、 再利用和再創(chuàng)作以及抽象和模塊化四組策略，還要關注學生在學習過程中的表現(xiàn)。計算實踐對應過程與方法，教師需要充分利用有限的課堂時間，幫助和引導學生在設計作品和完成作品這個過程中獲得計算實踐能力（體現(xiàn)為Scratch編程能力）。

計算觀念是學生使用Scratch創(chuàng)建互動媒體的過程中形成的對自己與他人關系及周圍世界的理解，對應情感態(tài)度與價值觀，這是一種有關人格塑造、思維習慣養(yǎng)成的學習結果。教師要引導學生形成良好的計算觀念。

四、基于計算思維培養(yǎng)的Scratch教學模式

Scratch這一編程工具需要通過“在設計中學習”的方式來掌握。教師要結合學生的具體情況，綜合使用案例教學法、常規(guī)講解法、任務驅動法等方法進行教學。

首先，要為學生創(chuàng)設恰當?shù)那榫常鲋黝}，讓學生明確學習目標或任務；其次，要根據(jù)教學目標，通過分析案例，讓學生理解并掌握案例中的算法。這是有關計算概念的兩個關鍵步驟。當學生明白算法之后，教師提出與案例相似的任務，也可以就案例讓學生進行流程圖設計，使學生能夠把作品的功能、指令、情景等梳理通順。接下來就可以進行作品功能的詳細設計，包括情景設計、舞臺設計、角色設計和指令設計，這些步驟使搭建腳本變得更容易。完成作品后的展示過程，使學生可以鍛煉表達、交流的能力，回顧自己作品的制作過程并對他人作品進行評價。在整個過程中，教師要注重學生計算概念的掌握、計算實踐的錘煉和計算觀念的養(yǎng)成。

五、基于計算思維培養(yǎng)的Scratch教學案例

下面以“分支（判斷）結構if else”一課為例說明Scratch教學模式，具體環(huán)節(jié)如下。

1.創(chuàng)設情境，明了主題。創(chuàng)設情境的目的是讓學生知道本節(jié)課的主題，激發(fā)學生的學習興趣。對于“分支（判斷）結構if else”，教師可以從有關“判斷”的生活常識入手，讓學生知道“if else”的含義，如：如果走迷宮的時候沒有出路，那么同學們會掉頭走其他的路，否則就繼續(xù)走；如果吃的食物壞了，那么我們會扔掉，否則就留著……創(chuàng)設情境時要充分考慮學生的年齡及理解能力，要與學生的真實生活密切相關，使他們明了主題。

2.案例分析，明白算法。案例分析的目的是讓學生在明了主題后能夠知道用什么樣的思路和算法完成作品，幫助學生掌握計算概念，即Scratch中的編程指令。教師要根據(jù)學生的理解能力，以恰當?shù)姆绞綆ьI學生分析案例。以“小貓與運動員賽跑”的動畫設計為例。教師向學生解釋任務（可配合演示已完成的動畫）：小貓和運動員賽跑，運動員領先，當小貓追上運動員時，運動員說“你追上我啦！”，然后立即加速，再次與小貓拉開距離。教師需要引導學生明白如下思路和算法：小貓跑步，可通過原地重復執(zhí)行變換造型的指令實現(xiàn)；按下空格鍵，使運動員移動，領先小貓一段距離（如100步）；點擊綠旗后，程序開始執(zhí)行，運動員通過變換造型并移動，呈現(xiàn)出跑步的狀態(tài)；由于小貓是原地“跑步”，所以“運動員被追上”的效果可以由“運動員向后移動”來實現(xiàn)；當運動員退到小貓的位置（畫面效果是小貓追上了運動員），運動員說“你追上我啦！”，然后停止后退，執(zhí)行向前移動100步的指令，與小貓重新拉開距離（畫面效果是運動員加速再次領先小貓），如此循環(huán)往復，表現(xiàn)出小貓與運動員你追我趕賽跑的情景。兩個角色的程序指令如圖1和圖2所示。其中重復執(zhí)行“下一個造型”，是為了使角色“跑”起來。

3.作品流程圖設計。案例分析后，學生對“if else”有了一定的理解。教師采用任務驅動法，引導學生通過換角色并增加角色、換對話內容、換舞臺等，模仿或創(chuàng)造出應用“if else”的作品。在學生設計和搭建腳本之前，要先在紙上畫出作品的流程圖。基礎較好或理解得更好的學生，能很快掌握流程圖，而對于基礎較差的學生，教師需要耐心講解，并給他們更多的時間在操作中體會。流程圖的掌握，使學生的計算實踐能力得到提高，邏輯思維能力得到增強。

4.作品功能設計和搭建腳本。作品功能設計包括角色設計、情境設計、舞臺設計和指令設計，需要學生發(fā)揮想象力，根據(jù)自己的想法設計作品功能。在作品流程圖和功能確定之后，搭建腳本階段才會順利，這也是學生計算實踐能力得以提升的階段。如一名學生設計了一個小貓和蝙蝠的動畫：蝙蝠飛行時撞到了小貓，趕快飛走了，而小貓卻嚇得邊跑邊喊“救命”（程序指令見圖3、圖4）。從中可見，學生已經(jīng)理解并掌握了“if else”指令的用法，且不乏有趣的想象和創(chuàng)新之處。

5.修改交流及分享。在完成作品之后，可采用小組內討論的方式，針對過程中的問題進行交流，反復修改作品，展示自己小組的作品，或上傳到Scratch官網(wǎng)，這個過程有助于學生綜合能力的提高和計算觀念的養(yǎng)成。

在上例中，學生來自四五年級，此前從未接觸過有關程序設計的課程，有的學生并非從一開始就有足夠的興趣或積極性，需要教師將教學與學生生活或感興趣的事物相結合，考慮學生的認知水平和個體差異，因人而異地提供指導。教師要給學生充分的體驗與練習的時間以及試錯的機會，要意識到完成任務不是最重要的，完成任務的過程更重要。

參考文獻

[1]楊現(xiàn)民，李冀紅.創(chuàng)客教育的價值潛能及其爭議[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2015（2）：23-34.

[2]牟琴，譚良.計算思維的研究及其進展[J].計算機科學，2011（3）：10-15.

[3]任友群，黃榮懷.高中信息技術課程標準修訂說明[J].中國電化教育，2016（3）：1-3.

[4]Brennan K，Resnick M. New Frameworks for Studying and Assessing the Development of Computational Thinking[EB/OL]. [2013-10-05]http： web. media. mit. edu/～ kbrennan/ files/ Brennan_Resnick_ AERA2012_CT. pdf.

[5]王旭卿.面向三維目標的國外中小學計算思維培養(yǎng)與評價研究[J].電化教育研究，2014（7）：48-51.

（責任編輯 郭向和）