基于Scratch編程教學(xué)的小學(xué)生計算思維培養(yǎng)實踐研究

摘 要：科技的進步推動著信息技術(shù)學(xué)科的發(fā)展，當(dāng)前信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)培養(yǎng)成了人們重點關(guān)注的焦點，而計算思維是信息技術(shù)學(xué)科必須培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一，也是學(xué)生成人成才必須具備的核心素養(yǎng)之一，成為廣大小學(xué)教師教學(xué)工作開展的核心。當(dāng)前我國在計算思維理論研究方面已取得一定成果，但應(yīng)用研究方面仍處于探索階段。文章結(jié)合計算機思維的內(nèi)涵及發(fā)展現(xiàn)狀分析，結(jié)合Scratch編程教學(xué)的特點，探索小學(xué)信息技術(shù)課程進行計算思維培養(yǎng)的實施策略，促進小學(xué)生計算思維培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：計算思維;Scratch編程;信息技術(shù)

一、 引言

信息時代背景下，“互聯(lián)網(wǎng)+”在各行各業(yè)的應(yīng)用已逐步被“人工智能+”取代，計算思維作為三大科學(xué)思維之一，指的是如何運用計算機科學(xué)理論開展問題的解答、系統(tǒng)的設(shè)計及人類行為的理解等一系列有深度、有廣度的思維活動，基本涵蓋了整個計算機科學(xué)內(nèi)容。因此，如何強化培養(yǎng)已受到社會各界廣泛關(guān)注，教育管理部門及教育院校都引起足夠的重視，將其納入信息技術(shù)課程及其他課程教學(xué)架構(gòu)之中，將并在課堂教學(xué)中探索融入培養(yǎng)計劃與策略。編程教學(xué)是計算思維培養(yǎng)的重要基地，在小學(xué)階段，借助麻省理工學(xué)院設(shè)計開發(fā)的少兒編程工具Scratch的教學(xué)，能夠有效提高學(xué)生的問題分析能力與解決能力，為學(xué)生的未來發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。文章基于Scratch編程教學(xué)，結(jié)合計算思維內(nèi)涵，談?wù)勅绾伍_展小學(xué)生計算思維培養(yǎng)，使學(xué)生從小學(xué)會創(chuàng)造性思考、科學(xué)化推理及高質(zhì)高效處理問題。

二、 計算思維的內(nèi)涵

計算思維從20世紀(jì)50年代就已經(jīng)被專家學(xué)者提出，當(dāng)時的稱謂為“算法思維”，并不斷推廣發(fā)展，滲透到教育領(lǐng)域。在2006年，美國著名大學(xué)計算機科學(xué)系主任周以真教授在權(quán)威的計算機科學(xué)雜志上正式開創(chuàng)性地給出“計算思維（CT）”的內(nèi)涵定義：運用計算機科學(xué)的基本理論概念去進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、人類行為理解的涵蓋計算機科學(xué)之廣度的系列思維活動。并在2008年進行定義的深化界定：CT是概念化的，不應(yīng)局限于計算機學(xué)習(xí)和編程語言的開發(fā)，學(xué)生應(yīng)調(diào)動多層抽象思維;CT是一個靈活思考辯證邏輯的過程，而不是機械定式的重復(fù)操作行為;CT是人類的大腦思維方式，而不是計算機運行模式，是富有想象力、能解決問題的等等。而在此基礎(chǔ)上，有其他國外專家也提出了自己的觀點，指出計算思維包括算法思維、評估、分解、抽象、概括等五大要素，而國內(nèi)的許多學(xué)者也從不同的切入角度提出了不同的觀點，但殊途同歸，均強調(diào)計算思維能夠為問題解決提供強大助力。當(dāng)前，我國教育課程改革在穩(wěn)步推進，在2017年的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》里對計算思維內(nèi)涵給出我國權(quán)威版解讀：計算思維是以計算機領(lǐng)域中運用的學(xué)科方法實現(xiàn)問題界定、結(jié)構(gòu)模型建立、組織數(shù)據(jù)等等，通過對各種信息資源的判斷、分析與綜合整理，借助合理的算法實現(xiàn)問題的解決，并在這個過程中歸納總結(jié)計算機解決問題的思維與方法，并運用到其他學(xué)科知識學(xué)習(xí)和日常問題解決中的一種學(xué)科思維。

