基于Scratch圖形化編程的初中生計算思維能力培養

董晗暉

摘? 要：Scratch圖形化編程軟件是培養學生計算思維的有效載體，應該將其融入初中信息技術教學體系中，以優化信息技術教學。文章從培養目標和培養策略入手，分析了基于Scratch圖形化編程軟件的初中生計算思維能力培養模式的構建策略，提出了計算思維能力培養的行動方案，并以教學實例闡述培養行動方案的實踐應用，期望對實現信息技術課程人才培養目標有所幫助。

關鍵詞：信息技術;Scratch圖形化編程;計算思維能力

Scratch是面向兒童和青少年設計的圖形化編程軟件，該軟件采用可視化程序設計語言，提供“搭積木”程序，自帶多個角色和場景素材，能夠讓兒童和青少年在友好的操作界面上通過組合拼接指令完成程序創建，促進兒童和青少年計算思維能力的發展。計算思維能力是信息技術學科核心素養之一，也是信息技術課程需要實現的重要教學目標。為此，在初中信息技術課程教學中，學校要基于Scratch圖形化編程軟件開發有利于培養學生計算思維能力的校本課程，優化信息技術課程結構，提升學生運用計算思維分析和解決問題的能力，推進信息技術教學的改革創新。

一、基于Scratch的計算思維能力培養模式構建

1. 明確培養目標

在信息技術課程教學中，基于Scratch圖形化編程軟件開展的教學活動不僅要傳授概念性、策略性、程序性的知識，更要突出對學生計算思維能力的培養，優化培養目標。下面將培養目標細化分解為五個層面。

（1）異構問題處理能力培養目標。

通過教學引導學生主動搜索問題，自主甄別和篩選搜索結果中的信息，快速、準確找到解決問題的算法，促進學生問題處理能力的提高。

（2）分析問題能力培養目標。

通過教學幫助學生理解遞推、遞歸處理思想，掌握遞推、遞歸處理思想的本質，進而將遞推、遞歸處理思想運用到數據相互轉換的編程過程中，培養學生從多維度出發全面分析問題的能力。

（3）計算思維方法培養目標。

通過教學促使學生深入掌握對多種計算思維方法的應用，包括分離、抽象、轉化、約簡、仿真、形式化等，使其能夠運用多種計算思維方法分析、分解問題，通過逐一解決子問題，進而解決原始問題。

（4）形式化描述問題能力培養目標。

通過教學教會學生掌握多樣化學習策略，對問題進行詞匯描述和形式化描述，將疑難問題簡化處理，運用簡單方法解決問題。

（5）跨學科思維能力培養目標。

通過教學要求學生扎實掌握仿真、抽象、分解、遞歸、建模等計算思維方法，歸納總結類似問題求解方法，將求解方法運用到其他學科學習中，促進學生跨學科思維能力的發展。

2. 制定培養策略

在基于Scratch圖形化編程軟件的信息技術教學中，教師要圍繞計算思維能力的培養采取有效的教學策略，將計算思維能力的培養目標落實到教學活動中，以保證培養目標的順利實現。具體培養策略如下。

（1）情境創設。

教師圍繞計算思維能力培養選取教學內容，根據教學內容創設教學情境，調動學生自主學習的積極性，引發學生對情境問題的思考。

（2）問題分析。

教師引導學生分解問題，對問題進行抽象處理，鍛煉學生分析問題、抽象問題、形式化表述問題的能力。

（3）方案探討。

組建學習小組，讓小組成員運用已經掌握的計算思維方法形成綜合方案，解決問題。

（4）編程制作。

教師總結算法規律，講解流程圖的制作，讓學生運用Scratch圖形化編程軟件解決問題。編程制作包括腳本設計、算法設計，其中腳本設計涉及控制腳本、內容腳本;算法設計中涉及多種算法，如表示算法、分析算法、驗證算法等。

