基于學生計算思維培養的小學Scratch課堂活動設計

潘舒婷

【摘 要】在小學信息技術課程實施過程中培養學生的計算思維，是一線教師關注的熱點內容。本文簡述了計算思維的概念，根據計算思維包含的算法、評估、分解、抽象、概括思維這五大要素，分別設計了基于計算思維某一方面培養的單個課堂活動以及通過整體課堂設計多個課堂活動，落實對學生計算思維的培養，希望給一線教學工作者帶來一些共鳴。

[關鍵詞】計算思維Scratch教學 活動設計

一、???????? 計算思維的概念

計算思維（Computational Thinking）這一概念，最早 是在2006年3月，美國卡內基·梅隆大學的華裔科學 家周以真教授在計算機權威期刊Communications of the 上首次提出的。她將計算思維看作除讀、寫、算之 外每個人都必須具備的另一種基本技能。她對計算思維 的界定是：運用計算機科學的基本概念去求解問題、設 計系統和理解人類的行為。通過約簡、嵌入、轉化和仿真 等方法，把一個看起來困難的問題重新闡釋成一個我們 知道怎樣解決的問題。

計算思維的提出，引起了學界的廣泛共鳴。2013年， 南安普敦大學的兩位博士提出計算思維包括算法、評估、 分解、抽象、概括這五個方面的要素。計算思維實質是人 的思維，是一種描述當我們思考如何利用計算機來解決 問題時所釆用的過程和方法，是人類求解問題的一種途 徑，是一種人們都具備的思維方式。

二、???????? Scratch是培養學生計算思維的重要載體

計算思維已成為小學信息技術學科的核心素養之 一，在2018年3月頒布的《江蘇省義務教育信息技術課 程綱要》中，已將計算思維的培養列入課程總目標。

Scratch是一款面向兒童的編程軟件，其積木式指令 直觀易懂，趣味性強，在學習的過程中，學生們能夠有機 會去思考、去表達、去推理、去創新，讓他們在設計與思維 間不斷尋求平衡與挑戰。Scratch作為小學信息技術教 學內容之一，成為對學生進行計算思維訓練的有效載體， 能有效地訓練學生的創新意識，培養其解決問題的能力。

三、???????? Scratch教學中培養學生計算思維的策略

本文借助南安普敦大學兩位博士關于計算思維的五 要素——算法、評估、分解、抽象、概括，圍繞這五個方面 的思想培養作活動設計。

在Scratch教學中，教師可以根據課堂教學內容，設 計課堂某個教學活動，關注計算思維的某一方面進行培 養;也可以設計多個教學活動，關注計算思維的多個方 面進行培養。

（-）基于單個計算思維培養的課堂活動設計

1.????? 算法思維培養的課堂活動

算法思維是一種通過明確定義的步驟來解決問題的 方法。算法的本質是一系列清晰明確的指令，只要有規 范的輸入，計算機就會執行相應的指令，在有限的時間輸 出結果。

如在學習X、F坐標概念時，可以借助“青蛙過河”（見 圖]）這樣一個實例，即要讓青蛙從起始位置跳到第一片荷葉上，再到第2片、第3片，直至對岸，要完成這樣的任 務，如果用前面學習的移動步數來實現顯然不科學。這 時就需要知道荷葉的位置，這個位置是用X、X來表示的， 只要正確確定荷葉位置的值，然后按照第一、二、三片荷 葉的順序，搭建腳本，青蛙就能順利到達河對岸O

2.????? 分解思維培養的課堂活動

分解是對整體任務進行合理的功能模塊劃分，將總 任務分解成可以單獨進行理解、開發的子任務，減少一次 要處理的任務負荷，使復雜的問題得以比較容易地解決。

比如，在理解“造型”這個概念時，我們借助“火柴 人跳舞”（見圖2）這一實例，上課時，教師可以先請會跳舞的學生上臺表演，然后通過慢動作對舞蹈動作進行分 解，讓學生體會連貫的舞蹈其實是由一個個分動作構成 的，學生會很快明白“火柴人”之所以能跳舞，是因為“火 柴人”這一角色有三個不同的動作，即三個造型。設計 三個造型，然后通過控制命令到下一個造型，“火柴人” 就有了連續的動作，達到了跳舞的效果。

