基于模塊化程序設計思想的Scratch教學實踐

黃雨蓓

在信息時代，計算思維正成為和讀、寫、算一樣的基本素養(yǎng)，程序設計是計算思維形成的基礎。在中小學一線教學中，程序設計模塊的教學主要存在兩個問題——程序設計語言煩瑣和教學模式單調，這影響著學生的學習動機，繼而對認知效能產生負面作用。借助于基于“創(chuàng)作、分享”設計理念的Scratch教學，讓學生在玩中學，提升其學習技能，培養(yǎng)其算法思維、設計思維及創(chuàng)造性思維等，可以有效解決上述兩個問題。

蘇科版小學信息技術（五年級）教材中采用了Scratch 2.0版本，它將枯燥乏味的程序指令轉換成十種不同顏色的積木，包括動作、事件、外觀、控制、聲音、偵測、畫筆、運算符、數據、更多模塊等，學生只需通過鼠標拖拽，將對應的指令模塊移至腳本區(qū)，便可在輕松的環(huán)境中實現掌握程序設計的思維和方法，并能利用它表達自己的思想和感情。下面，筆者以小學信息技術五年級Scratch模塊中的《花朵繽紛》一課為例，談一談如何在小學階段的Scratch學習中滲透模塊化程序設計思想。

問題分析，任務分解

分析問題就是分析用戶需要完成的任務是什么，用戶用它可以實現哪些功能，完成哪些操作，解決“做什么”的問題。在了解了程序設計的目的后，對想要實現的效果進行自頂向下的分析，將問題劃分為幾個部分，各個部分再進行細化，直到將它分解為可以通過具體的模塊來實現。像這樣以功能塊為單位進行設計的過程，實現其求解算法的方法就稱為模塊化。在分析過程中，教師需要引導學生探究如何分析問題、分解問題、分類項目，由大化小，由繁至簡，再分別進行分析和研究，并梳理出各模塊之間的邏輯關系。然后，再進行子任務分析，從點到面，逐步解決。在整體規(guī)劃的基礎上，教師需要引導學生對每一個子任務進行分析，弄清楚每個子任務的性質、對象之間的相互關系，對子任務中每個對象的造型、腳本、狀態(tài)逐個分析，再到對每句指令、參數、先后執(zhí)行順序進行分析與搭建。

本節(jié)課的導入環(huán)節(jié)，教師先創(chuàng)設情境，播放色彩繽紛的花朵在舞臺綻放的動畫效果，給學生帶來美的感受，使學生帶著舒暢愉悅的心情進入學習狀態(tài)。接著，教師引導學生在欣賞動畫效果的同時思考如何實現五彩繽紛、花開滿園，對動畫實現過程進行分解。學生明確了任務，思考并討論，將整個動畫效果分解為五顏六色、花開滿園、花瓣生花、繪制花瓣。

案例呈現：

師：春天草木萌動，百草新生，草綠如茵，繁花似錦，請看動畫（播放五顏六色花開滿園的場景動畫）。看了這樣的場景，你們的心情有什么變化？

學生從中感受到場景的美，心情舒暢且愉悅。

師：同學們想不想在Scratch舞臺上實現這樣的場景呢？你們覺得在Scratch舞臺上實現五顏六色花開滿園的場景，需要哪些構成元素？

螺旋上升，認知分層

分解問題是將問題分解為若干相對簡單、清晰的小問題，使得任務更為明確具體。自頂向下，逐步求精，則是由問題到解答、由總體到局部、由一般到具體，逐步精化、具體化，補足細節(jié)，直到所有層次上的問題均由實用程序來解決，就能設計出具有層次結構的程序。

學生通過問題分析后，對需要用到的控件有了初步的設想，然而控件之間的邏輯關系還需要進一步整理。通常我們采用流程圖的形式，為學生逐步從自然語言向抽象的程序設計語言過渡提供幫助，讓學生厘清搭建腳本時各個控件之間的關系，逐步形成整體圖示的概念。

在本節(jié)課中，五顏六色花開滿園的場景這個過程相對比較復雜，可以將動畫效果進行分解，逐步分解成四個部分（如下圖）。“五顏六色花開滿園”環(huán)節(jié)采用“將顏色特效增加”控件，解決了“花開滿園”環(huán)節(jié)的花朵顏色單一的問題;“花開滿園”環(huán)節(jié)采用了“隨機函數”（Scratch“運算”模塊中的“在-240到240間隨機選一個數”）解決了花朵只能在舞臺固定位置開放的問題;“一朵花開”環(huán)節(jié)采用“圖章”“右轉？度”“重復執(zhí)行？次”“清空”四個控件解決了角色的復制、旋轉以及程序執(zhí)行方式的變化。

個性策略，求解多途

在教學中，教師應盡量先讓學生厘清思路，知道整個問題被分成幾個程序模塊，怎樣實現每個模塊的功能，明白每個模塊之間的觸發(fā)關系，學生具備了模塊化程序設計思想，自己的學習才能更加合理高效。另外，在教學中教師可以引導學生將模塊化的小任務以及模塊之間的觸發(fā)條件轉化為流程圖，并可以讓他們嘗試完善或繪制流程圖，以此來進一步明晰思維。

然后，學生根據分解的模塊以及模塊之間的觸發(fā)條件，在Scratch中找到相對應的控件，再根據流程圖的邏輯結構，依托控件進行組合完成腳本的搭建。學生搭建腳本時才是學生真正動手操作編寫程序的階段，這也是學生將自己的思維進行不斷驗證的過程。在這一過程中如果遇到困難，可以參照分解出來的模塊以及模塊之間的觸發(fā)條件來搭建腳本，使得搭建腳本的過程更高效，問題得以解決。

