淺談Scratch圖形化編程對學生計算思維的培養

謝小天

【摘要】計算機思維作為學生適應21世紀人工智能時代的必備思維方式。計算思維的培養是學校核心素養落實的關鍵環節。培養學生計算思維的有效途徑之一就是通過程序設計教學內容的方式，Scratch圖形化編程軟件作為依托工具，使學生在信息技術課堂中體現解決問題的關鍵能力。本文在Scratch教學設計過程中融入計算思維的六要素，旨在幫助學生提升計算思維。

【關鍵詞】計算思維;Scratch圖形化編程;六要素

一、什么是計算思維

近些年，人工智能技術、大數據、虛擬現實技術等新型技術廣泛發展，對人們的日常行為、思維方式和認知結構產生了巨大影響。計算思維應運而生，成為適應社會生活的一項重要思維方式。

計算思維是指把看起來復雜的問題分解成一個個簡單、具體的問題，通過分析、聯想等方法解決問題的過程。例如，我們要做一頓有葷有素的晚餐，你要怎么辦？首先你會分析，要做什么菜？對應著需要購買什么材料？接著你會通過手機查閱、網頁查找等方式了解做菜的步驟。然后你會計算做菜的時間，對菜品制作有個先后順序的排列。在明確關鍵細節后，你會開始實施做菜的各個環節。炒菜過程中出現問題，如太咸了，你會馬上灑一些水進行補救。這時你知道炒一盤菜大概需要多少鹽比較合適，最后這個數據形成一個固定數值。以后再準備晚餐時，就不會再犯同樣的錯誤了。其實這就是日常生活中用計算思維去解決問題，在這些描述中就包含了計算思維的六要素，有分解、抽象、算法、調試、迭代、泛化。

二、計算思維和Scratch圖形化編程的關系

計算思維的培養，必須依托一個工具和抓手才能在中小學信息技術課堂上實踐。 我們知道培養學生計算思維的有效途徑之一就是通過程序設計教學內容的方式。

在粵教版五年級信息技術上冊引入了Scratch圖形化編程軟件，它是由美國麻省理工學院（MIT）設計的一種可視化的編程與開發環境。 圖形化編程軟件不需要輸入復雜難懂的代碼，直接通過可視化的程序命令積木塊拼接，實現程序的快速編寫。它的素材表現力直觀，有自帶的資源庫素材，也可以導入網絡下載的資源。學生可以根據場景選擇喜歡的角色創造交互式故事、動畫、游戲等。

Scratch圖形化編程不是簡單的讓學生掌握編寫的技巧，更注重的是培養學生在解決問題時，綜合運用邏輯操作、算法、數據結構等通用的工程方法和數學知識所表現出的關鍵能力。學生在學習程序編寫的過程中需要理清各個事件發生的先后順序，理解所蘊含的邏輯操作，在此基礎上完成各個模塊的搭建、修改，由此深入淺出的解決問題，從而提升學生的計算思維能力。

三、如何培養計算思維

本文嘗試構建基于Scratch圖形化編程內容對學生計算思維培養的過程，將計算思維所涉及的六要素融入到具體教學過程中。以“問題驅動——分析歸納——腳本搭建——調試問題——延伸拓展——評價展示”等六步驟引導學生思考和操作，重點突出問題的解決過程。

（一）問題驅動

2020年一場突如其來的疫情打破了武漢這座美麗城市的寧靜生活，一朵生長在珞珈山旁的櫻花經歷了人山人海的春，又經歷了寂靜無聲的冬。它有什么夢想呢？

本課以“一朵櫻花的夢想”視頻作為導入，從櫻花的角度記錄這場疫病，記錄那些感慨與感動，生命與拼命，愛與被愛的故事?！皺鸦ā北毁x予了生命的希望，我們可以借助信息技術的手段在家與櫻花一起點亮希望，借此建立聯系，利用Scratch編程軟件創作櫻花開放的故事。

（二）分析歸納

以四片花瓣的櫻花開放過程為示例，要求學生填寫導學清單，觀察發現重復執行次數以及旋轉角度分別是多少。在對比六片花瓣、十片花瓣、十二片花瓣，引導學生分析歸納得出：執行次數就是花瓣的片數，執行次數*旋轉角度=360的結論，為后續設計櫻花花瓣的造型奠定數學基礎。

（三）腳本搭建

在了解清楚花瓣旋轉的動態動作后，開始嘗試自主搭建腳本，與旋轉角度有關的積木塊在動作模塊，與執行次數有關的積木塊在控制模塊。想要讓程序運行起來，還需要在事件模塊中找一個觸發積木塊，將這些積木塊依照邏輯順序搭建起來，點擊運行按鈕，看看運行效果吧！

（四）調試問題

在基本的腳本搭建完成后，學生會發現：花瓣只會一閃而過，不會在舞臺上留下痕跡而組成櫻花的圖形。學生思考為什么會出現這種現象呢？教師將兩種情況下的動態結果放在一起對比，學生不難發現是旋轉中心點的位置不同，一種是以花瓣邊緣位置為旋轉點，一種是遠離花瓣以某一點為旋轉點。

學生可以通過微課視頻自主學習如何設置旋轉中心點位置。如果以后再碰到類似的問題，學生能夠很快的解決。

（五）延伸拓展

功能升級：鼠標點哪里，哪里就有櫻花，哪里就會有春天。櫻花開放的位置不能盡如人意，只能在固定位置開放嗎？當然不是！學生利用所學的知識，對課堂案例進行修改。教師提出基礎要求、拓展要求，教師一定要將要求布置清楚，學生可以通過小組合作的形式一起來完成。

（六）評價展示

學習評價是一種用來觀察學生行為的工具，它能提供一些數據來幫助我們對“學生知道什么”做出合理的判斷。創作是圖形化編程重要的組成部分，我們可以采用不同的手段，例如測試、量規表、作品、檔案袋等多種形式來評價。不以程序編寫為學習目的，而是注重設計方法，體驗解決問題的過程。

【本文系深圳市光明區李松蓢學校教育科學規劃課題“圖形化編程校本課程設計與實施——以李松蓢學校為例”成果（課題編號：GMQLSL2020006）】

【參考文獻】

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