運用Scratch培養中學生計算思維策略研究

劉軍 張繼蓉 王毅 朱毅 易穎穎

摘 ?要 結合某中學七年級信息技術課程算法與程序設計教學現狀，設計一份運用Scratch培養中學生計算思維的教學方案，通過教學實施、教學評價，得到運用Scratch培養中學生計算思維的策略。

關鍵詞 Scratch;中學生;信息技術課程;核心素養;計算思維

中圖分類號：G633.67 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）17-0033-04

1 引言

計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動[1]。作為信息技術新課程標準提出的學科核心素養的核心要素之一，計算思維的培養在中小學信息技術教學中具有極其重要的地位和作用，也是國內外基礎教育和信息技術教育領域關注的重點。

培養中學生計算思維的重要途徑是開展程序設計語言教學[2]。傳統的中學信息技術課程，程序設計語言主要是 VB、C語言等，教學內容以講解語法和程序設計方法為主，存在教學枯燥乏味、脫離實際，代碼編寫晦澀難懂、學習困難，難以開發有趣、有用的軟件等問題。Scratch是一款易學易用、面向青少年的編程語言，其可視化、積木式的程序設計開發方式將學生從算法和語法的困境中拯救出來，讓其專注于創新與設計，使學生學習編程變得更加簡單、更有樂趣、更有信心，為學生編程和計算思維的發展提供一種新穎的解決方案。

本文以貴州省印江思源實驗學校七（3）班信息技術課程教學為例，在對算法和程序設計部分的教學現狀進行調查分析的基礎上，結合Scratch的具體特點和信息技術課程標準，對如何運用Scratch培養中學生的計算思維進行探討。

2 用Scratch培養中學生計算思維教學分析

前期分析階段 ?研究對象是七（3）班全體學生，共50人。學生沒有學過Scratch軟件及相關知識，也沒有算法和編程方面的經驗。從年齡特點分析，七年級學生正處于思維發展的形式運算階段，已經具備假設—演繹思維、抽象思維和系統思維。學生對信息技術課有強烈的好奇心、濃厚的學習興趣和較為積極的學習態度。

根據研究主題“運用Scratch培養中學生計算思維”，結合計算思維的三大維度與中小學信息技術課程三維目標的對應關系，確定教學目標如圖1所示。

對圖1中的計算思維進行如下分析。

1）計算概念（代碼塊）。在Scratch編程中有七個最常用的計算概念，分別是順序、循環、并行、事件、條件、運算符和數據[3]。這七個計算概念具體表現如表1所示。

2）計算實踐（操作塊），側重于學生使用Scratch編程工具構建交互式媒體的學習過程和解決問題的策略。在教學過程中，教師將重點關注學生的學習方式，不再特別關注學生的學習內容。Scratch中四種計算實踐具體表述如表2所示。

3）計算觀念（結果塊），詳細的表述如表3所示。

教學策略制定 ?教師應該以培養計算思維為中心確定教學策略[4]。為此，本研究運用任務驅動、探究式和自主合作三種教學策略開展教學實踐。

教學評價設計 ?本研究主要以計算思維三個維度為核心，開展對學生的計算思維效果評價。為此，運用形成性練習法、課堂觀察法、問卷調查法以及訪談法等多元化評價方式，確保教學評價更加全面、客觀、有效。

3 運用Scratch培養中學生計算思維的教學實踐過程

教學實踐前期準備

1）學情分析。通過之前多次Scratch軟件授課，學生已經初步掌握Scratch編程操作;對于處于愛玩時期的學生來說，游戲一直是他們喜歡的活動;通過上半學期學習，學生已經熟悉軟件的語言設計和操作過程，并可以使用該軟件制作簡單的小動畫，為本次《大魚吃小魚》的分析以及自由創作游戲打下一定的基礎。

2）教學內容。授課內容為《大魚吃小魚》游戲制作。本團隊為學生準備了自制的電子輔助教材和課件用于Scratch編程知識的學習。

3）教學目標。

①知識與技能目標（計算概念）：理解計算思維的概念，掌握計算思維中邏輯設計和組件設計的一般方法，能夠運用Scratch設計益智小游戲。

②過程與方法目標（計算實踐）：能夠用顯示和隱藏、循環控制、碰撞偵測和變量計數知識來對游戲進行設計;通過感受Scratch游戲創作的過程，讓學生逐漸熟悉計算思維中的模塊、抽象和變量，能夠調試修改和完善作品;通過抽象問題把現實生活問題轉換為運用Scratch軟件實現的編程類問題，提高學生的抽象、比較、分析、歸納能力和計算思維能力。

