讓計算思維在Scratch思維樹上舒枝散葉

張曉明

摘 要：小學信息技術Scratch編程模塊側重于核心素養計算思維培養。而計算思維的系統性和邏輯性使信息技術學科有限的課堂教學往往走入片段的步驟式思維訓練誤區，流于表面而無法在學生大腦中落地生根。整合編程流程圖和思維導圖，在教學中嘗試設計Scratch特色思維樹，讓計算思維有形有序地在思維樹上舒枝散葉、開花結果。

關鍵詞：信息技術;計算思維;思維樹

一、小學信息技術核心素養的核心是計算思維

人工智能時代機器和人類競爭中，機器優勢在于大數據處理和計算思維方式，人類的優勢在于自身思維的創造性。人類只有學習了解機器的程序設計思維，才能不被機器人替代。國外孩子都在學編程，但確切的說他們學習的就是編程的思維。我們提出小學信息技術核心素養的核心將是計算思維，而Scratch教學更應緊緊圍繞這個核心開展。

二、思維樹讓計算思維有形有序

筆者一直認為編程教學計算思維的訓練離不開傳統的編程流程圖或現在提倡的思維導圖。程序流程圖能幫學生理清思維的脈絡，是思維的“骨架”，思維導圖更形象，更能激發學生創造性思維，是思維的“發膚”。但應用到教學，大多信息技術老師會產生不少困惑。

但脫離了流程圖和思維導圖的計算思維訓練是不系統的。簡單計算思維訓練的課堂看似完成了教學任務，但實質離內在的教學目標相差甚遠。往往出現一種情況，當堂教學效果很好，但假以時日，很多學生即使重做學過的這個例子，也會出現思維散亂，無從下手。這是學生上課時只是依樣畫瓢，對程序沒有系統的概念造成的，漏了一塊積木整個大廈就爛尾了。

筆者的Scratch教學在流程圖和思維導圖中徘徊一段時間后，通過嘗試，將思維導圖和流程圖整合成特殊的思維樹。使思維樹上有流程圖的影子，流程圖也能如簡筆畫般讓學生形象感知。整合出的思維樹，使思維看得見，能讓學生的計算思維沿著思維樹舒枝散葉，學生的創造思維也在思維樹上開花結果，經歷了思維樹成長的過程，切實地提高了學生的編程計算思維，時間再久，學生就能重新種出一棵屬于自己的新苗。

三、如何在計算思維訓練過程中設計思維樹

那么，思維樹該如何設計？下面筆者結合信息技術計算思維核心要素，結合案例，具體闡述Scratch實例教學中如何使用思維樹展開計算思維訓練。

（一）抽象建模 問題分解化葉

所謂抽象，是指通過忽略可有可無的細節來降低難度，將一個現實問題轉化為計算機可以處理的問題。抽象分解很多時候是種逆向思維倒推。在Scratch編程教學中，合適的案例起始，筆者總會完整演示程序過程，這既能激發學生興趣，在演示后也有助于讓學生學會抽象分解問題，更容易找到切入點，能更好地理清程序思路。也可對具體教學環節中某個難點重點進行問題分解。

演示完案例，筆者總會先讓學生嘗試化抽象為具體，先將動畫或游戲的環節具體化，用簡化的語言將問題分解成具體的步驟，并寫到橢圓的葉子上貼上黑板。如在《青蛙過河》教學中，學生就將動畫的過程分解成以下幾片樹葉（如圖一）。

抽象分解的過程又是程序設計的過程。學編程需要養成先設計的習慣，學生自己創作前需要對自己的程序有個總的提綱，這樣具體計算思維的展開才能讓學生從“無序”變為“有序”，學生才能很好理清程序角色之間的關系、移動的軌跡、出現的順序，計算思維才有邏輯性。

（二）凝練算法 簡化系統成樹

當問題分解成具體的樹葉后，算法的設計凝練將是樹的主干，《青蛙過河》的主干是直接向下一個位置移動的順序算法，流程簡單，可以直接排列成樹。每一片葉子的繼續抽象具體化就是“移到”或“滑行”，也就具體到了Scratch具體使用的“積木”。 而Scratch培養的是兒童最基本的指令式編程思維，較難實現一些遞歸算法，所以在教材案例中，主要的處理算法結構就是“重復”和“如果”，也就是循環和分支。