三、 我國計算思維的重要性與培養(yǎng)現(xiàn)狀

信息時代的到來為我國教育行業(yè)注入了新的生命力，為其價值取向提供新的方向，也要求教育事業(yè)必須有更新的作為與擔(dān)當(dāng)，為社會未來發(fā)展培養(yǎng)更多全面發(fā)展人才，完成國家“立德樹人”的教育要求。當(dāng)前，計算思維是學(xué)生成長之路必備的核心素養(yǎng)之一，是教育教學(xué)需要重點關(guān)注與重視的焦點話題，推動著課堂教學(xué)的優(yōu)化改革，從原來的更加重視“技術(shù)教授”轉(zhuǎn)變?yōu)椤八季S培養(yǎng)”，不斷促進學(xué)生在思維能力的各個方面得到錘煉，包括思維意識、品質(zhì)、習(xí)慣、方式、方法等等，不斷活躍學(xué)生思維，激活學(xué)生無限想象力與創(chuàng)造力，從而推動學(xué)生全面發(fā)展與終身學(xué)習(xí)。而結(jié)合數(shù)據(jù)資料的調(diào)查統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)：在十年前，我國在計算思維領(lǐng)域的研究普遍以理論研究為主導(dǎo)，很少深入研究其應(yīng)用模式，而近幾年則開始有專家學(xué)者意識到計算思維的重要性，紛紛關(guān)注并給予應(yīng)用研究。按整體而言，計算思維的應(yīng)用研究更多地針對高等教育學(xué)習(xí)階段，而在小學(xué)課堂的教學(xué)融入應(yīng)用策略相對減少，仍處于初級研究階段，需要加深小學(xué)生計算思維培養(yǎng)策略探索。

四、 基于編程教學(xué)的小學(xué)生計算思維培養(yǎng)策略

（一）重視建構(gòu)模型，培養(yǎng)小學(xué)生約簡思維

計算思維的重要目的是實現(xiàn)問題的有效解決，而問題的解決是建立在問題的確定基礎(chǔ)上的。而在信息技術(shù)課程的編程教學(xué)中，問題的確定需要經(jīng)過一個模式構(gòu)建的過程，所謂模型構(gòu)建指的是將自然語言描述的問題轉(zhuǎn)變成借助計算機就能處理的模型。這是一個從具象到抽象的過程，而且抽象性是非常強的，是教學(xué)的重點和難點，因為抽象思維是信息技術(shù)學(xué)科學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，這就要求教師要注重如何將抽象思維簡約化，結(jié)合小學(xué)生的年齡特征及心理發(fā)展特點實際，將教學(xué)情境生活化，借助簡化的學(xué)習(xí)單引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)出問題模型。

