基于計算思維培養的Scratch編程教學

陳艷影

計算思維是信息技術學科的核心素養之一，培養學生的計算思維則是中小學信息技術課的重要目標之一。Scratch編程教學，能通過培養學生的計算思維，讓學生發現問題、分析問題，尋找解決問題的方法，從而培養學生合作探究的意識，提高他們有效解決問題的能力。

一、計算思維的概念與內涵

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）將計算思維定義為“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”。具有計算思維的學生能夠把一個看起來比較復雜的問題進行重新組織、分析，通過算法思想制訂解決方案，然后實施方案，最后分析、驗證方案。所以計算思維實際上結合了數學、工程學、計算機科學的思維方法。

二、基于計算思維的編程教學環節設計

“小貓走迷宮”這節課，學生需要學習設計一個迷宮的圖案，通過程序讓小貓在迷宮的通道中靈活地避開障礙物，在一定的時間內找到出口，以實現“小貓走迷宮”的游戲。根據計算思維的基礎概念，筆者結合Scratch編程教學的特點，以“小貓走迷宮”一課為例，將教學環節分為“創設情境”“問題啟發”“編寫程序”“合作學習”“交流分享”五個環節。每個環節精心設計，既做到學生個體自主探究學習，又能進行小組合作學習;既有個人展示，又有集體交流，充分培養學生利用計算機解決問題的能力，以達到知識遷移和思維拓展的目標。

（一）創設情境，明晰問題

教師通過創設實際生活中的場景，讓學生進行角色扮演，根據現實中的問題，啟發學生主動思考，激發其學習的興趣，使之勇于創新。雖然也可以在電腦上用程序模擬場景，但畢竟是虛擬的，學生對“走迷宮”難以有深刻的體會。為了把抽象的場景轉化為具體的形象，教師在電腦室用課桌擺成了簡單的迷宮形狀，把班上的學生分成若干小組，讓每組推薦一名學生來扮演小貓參加走迷宮比賽。這種小組合作競賽的方式能充分調動學生參與游戲的積極性，增強學生的集的榮譽感。

1. 以任務驅動的方式，引導學生討論，制訂游戲的規則：（1）小貓只能在迷宮通道中行走;（2）如果小貓碰到迷宮的邊緣，闖關失敗，小貓被送回入口處;（3）如果走迷宮時間超過2分鐘，闖關失敗，小貓被送回入口處;（4）如果小貓順利走到出口，游戲成功，順利過關。

2. 通過游戲，遷移應用。學生在“走迷宮”的過程中，通過自己的觀察思考以及和同學之間的交流討論，發現了快速找到迷宮出口的方法與技巧，很自然地將現實生活中的經驗遷移到對程序的理解中，激發了學習的欲望，變被動的“要我學”為主動的“我要學”，從而為后續的編程學習奠定了良好的基礎。

（二）問題啟發，需求分析

經過游戲的體驗后，教師引導學生分析：“這個游戲中，我們主要需要解決哪些問題呢？”“我們要用哪些方案來解決這些問題呢？”從而引出探究的任務，并引導學生列出問題清單，利用思維導圖，幫助學生分析教材中的實例，搭建編程建模的思維支架。

1. 問題清單。在這個階段，教師主要是引導學生觀看編程實例，啟發學生通過觀察、對比與思考，提出需要解決的問題。例如：（1）游戲開始時小貓怎樣回到起點？（2）怎樣讓小貓自由移動？（3）小貓碰到迷宮邊緣怎么辦？（4）小貓行走超時怎么辦？……

2. 思維導圖。本節課教師利用思維導圖把“小貓走迷宮”這個程序分解為動作、角色、背景、計時器四個部分，其中對動作這個部分又分解為“如何行走”“如何避開障礙”“如何表示到達出口”三個部分。這樣就搭起學生構建算法、設計程序的思維支架。

通過問題清單和思維導圖的運用，教師引導學生把一個看起來復雜的問題拆成幾個相對簡單的小問題，并尋找這幾個小問題之間的聯系，逐漸厘清角色的動作和編程的思路，體現了計算思維中的“分解”和“建?！钡乃枷?。

（三）自主探究，編寫程序

在這個作品程序的設計中，如何讓小貓避開迷宮墻是關鍵。為了解決這個問題，就需要先把合理的算法設計出來。本節課教師先用自然語言描述出來，接著根據語言描述設計相對應的流程圖，最后再形成相應的程序指令。

解決了“避開迷宮墻”的問題，讓學生熟悉了算法的設計過程，再啟發學生“行走超時的處理”和“走出迷宮的處理”就比較容易了。整個作品的程序設計也就相對簡單了。這種教學過程將自然語言、流程圖、程序設計對應起來，同時把掌握的方法進行轉化遷移，體現了計算思維中概括的思想。

（四）合作學習，調試改進

程序設計是一個不斷修改，不斷改善的過程。在本課中，教師指導學生用以下方法改進程序。

1. 自主閱讀，添加注釋。閱讀是調試程序設計非常有效的方法，所以自主閱讀是學生調試程序中不可缺少的環節，其中注釋又是自主閱讀中非常重要的部分。簡潔明了的注釋能方便學生在檢查、排除程序錯誤的過程中快速定位，找到問題，減少不必要的彎路，節省時間。

2. 小組合作，完善程序。當自主閱讀沒辦法找出程序錯誤時，小組合作是一種行之有效的方法。組內成員認真觀察，相互討論，群策群力，分析解決這些問題的方法，再修改程序，反復調整，直到完全正確為止。這種小組合作的模式發揮了每個學生學習的積極性，調動了他們的學習熱情。

3. 問題啟發，改進程序。在學生初步完善程序之后，教師不斷提問，由易到難，層層推進，引導學生不斷嘗試改進并創作屬于自己的個性化作品。學生在對程序方案不斷優化的過程中，需要不斷分析、尋找程序中存在的錯誤，并加以改進，使之更加完善。學生在對程序不斷的否定、創新中認真探索，不斷改進，提升了自我的能力。

（五）交流分享，遷移應用

交流分享，不僅是向同學大膽展示自己的創作思路和方法的過程，也是對別人作品的客觀評價過程。對程序作品進行評價，不但讓學生能借鑒其他同學的技術與創意，而且還有利于學生之間的交流。學生在交流的過程中完成對知識的歸納總結，也正是計算思維中的“概括”與“評估”的一種表現。如在“小貓走迷宮”這節課中，學生通過觀察、思考，從作品的設計思路和腳本程序兩方面提出自己的見解和改進的方案，同時反思自己的作品，改進自己的程序設計方案，這本身就是一種深入學習的過程。

（作者單位：福建省福州市長樂區金峰中心小學 責任編輯：黃曉夏）