計算思維融入創客教育的實踐與思考

徐新中

【摘 要】當前，Scratch教學已深入我國中小學課堂，其對提升學生信息技術學科核心素養的作用得到普遍認可，尤其是Scratch教學與學生計算思維、創新能力的促進融通更是得到廣泛關注。本文結合基于計算思維的創客教育理念，依托教學實例，運用Scratch教學“六步法”即“制訂問題、角色分析、畫流程圖、搭建腳本、調試程序、分享與再創作”進行了詳細的詮釋解讀。

【關鍵詞】計算思維;創客教育;Scratch教學

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2021）06-047-03

Scratch的內容設置屬于“算法與程序設計”模塊，是讓計算思維落地生根的一個很好的平臺。計算思維是指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，是一個問題解決的過程。該過程包括制訂問題、分析數據、抽象、設計算法、選擇方案和推廣等6個步驟。我們把它對應落實在Scratch教學的各個環節，即制訂問題、角色分析、畫流程圖、搭建腳本、調試程序、分享與再創作。本文以江蘇版小學信息技術五年級教材Scratch單元“賽車游戲”一課為例，嘗試探析基于計算思維的小學創客教育實踐運作策略。

創設問題情境，交流創見

新課程改革推進到今天，在課堂教學中創設恰當的情境，激發學生求知的興趣和主動性，讓學生在富有生活氣息、貼近已有認知的氛圍中探求新知，已成為提高各學科教學效率的重要環節，信息技術學科當然也不例外。信息技術學科有自己的特性和優勢，可采用一些更加個性化的方式方法。筆者認為一般可以根據教學內容創設游戲、故事、任務等情境來拓寬學生視野，體驗學習樂趣。在“賽車游戲”教學中，我們采取了“兩步曲”的形式，層層激趣、交流所見、啟迪智慧。

一是視頻感知。上課伊始，播放一段反映當前無人駕駛技術應用的視頻，視頻中的汽車“聰明”地轉動方向盤、靈活地穿行在大街小巷，讓學生不由得發出嘖嘖驚嘆之聲。教師不失時機提出問題“你了解這種汽車嗎”，學生們紛紛舉手，交流自己的所見、所聞、所思。雖然學生們認知程度不同，但激活課堂氣氛的目的已然達到。

二是游戲遷移。在學生的興趣都聚焦到無人駕駛技術上后，教師又拋出了“其實很多同學早已玩過‘無人駕駛——遙控玩具，但這與我們剛才視頻里見到的汽車有著本質的區別，你知道是什么區別嗎？”這一富有挑戰性的問題。遙控汽車、遙控飛機等都是孩子們喜歡且熟悉的玩具，它們表面上的“無人”究竟和實質上的“無人”有什么差異，教師投下的“一石”激起“千層浪”，學生聯系自己的生活經驗展開了熱烈的討論、交流，形成了基本共識：遙控玩具實質是人在觀測、操控，是“有人駕駛”。

科學分析角色，確立創意

在學生對“遙控”與“無人”有了實質性認識后，教師及時把學生的注意力吸引到本課的教學重點上，幫助學生理解“無人駕駛”的技術原理，科學分析實現自動駕駛的關鍵角色設置。

現實中的無人駕駛汽車集視覺計算、自動控制、人工智能等眾多技術于一體，是建立在智能控制技術、計算機科學高度發展的基礎之上。一般理解就是采用各類車載傳感器探測車輛周邊環境，并依據探測所獲得的車輛位置、道路和周圍各類障礙物信息數據，自動調控車輛的方向、速度等，從而確保車輛能夠正常、安全地行駛在道路上。在Scratch教學中，我們采用“化難為易”的策略引導學生深入研究嘗試，對賽道、賽車、傳感器等角色進行科學分析與定位，開展創造性思考、設計。經過討論交流，大家歸納出可以通過給賽車繪制兩個色塊來模擬傳感器，由于賽道為黑色，草坪為綠色，賽車左右兩個傳感器可以分別設為黃色、藍色，賽道終點線設為紅色，不同的顏色便于區別判斷。在人工智能領域，真正的探測配件可以采用“紅外傳感器”當作一部賽車的循跡探頭。循跡探頭有發射端和接收端，發射光線如果遇到白色區域時，光線被反射回來，判斷后輸出高電平;如果遇到黑色區域，則不會被反射，判斷后輸出低電平。接下來通過控制賽車的左右電機即可實現循跡了，道路一般用黑色膠布來鋪設，又稱黑線循跡。

探究規范流程，鼓勵創新

從事編程設計的人士普遍認為使用圖形表示算法是一種極好的方法，有著“千言萬語不如一張圖”的說法。在小學Scratch單元學習中，學生大都是初次接觸流程圖知識，課堂上應該從學生已有經驗出發，緊密聯系現實生活，引導學生認識到要圓滿完成Scratch主題任務必須先有科學的規劃，領會流程圖在規劃中的重要作用，幫助學生設計出既能順利穩妥地完成相關活動任務，又可靈活創新地安排科學合理的流程，實現“條條大路通羅馬”的效果。

在教學中，我們一般主張采用“個體思考—小組討論—匯報設想—形成思路”的形式來組織學生探究出具有可行性、創新性的流程圖。首先組織學生從剛才賽道模擬的直觀感受中得到啟發，確定好流程圖的起始設置，圍繞全程運行中的實際情況考慮應對各種路況的方法，再用小組代表匯報的方式班內交流各組的設想，尤其注意收集和分析不同的意見想法，最后提煉形成具有典型性的若干種規范流程圖，可以用板書的形式供全體學生參考借鑒。