③情感態度與價值觀目標（計算觀念）：讓學生通過《大魚吃小魚》案例學習，在創作作品的過程中能夠提高表達能力和協作學習能力;讓學生養成在游戲過程中互相幫助的良好習慣;熟悉Scratch編程的流程與步驟，能獨立創作出創意作品。

4）教學重難點。

①教學重點：循環控制、碰撞偵測以及變量計數的應

用;復雜腳本的編寫與程序的調試;體現出作品的創新性和個性化。

②教學難點：變量計數與循環控制的應用;復雜腳本的編寫與程序的調試。

5）教學方法，包括講授法、任務驅動法、問題引導法、自主探究法、合作交流法等。

教學實踐活動過程 ?教學實踐活動過程分為六步，具體內容如下所示。

第一步：情境導入，激發興趣（3 min）

1）師生活動。

師：你們平時一進機房就開始玩游戲，今天老師就帶著大家玩一個小游戲，看看誰在規定時間內吃到的魚多。

教師將課前制作好的《大魚吃小魚》游戲發送到學生機上，讓學生以小組形式進行比賽（限時1 min）。學生被游戲吸引，喚起興趣，開始玩游戲。

師：同學們，通過玩這個游戲，想一想前幾次課學習的內容與這個小游戲在知識點上有哪些聯系？

學生回憶知識點：顯示與隱藏、碰撞偵測、變量計數、循環控制、角色，腳本的復制。讓學生回憶，有助于本節課游戲編程的學習。

2）設計意圖（計算思維能力培養）：通過小組比賽和最佳吃魚者的評選，激發學生的求勝欲，使學生很快融入課堂;同時激發學生學習Scratch編程的興趣，讓學生掌握變量、順序、循環等計算概念。

第二步：新課講授（探究新知，腳本分析）（12 min）

整個游戲的展現是與角色的腳本相關聯的，通過問題引導學生探究分析游戲腳本，深入學習游戲制作過程。

1）師生活動。

師：同學們打開游戲，分析腳本代碼并回答以下問題：

①在大魚吃小魚之前，大魚和小魚分別如何移動？

②大魚吃到小魚后，大魚和小魚分別如何移動？造型有何變化？

③計數器是怎樣計出吃到魚的條數的？

④怎么偵測大魚吃小魚？

要求各小組根據腳本分析，展開交流與討論。學生理解、分析腳本，小組交流和討論（探討并舉手回答問題）。

2）設計意圖（計算思維能力培養）：視覺學習和概念的結合有助于學生理解理論知識，通過學習再加上對腳本分析和組員間的交流，構建代碼之間的聯系，提高學生計算思維的抽象能力。

第三步：寫出游戲設計思路與方案（7 min）

1）師生活動。教師引導學生寫出游戲設計思路，游戲設計重點考慮游戲角色的移動方式、計數器設置、游戲規則。學生小組討論，根據想法寫出游戲設計思路與方案，每個小組隨機報告該組的設計思路（每個小組自由舉手報告）。

2）設計意圖（計算思維能力培養）：培養學生計算實踐能力（測試、調試、抽象和模塊化）。

第四步：小組協作，制作游戲（8 min）

1）師生活動。教師要求各小組根據自己的游戲設計思路完成游戲的編程創作，發揮想象進行創意設計。學生可參考已有的程序腳本，其中大魚腳本如圖2所示，小魚腳本如圖3所示。學生在制作游戲的過程中會遇到不懂、不會的問題，可向小組中的小老師請教，或者詢問教師以解決疑難。教師巡視指導，為學生解決疑難點。

2）設計意圖（計算思維能力培養）：培養學生在問題分析、溝通和協作方面的計算思維能力。

第五步：作品展示與交流（6 min）

1）師生活動。教師提出，已經完成的學生可以組內相互玩各自的游戲并提出建議，選出小組中最優秀的作品參加全班的作品匯報、演示講解。（匯報要求：制作的是什么游戲？游戲亮點在哪？腳本如何實現？功能如何？）作品完成后進行提交（要求：組別+學號+姓名）。學生完成游戲制作，小組成員互玩游戲，推薦優秀作品。

教師以小組形式報告代表作品，其他小組評估報告的作品，建議（但不限于）評估點：知識點的運用，如顯示和隱藏、碰撞偵測、變量計時和循環控制的應用;作品的創新創意度;美觀情況。學生展示作品，各小組共同成長、進步。

2）設計意圖（計算思維能力培養）：小組成員共同學習，同伴之間互相指出優點與不足，使學生在找錯、排錯中提升程序測試與調試能力，培養學生溝通與協作、創意與表達、再利用和二次創作的能力。