而Scratch編程課程的授課對象為八歲到十六歲年齡段的學(xué)生，正是學(xué)生從具象思維向邏輯思維轉(zhuǎn)變的過程，課程內(nèi)容一般是一個主題為一個單元，圍繞問題如何解決展開。因此，教學(xué)活動的開展應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，將學(xué)生拿到的問題放置于學(xué)生熟悉的生活場景中，充分調(diào)動學(xué)生的探究興趣，讓學(xué)生投入到問題的分析過程中，更易于學(xué)生對學(xué)習(xí)任務(wù)的明確了解，順利運用數(shù)學(xué)建模，完成程序編寫，實現(xiàn)問題的解決，并在過程中升華情感與價值觀。例如，在教學(xué)《小小賽車手》一課時，教師可精心準(zhǔn)備教學(xué)活動，組織學(xué)生一起觀看世界級四驅(qū)車大賽的視頻，然后讓學(xué)生分享自己玩四驅(qū)車時觀察到的行駛過程是怎樣的，從而認(rèn)識到在編程過程中，參照對象的運動過程和特征，初步理順認(rèn)知思維;然后，組織學(xué)生分組討論小車智能行駛過程中面臨的問題，在過程中明確學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生清晰認(rèn)識到課程學(xué)習(xí)的任務(wù)內(nèi)容，了解到Scratch編程學(xué)習(xí)不僅是抽象的知識學(xué)習(xí)，還會參與到生活中熱點話題的智能行駛汽車的研發(fā)工程，瞬間調(diào)動了學(xué)生解決問題的積極性，營造了良好的簡約思維培養(yǎng)環(huán)境。在學(xué)習(xí)任務(wù)明確后，教師應(yīng)重視學(xué)生建模的過程引導(dǎo)，通過約簡細(xì)化學(xué)習(xí)任務(wù)來實現(xiàn)模型的順利構(gòu)建。因此，在Scratch課程中，應(yīng)注意學(xué)習(xí)任務(wù)的分解，結(jié)合小學(xué)生的認(rèn)知水平和課程內(nèi)容涉及約簡思維訓(xùn)練的學(xué)習(xí)單，通過將學(xué)習(xí)任務(wù)的細(xì)化分解為明確的對象、對象的動作效果，幫助學(xué)生在腦海中迅速建立數(shù)學(xué)模型，并確保計算機是能夠處理解決的，這一個過程便是學(xué)生養(yǎng)成計算思維的重要第一步。值得注意的是，對象的動作效果分析過程中，教師應(yīng)重視開展自然語言規(guī)范化描述訓(xùn)練，使得學(xué)生逐漸認(rèn)識到循環(huán)、選擇和順序三種算法控制結(jié)構(gòu)過程。借助訓(xùn)練學(xué)習(xí)單，逐漸理順學(xué)生的思維，讓每一步的操作更加簡約清晰，促使約簡思維的培養(yǎng)。

（二）引導(dǎo)化繁為簡，培養(yǎng)轉(zhuǎn)化思維

計算思維的內(nèi)在本質(zhì)是抽象與自動化的，如果說建模是學(xué)生思維框架的梳理，讓學(xué)生明白“做什么”，那么接下來就需要進入讓計算機知道“怎么做”的過程。所以，就需要將一個看起來比較復(fù)雜的問題，重新簡化為一個容易理解并能夠解決的問題，這就是轉(zhuǎn)化思維的培養(yǎng)。一般而言，我們可以借助聚焦指令、代入角色等方式，將繁雜的問題碎片化，使得計算機能夠接受處理。而新指令模塊的學(xué)習(xí)是Scratch編程的教學(xué)重點，教師可以為學(xué)生打造一個新指令塊使用學(xué)習(xí)環(huán)境，借助提問方式層層遞進，直到學(xué)生發(fā)現(xiàn)相關(guān)的指令塊，使得學(xué)生在這轉(zhuǎn)化過程中體驗感更強，更深入透徹地理解。例如，在《小小賽車手》中，小車如何能實現(xiàn)在賽道上智能行駛，是需要借助指令塊“顏色……碰到顏色……”來判斷轉(zhuǎn)化的。教師可讓學(xué)生從賽道背景圖的觀察入手，并設(shè)計思考的問題：1. 封閉賽道與賽道外側(cè)、內(nèi)側(cè)背景顏色有什么不同？2. 小車在什么情況下需要返回賽道？3. 哪些指令塊能實現(xiàn)小車智能判斷該返回賽道？通過問題的指引，使得學(xué)生能逐步判斷出小車返回賽道的判斷標(biāo)準(zhǔn)：左前輪碰到賽道外側(cè)顏色塊、右前輪碰到賽道內(nèi)側(cè)顏色塊，從而發(fā)現(xiàn)指令塊標(biāo)準(zhǔn)：“顏色……碰到顏色……”。在這樣的指令聚焦過程中，大大降低學(xué)生思維的難度，實現(xiàn)形象表達(dá)轉(zhuǎn)化為抽象，培養(yǎng)學(xué)生的轉(zhuǎn)化思維。