另一種方式是“化碎為整”，在Scratch學習過程中，最常見的問題是程序過于瑣碎，學生學習的過程中容易遺漏知識點，且由于流程圖知識有相當突出的專業性，小學生的知識儲備尚未完全到位。教師可在教學前設計相應的知識結構，如將賽車游戲的相關控件以流程圖的形式預先展示給學生，再一步一步實現最終的目標，讓學生預先知曉自己所做的是什么動作，并在此過程中逐步領會各個流程之間的關系，形成對問題解答的知識結構體系。

兩種教學流程圖的方式針對的是不同基礎的學生，前一種偏重對學生自主合作、探究創新能力的培養，后一種以教師的“導”為主，需要教師因人、因時合理選擇，教無定法，貴在得法。

構建基本腳本，實踐創作

在學生對流程圖有了清晰認識后，就進入了搭建腳本這一實踐操作環節，由學生在各功能模塊中選取相應的控件進行腳本的構建，我們結合本課教學要求設計了“爭做合格賽車手”活動。

本活動主要安排學生自主完成賽車游戲程序的編寫，教師可提醒有困難的學生查閱教科書相關章節或瀏覽課前準備的有關操作要點的參考視頻資源等。學生在操作中及時發現、反饋問題，并與教師和同伴交流。我們主張信息技術課不必上成“靜悄悄的”，而應該是“熱騰騰的”，只要學生的思維沒有偏離學習目標，課堂上的交流討論、走動觀摩等都是學生個性的張揚與表露，對Scratch編程而言更是智慧火花的碰撞，在這種寬松有序的氛圍中，學生一定能創作出非常科學有效的腳本。當然，教師的指導、點撥也必須到位，如何把流程圖上的美好設想轉化為腳本區五顏六色、功能各異的控件組合，相當于由“紙上談兵”轉入“沙場實戰”，發現普遍性的問題進行集中評議講析，發現個例問題則單獨輔導，讓學生感受到教師是可親可靠的課堂參與者、合作者。

運行調試程序，開拓創舉

在Scratch編程教學中，對程序的運行調試其實是自搭建腳本起就時刻都在進行的，這里闡述的主要是整體腳本已構建好之后的綜合調試、修改，根據賽車游戲的特點，我們也安排了以下兩個步驟。

一是測試程序可行性。前文我們倡導在畫流程圖時可以“創新”，在搭建腳本時可以“創作”，期望學生作品能有“殊途同歸”的精彩，而在調試中能否讓小車順利、高標準地走完賽程就是檢驗是否“創”成的試金石。在課堂上，我們看到的賽車可謂姿態萬千，有些穩穩當當駛完全程，有些走出幾步就沖入草坪，最為常見的是一些賽車在轉彎時失控轉圈。依托看似相近的腳本設計為什么賽車的行駛會有那么大的區別，這是非常值得師生思考、辨析的問題，此時教師可組織學生開展對比研究、討論交流，幫助學生探索發現賽車的速度快慢、轉向角度大小等因素都能影響行駛的狀態，從而體悟到編程需要的嚴密邏輯與精準設置。

二是爭當優秀賽車手。在通過修改速度、轉向角度等相關數值，確定賽車都能正常行駛后，我們把要求進一步提高，讓賽車真正具有競技的氣息。此時，Scratch“偵測”模塊中的“計時器”控件就可大顯身手。通過引入此控件，賽車行駛時間即時呈現，本已“熱騰騰”的信息技術課堂猶如加入了柴薪，比學趕超、奮勇爭先的激情洋溢課堂，“為什么他的速度比我慢，卻比我少用1秒”“速度、角度是獨立設置，還是可相互配合”……一個個極具思考性、挑戰性的問題在課堂上掀起了新一輪討論熱潮。

分享推廣作品，完善創優

學習成果的分享推廣也是新課程改革所提倡的，對于信息技術學科而言，更有其先進、便捷的信息化平臺與形式。Scratch軟件提供了“錄制成視頻”“分享到網站”等功能，同時學生還可運用Scratch社區工作室、微信、QQ等進一步宣傳推廣自己的作品。我們認為，合理地分享推廣作品至少可以起到以下兩個作用：一是讓學生富有成就感。自己的作品達到網絡小游戲的水平，得到別人的認可，其內心肯定是喜悅且滿足的，也對下階段持續學習Scratch、學習編程知識提供了心理保障，激勵學生持續創優。二是提升作品質量。通過分享，大家會用各種形式評議、反饋已有作品，集眾人智慧促進作者進一步修改完善，持續提高，使作品的質量達到更高的層次。

計算思維不能是空中樓閣，而必須蘊含在程序設計等實際教學之中，程序設計關注的重點是邏輯與創造，因此教師必須科學引導學生領悟程序設計的內涵，進行具有拓展性、創造性的思考辨析，逐步形成解決問題的邏輯思維和創新理念。以上僅是以“賽車游戲”為例按照Scratch教學的常用步驟予以膚淺的解讀。在實際教學中，環節間的整合重組、輕重取舍都應根據實際情況進行調整。

作者單位：江蘇宜興市實驗小學