圖二展示的是《穿越迷宮》這一課的思維樹，案例中，穿越迷宮的具體算法分解成三片葉子，就是重復循環判斷三個條件，碰到黑色就回到起點，碰到鼠標就前行，碰到箭頭就是到達終點“WIN”。借助思維圖，學生一目了然，思維清晰。在具體的程序搭建過程中，就很容易理解重復的算法下，三個如果判斷是并列關系，不會出現將它們串燒嵌套等情況，也能感受編程中重復循環的具體使用方法。

順序、循環、分支三種算法的選擇區分對小學生來說很容易產生一種似有似無的感覺，在Scratch搭建中三者在選擇中使用，但受到年齡特征的制約，又很難說清，而借助思維樹，教師可安排對比異同之處，不同結構算法的思維樹便能深植學生腦海。

（三）調試糾錯 遷移歸納散枝

Scratch編程調試糾錯環節很容易被教師忽視，教師具體可以對照思維樹，指出具體出問題的環節所在，讓學生根據思維樹的過程自己從源頭梳理。程序不能完全是改出來的，特別對于小學生，程序的修改還是要在系統的主干上梳枝散葉，“梳”理錯誤，萌發新葉。學生糾錯后調試成功更能提高學生的計算思維編程能力。

而總結利用已有解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關問題，最終抽象歸納出結論的思維過程在計算思維中也是重要的最后環節。

例如，《畫正多邊形》的思維樹設計，從畫筆初始化開始，采用重復循環設計正三邊形，然后讓學生知識遷移，自己畫出正四邊形的思維樹，以此樹導引完成正四邊形的腳本。最后很自然，學生便能自主歸納出正N邊形的畫法。這棵思維樹看似枝葉茂盛，但主干清晰，毫無叉枝，學生的計算編程思維也該如此。

（四）分享沉淀 創新設計開花

Scratch強調分享，跟同學交流，只有在分享中才能有更多頭腦風暴，更能進一步的糾錯調試。在實際每一個案例教學結束時，要允許學生對案例圍繞主干進行再創造，每一個創新的設計都會使這棵思維樹綻放。

圖三是《青蛙過河》的思維圖，但是原本的順序算法結束后，筆者讓學生對這個小動畫進行了再創造的交流。有學生提出的讓青蛙空中翻跟頭動作和跳到河里隱藏然后從水里跳到荷葉上，這些創造性的想法無疑使這堂課靈動起來。預設到學生的創新，教師有意識地在課前準備了部分花朵，這棵原本只有主干的思維樹配上花朵頓時豐富了起來。學生的積極性更高了，頭腦風暴頓起，思維觸點也會向更遠的地方延伸。在編程軟件學習中，成熟的創新能力是計算思維達到一定深度后的必然產物。

四、思維樹應用于實際教學應該注意的問題

思維樹在計算思維過程中的合理使用，能促進學生計算思維的發展，教師教學過程的開展也能水到渠成。經過在實踐教學中研究探索，筆者感覺思維樹的使用還要注意以下幾方面。

（一）教師要靈活使用思維樹，采用不同呈現方式展示

思維樹可以在備課中預設，教學中可作為板書使用。同時針對不同案例，不一定按照計算思維的過程全部先抽象分解問題后全部呈現，也可以在教學過程計算思維逐步展開中，慢慢一片片葉子舒展。甚至可以在結束時展示，幫助學生總結理清思路，延伸思維的觸角。但所有的呈現方式，在教學過程中必須隨著學生主動的思維展開。成功使用思維樹的課堂，黑板上的思維樹應該主干分明，枝繁葉茂。

（二）學生必須親自動手畫思維樹

在教學中要讓學生主動參與思維樹設計，同時案例可以讓學生自己在紙上畫思維圖。學生制作自己的作品，要讓學生在創作前先畫畫思維樹，進行整體設計，而不能讓學生走到山前才有路。只有讓學生將計算思維有形地落到紙上，才能真正植根于大腦。

在上完《畫正多邊形》，借助思維圖，成功使用重復嵌套畫出復雜圖形后，有個學生專門到講臺前跟筆者說：“老師，原來編程就是重復再重復。”話雖簡單，但這個孩子卻已經具有了樸素編程思維、初步的計算思維。而這，就是我們Scratch編程教學真正的面向全體學生的教學目標，正是筆者希望將思維樹深深烙印在學生腦海深處的初衷。

參考文獻：

[1]樓佳群.在Scratch教學中培養小學生的計算思維[J].中國信息技術教育，2015（23）：39-42.

[2]張靜.思維導圖：開拓兒童Scratch趣味編程學習新路徑[J].教育觀察，2018，7（16）：36-38.

編輯 王亞青