（5）測試評估。

教師采用多樣化評價方式評估學生作品，引導學生反思作品。

（6）歸納總結。

教師歸納總結本節課的教學內容，鼓勵學生將問題解決方法遷移到其他類似問題的解決中，解放學生思維，啟發學生創新。

二、基于Scratch的初中生計算思維能力培養方案

學校開設Scratch課程，結合學生學情設定初級教學、中級教學和高級教學任務，確立培養學生計算思維能力的課程教學目標，制定培養行動方案。

1. 初級教學行動方案

初級教學任務行動方案流程為：良構問題特征—容易算法—問題解決方案—流程圖—解決問題。初級教學任務共開設8個課時，運用Scratch圖形化編程軟件完成基本操作。教學內容包括變量控制角色、擲骰子比大小、算計運算和邏輯預算、等差數列求和、猴子吃桃等。教學目標是讓學生熟悉Scratch圖形化編程軟件，引導學生運用已經掌握的算法解決問題。在教學過程中，教師要運用計算思維能力培養策略，以達到預期的教學效果。

2. 中級教學行動方案

中級教學任務行動方案流程為：劣構問題特征—較難算法—問題解決方案—流程圖—解決問題。中級教學任務共開設12個課時，主要圍繞“問題抽象”組織教學活動，教學內容包括國王發金幣、百錢買百雞、微生物增殖、龜兔賽跑、守望者的逃離等。教學目標是讓學生鞏固Scratch圖形化編程軟件的操作，能夠針對劣構問題提取信息，在篩選和過濾信息的過程中提升學生的問題抽象能力，以及熟練運用算法、流程圖解決問題的能力。

3. 高級教學行動方案

高級教學任務行動方案流程為：問題特征—很難算法—問題解決方案—腳本設計—流程圖—解決問題。高級教學任務共開設12個課時，主要為圍繞“問題分解”組織教學活動，教學內容包括狐貍找兔子、搶十八、常勝將軍、漢諾塔等。教學目標是讓學生掌握運用計算機思維解決問題的方法。

三、基于Scratch的初中生計算思維能力培養實踐

下面以“猴子吃桃”初級教學行動方案為例，對基于Scratch的學生計算思維能力培養行動方案的教學實踐進行分析，運用培養策略，合理安排教學活動。

1. 教學過程

（1）情境創設。

教師呈現猴子吃桃的情境，提出問題：第1天猴子到底摘走多少個桃子？通過問題情境引發學生主動思考，明確需要解決的關鍵問題。

（2）問題分析。

引導學生以小組為單位分析問題，將問題形式化表述出來，培養學生的轉化、形式化表述的計算思維能力。

（3）方案探討。

學習小組討論問題解決方案，集思廣益形成綜合性方案，培養學生轉化、概括和系統設計能力。

（4）編程制作。

教師引導學生從遞推、遞歸兩種算法出發解決問題，出示制作流程圖，讓學生參考流程圖運用Scratch圖形化編程軟件解決問題，幫助學生扎實掌握計算思維方法。

（5）測試評估。

教師展示學生作品，鼓勵學生完成自評、互評，再由教師評價作品，提出修改意見，培養學生自我反思、自我完善的能力。

（6）歸納總結。

教師歸納總結本節課的授課內容，啟發學生創新算法，培養學生的歸納分析能力和創新思維能力。

2. 教學反思

學生能夠在解決問題的過程中運用計算思維能力，如運用Scratch圖形化編程軟件設置角色和舞臺，并在設置中融入自己的想法，有助于拓展學生運用算法解決問題的思維廣度。但是，學生對問題解決的自我完成度不高，仍然需要教師在今后的教學活動中教授更多的算法設計，鍛煉學生應用算法、流程圖、圖形化編輯解決問題的計算思維能力。

四、結束語

學校要基于Scratch圖形化編程軟件推進信息技術課程體系的改革發展，全面開展適合初中生計算思維能力發展的校本課程，從初級、中級和高級三個層次出發設計教學內容，運用計算思維能力培養策略優化組織課堂教學活動，從而提高學生運用計算思維解決復雜問題的能力，促進學生核心素養的發展。

基金項目：2021年度甘肅省平涼市教育科學規劃課題——基于Scratch圖形化編程的初中學生計算思維能力培養的研究（[2021]PLG055）。

參考文獻：

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