3.????? 抽象思維培養的課堂活動

抽象是采用計算機可以處理的方式界定問題，是一 種使問題更容易思考的方式，它是指摒棄復雜的細節問 題，抽取并關注對象的本質特質，使得問題在沒有任何損 失的情況下變得更容易。

比如，在學習“闖迷宮”游戲時（見圖3 ），小球如何 從起始位置成功到達終點呢？這里將小球抽象成角色 1，將由上向下落的動態小黑棒抽象成角色2，將迷宮抽 象成舞臺背景，將小球移動，抽象成程序中用方向鍵控制 運動，將小球碰到黑色回到起始點抽象成程序中重復偵 測循環結構。

4.????? 概括思維培養的課堂活動

概括是基于先前已經解決的問題，將其概括作為通 用解決方案，以便于推廣到更廣泛的問題情境中。當遇 到新問題時，可以根據先前的解決方案進行組合或者改 造，快速解決新的問題。

比如，學生在學完“攔球”這一課后，知道了攔球的 關鍵腳本在偵測語句，知道了解決問題的方案，然后就可 以腦洞大開，利用這些關鍵語句的作用，設計出豐富的作 業（見圖4）。

5.?? 評估思維培養的課堂活動

評估確保一個算法的解決方案是最佳方法，各種算 法的性能都需要進行評估，比如，答案是否正確？速度是 否合適？是否方便人們使用？因為_個理想的解決方案 不可能完美地滿足所有這些條件，所以需要綜合考慮多 個指標對算法進行評估。

比如，在設計搶紅包游戲時，如果紅包下落的速度和 福袋移動的速度設置得不合理，則游戲就缺少應有的挑 戰性或趣味性。在評估之前，各個算法的邏輯沒有問題， 搶到多少金額，計數器就會增加多少，但在功能評估時， 紅包速度設置得不恰當，導致要么速度太快，搶不到，要 么速度太慢，沒有挑戰性，用一般的移動方法甚至出現紅 包經過福袋時的計數出現了問題。經過多次試用，意識 到紅包下落的狀態用Y軸的變化比較合適，且采用隨機 函數，每次增加在-3到-10之間的范圍，福袋移動的速 度在10個單位，體驗者在使用時舒適感比較好（見圖5 ）o

（二）基于多個計算思維培養的課堂整體教學活動 設計

在Scratch教學過程中，教師除了有針對性地設計有 關計算思維某方面思維培養的活動外，也可以針對具體 教學內容，在整體設計一節課的課堂教學活動時，充分發

表1計算思維培養的相關教學活動 掘計算思維的各方面內容，利用多種思維方式來設計課 堂教學活動。

比如，在學生學完教材內容的主要內容后，設計一節 綜合應用課“我是游戲設計師”，本課涉及多個計算思維 培養的相關教學活動（見表1 ）

從上述完整課堂教學案例中可以發現，基于計算思 維的具體內容來設計課堂教學活動，能更好地讓學生理 解與掌握Scratch相關模塊命令。比如，通過算法思維 把問題分解成具體的有序、詳細的步驟，培養學生利用 Scratch進行分析問題與解決問題;通過歸納（概括）思 維，把利用Scratch解決問題的方法遷移應用到更加廣泛 的問題解決中，把對某種腳本的概念與原理的理解方法 遷移到其他類似概念與原理的理解中。另外，教師還要 充分發掘Scratch教學內容所蘊含的計算思維的相關內 容，在學生理解與掌握Scratch相關知識與技能的同時， 培養學生的計算思維。

Scratch教學軟件作為有趣的教學內容深受學生的 喜歡，教師在教學過程中應根據學生的學習興趣，通過 Scratch教學實踐與理論有機結合，采取有針對性的訓 練，加強學生的計算思維能力培養，讓學生在Scratch學 習過程中慢慢養成思維的好習慣，從而使學生的程序優 化能力、創新能力都有所提高。

【參考文獻】

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