在“一朵花”的功能模塊學習中，教師引導學生說出整個模塊腳本的實現是按照所需要的“圖章”“右轉？度”控件，并且根據執(zhí)行的邏輯順序完成這個功能模塊腳本的搭建。在之后的“花開滿園”“五顏六色花開滿園”模塊中，根據不同的場景要求，在原本的功能模塊基礎上增加觸發(fā)條件，并進行邏輯順序的調整，從而讓腳本豐滿起來，完成一個個功能模塊腳本的搭建，實現預期設想的動畫場景。

案例呈現：

師：“五顏六色花開滿園”場景是在“花開滿園”功能模塊的基礎上增加了“將顏色特效增加”功能來實現的;而“花開滿園”場景又是在“一朵花開”功能模塊增加了隨機函數“在-240到240之間隨機選一個數”來實現的;最后怎樣實現“一朵花開”呢？這又離不開基本圖形“一片花瓣”，在“一片花瓣”的基礎上增加“旋轉”和“圖章”功能就可以構成一朵花。

學生根據分解出來的這些功能模塊以及模塊之間的觸發(fā)關系找到相應的控件并搭建成完整的腳本。

調試完善，迭代優(yōu)化

對于程序設計來說，調試就是不斷修復錯誤完善程序的過程，它也是個循環(huán)往復的過程：編寫程序、測試、修復錯誤、再測試……直到程序正確運行。邏輯是程序的基礎，邏輯走不通的程序很快就能夠通過運行結果反饋出來。通過反復的練習和修正，可以不斷提升學生的邏輯思維能力。學生在完成腳本運行程序的時候，常常會發(fā)生各種各樣的問題。這時就需要回顧原本分解的功能模塊和腳本，檢測錯誤之處。

在“一片花瓣”怎么變成“一朵花”模塊，學生通過思考討論得出需要用到“右轉？度”“圖章”等控件，通過演示，學生發(fā)現只用一次“右轉？度”和“圖章”控件，花瓣只出現一片。這是程序中存在的不足，促使他們尋求新的解決方法并不斷地調試。

案例呈現：

師：（單擊小綠旗）花瓣向右旋轉多少度？（72度）第二片花瓣出現了，我們還需要增加第三片花瓣，怎么辦呢？

生：再單擊小綠旗。

師：第四片、第五片如何增加呢？

生：再接著單擊。

師：這個方法好嗎？有沒有更好的解決方法呢？

生：“重復？次”控件。

編程和下棋很類似，都是在既定規(guī)則下解決問題。規(guī)則并不復雜，卻能變化無窮。學生在編寫程序的時候，同樣的程序效果經常可以通過不同的方法來實現，這時就需要分析并選擇最優(yōu)的方案來完善程序。

在“一片花瓣”變成“一朵花”環(huán)節(jié)，教師提出問題：“剛剛我們的腳本實現的是5片花瓣拼成一朵花，如果要實現8片花瓣拼成一朵花，應該怎么修改腳本呢？”

不管花瓣片數怎么變，若干片花瓣旋轉一圈形成一朵花這個規(guī)律是不變的，因此“花瓣片數”與“旋轉角度”的乘積始終是360度。也就是說，要想把花瓣片數改成8片，重復次數就為8，旋轉角度即為360度/8=45度。修改數值后運行腳本并觀察花朵形成的形態(tài)——花朵“形態(tài)美觀”即可。

在“花開滿園”環(huán)節(jié)，在測試時發(fā)現，多個花朵總是會在同一個位置開放，這時先要對該現象進行原因分析，再思考解決方法。

案例呈現：

師：為什么多個花朵會在舞臺的同一位置開放呢？請同學們自學教材，并討論解決問題的方法。

生：（自學教材并討論）因為我們沒有給花朵在舞臺上設置移動的腳本。

師：應該使用哪一個對應的腳本呢？

生：隨機函數“在①到⑩間隨機選一個數”，將其中的數值修改為舞臺的坐標，并拖動到“移到x：0 y：0”控件的兩個數值框中，即“移動x：在-240到240間隨機選一個數 y：在-180到180間隨機選一個數”。

在“五顏六色花開滿園”環(huán)節(jié)，花朵大小都是一樣的。

案例呈現：

師：五顏六色花開滿園，舞臺上開放的花朵大小一致，為了達到更逼真的效果，怎么實現花朵大小不一呢？

生：（思考并討論）控件“將角色大小增加”可以實現花朵大小不一。

學生運行腳本發(fā)現問題：花朵一直在變大。

師：怎么解決？

生：找到控件“將角色大小設定為固定值”，將其放在“重復執(zhí)行”之外，當腳本停止運行后，將角色大小設定為固定值。

生：還可以用“隨機函數”來解決。

小結與回顧

在Scratch模塊的學習中，以模塊化的程序設計思想引領，自頂向下分解任務，分而治之解決問題，調試、優(yōu)化腳本的程序設計流程，很好地鍛煉了學生的思維。在整個學習過程中，基礎知識的學習和基本能力的提高，與分析、思考、實踐整合在一起。通過這種積木式的腳本編寫與有效的信息表達和數字化創(chuàng)作，既培養(yǎng)了學生的算法思維，也進一步提高了學生的自我表達能力。通過對本案例的分析，可以明確如何在兒童編程軟件中進行模塊化設計的思想實踐，通過多種分層剖析，幫助學生形成有效的知識鏈接，最終提高計算思維能力。