（三）鼓勵糾錯優(yōu)化，培養(yǎng)啟發(fā)思維

編程教學(xué)中，學(xué)生建模后就會完成腳本搭建，而這不是結(jié)束，只是開始。隨后學(xué)生就需要檢查整個程序的運行能否實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，那么，糾錯與優(yōu)化就成為學(xué)生繼續(xù)努力完成的任務(wù)。在這個檢查階段，學(xué)生面臨的是眾多不確定、難排解的因素，需要教師重視學(xué)生的啟發(fā)思維訓(xùn)練，讓學(xué)生在過程中學(xué)會思考、聯(lián)想、領(lǐng)悟、化解，不斷錘煉啟發(fā)思維。當(dāng)搭建的腳本運行結(jié)果與預(yù)期情況有一定差距甚至大相徑庭時，就是糾錯優(yōu)化的開始。在Scratch編程教學(xué)中，結(jié)合這個軟件的特性，其出現(xiàn)的錯誤往往是一些邏輯上的錯誤，隱蔽性是很強的。所以，教師可以開啟“大膽假設(shè)到小心求證”的啟發(fā)思維訓(xùn)練策略。首先，在“大膽假設(shè)”環(huán)節(jié)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生去仔細(xì)觀察整個調(diào)試過程中出現(xiàn)的非預(yù)期現(xiàn)象是怎樣的，啟發(fā)學(xué)生大膽猜測產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因源頭，并進行歸納整理總結(jié);其次，去到“小心求證”環(huán)節(jié)，教師應(yīng)結(jié)合學(xué)生猜測的問題進行歸納啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生在盡可能根據(jù)自己的猜測對象逐一調(diào)試排除，在這過程中盡可能是在沒有干擾的情況下進行，直到整個腳本調(diào)試成功。比如，在常見的小車沖出賽道的錯誤問題中，學(xué)生會猜測是車速過快、方向調(diào)整不及時、旋轉(zhuǎn)角度不恰當(dāng)?shù)纫蛩兀涂梢灾饌€排查求證。“車速過快”這一個問題求證中，可進行指令塊“移動……步”的參數(shù)逐個調(diào)整，發(fā)現(xiàn)當(dāng)小車是在賽道上采用的是慢速智能行駛就不會沖出賽道，就順利完成糾錯。在這個糾錯過程中，是學(xué)生重新開展問題確定、問題解決的一個全過程，教師如能充分把握此絕佳教育點，引入預(yù)設(shè)求證的方式，就可使學(xué)生的啟發(fā)思維得到深化培養(yǎng)，為整個程序設(shè)計更加優(yōu)化提供有力保障。

五、 結(jié)語

綜上所述，小學(xué)信息技術(shù)課程是小學(xué)生計算思維培養(yǎng)的重要陣地，這不是一個一蹴而就的教學(xué)過程，需要廣大教師們應(yīng)立足學(xué)生實際，采取合理的教學(xué)策略，利用編程教學(xué)來潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生的約簡思維、轉(zhuǎn)化思維及啟發(fā)思維，從而實現(xiàn)學(xué)生計算思維的深化累積拓展，為學(xué)生日后的學(xué)習(xí)、生活乃至工作中更好地處理問題奠定堅實的基礎(chǔ)。

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作者簡介：李少芳，廣東省廣州市，廣州市海珠區(qū)衛(wèi)國堯紀(jì)念小學(xué)。