第六步：課堂總結（5 min）

1）師生活動。

師：在設計創作游戲過程中，你認為最有趣的是什么？最讓你印象深刻的是什么？有誰愿意與同學們分享一下自己的感受？

部分學生舉手回答，分析他在制作游戲過程中遇到的困難和解決辦法，以及本次課的收獲。

2）設計意圖（計算思維能力培養）：提高學生分析問題、解決問題和抽象的能力，培養學生計算思維能力。

教學實踐效果分析

1）問卷調查。分發到七（3）班的50份問卷全部得到有效回收。前期初步調查和后期調查的統計結果如圖4所示。

從圖4可以清楚看出，Scratch的學習對提升中學生的計算思維有顯著影響。

①在計算概念方面，學生掌握了Scratch編程軟件的界面、功能和基本開發方法，能夠根據應用需要選擇、組合相應的指令塊，實現所需功能。

②在計算實踐方面，可以根據任務的要求將其分解為幾個模塊，并通過不斷設計，逐步完成自己作品的制作;能夠在別人作品的基礎上加以修改、補充，進行再次創作，制作出自己的創意作品。

③在計算觀念方面，學生能夠通過Scratch編程表達和實現自己的思維和想法;當遇到問題時，學生可以及時向同學尋求幫助，從而及時解決問題、完成作品;全班學生均按時完成并提交Scratch編程作品。

2）訪談。雖然對于計算思維發展的評價沒有固定的標準，但可以通過學生解決問題的過程，間接地評價學生計算思維的發展情況。為此，在Scratch可視化編程教學實踐后，訪談了隨機抽取的15位學生。訪談結果和課堂觀察表明，學生對Scratch教學很感興趣，表示收獲很大;本次教學實踐所使用的教學方式和課堂交流方式很受學生的喜愛，特別是在遇到困難時，他們會互相幫助和分享交流;在運用Scratch創作作品的過程中，學生較好地表現出自己的思考和創意;全部學生按時完成任務，創作出自己的作品，自信心、成就感和編程興趣普遍得到提升。

4 通過Scratch教學培養中學生計算思維的策略和方法

結合上述教學案例，對Scratch教學培養中學生計算思維的策略與方法總結如下。

1）創設角色扮演情境，讓學生感受動作指令的不同。在Scratch教學中讓學生扮演游戲角色，感受每一個動作指令的功能，通過扮演不同的角色體驗Scratch編程軟件指令塊的強大功能。在這個過程中，學生的計算思維得到有效培養。

2）抓住關鍵點問題，分析游戲主題。通過分析游戲腳本的活動，讓學生了解解決問題的基本流程，培養學生的邏輯思維能力;在創作作品過程中，學生分析、遴選游戲主題，然后根據游戲主題進行角色分析、動作腳本設計和游戲作品的創作，可以有效提高分析思維和邏輯思維能力。

3）模型建構。抽象問題是中學生在學習中的一大難點，在Scratch教學中展示建模過程，運用抽象思維將復雜的問題進行簡單化，這一過程可以促進學生計算思維中抽象思維能力的培養。

4）增添角色及相應指令塊的數量及難度。在Scratch教學實踐中，教師可以提供一些Scratch案例讓學生學習與分析，讓學生發揮想象力和邏輯思維，在原有的案例上做出改變，使其成為自己的作品，促進學生再利用與二次創作的計算實踐這一計算思維能力的培養。

5）關注作品制作過程中的調試與糾錯環節。教師要時刻關注學生的動態，提醒學生對出現的錯誤代碼及時糾錯，促進學生計算思維中計算實踐能力的培養。

6）設計Scratch作品交流與分享環節。在學生完成作品后，教師還要設計交流與分享這一環節。在分享Scratch作品過程中，學生會發現自己或者他人作品中的不足，提出疑問并進行交流與探討，提高表達能力。這一環節能夠使學生計算觀念方面的能力得到有效提升。

5 結語

本研究實踐表明，作為一種易學易用的可視化編程工具，將Scratch應用到中小學信息技術課程以培養學生計算思維的做法是可行的。在Scratch教學中應注意教學策略的應用，教學中的每一環節都要滲透計算思維的思想，從而達到不僅提高學生的編程能力和信息素養，而且促進其計算思維能力發展的良好效果。

參考文獻

[1]普通高中信息技術課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：6.

[2]胡秋萍.中學程序設計課程培養計算思維的策略與方法：以Scratch迷宮程序設計為例[J].中小學信息技術教育，2018（6）：57-59.

[3]王旭卿.面向三維目標的國外中小學計算思維培養與評價研究[J].電化教育研究，2014，35（7）：48-53.

[4]謝忠新，曹楊璐.中小學信息技術學科學生計算思維培養的策略與方法[J].中國電化教育，2015（11）：116-120.