思維可視：Scratch教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的重要視角

摘 要：近年來(lái)，隨著計(jì)算思維價(jià)值和意義的日益突顯，如何在課堂教學(xué)實(shí)踐中有效落實(shí)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，成為當(dāng)前教育界廣為關(guān)注的話題。文章針對(duì)當(dāng)前Scratch教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的典型問(wèn)題，從“思維可視”的視角出發(fā)，將各類可視化工具有機(jī)融入計(jì)算思維培養(yǎng)的三大階段，使項(xiàng)目情境結(jié)構(gòu)化、抽象內(nèi)容形象化、煩瑣過(guò)程序列化，把原本隱性的思考方法及路徑進(jìn)行顯性呈現(xiàn)，以促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的有效培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;思維可視;Scratch教學(xué)

中圖分類號(hào)：G427 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-624X（2021）40-0085-02

引 ? 言

《江蘇省義務(wù)教育信息技術(shù)課程綱要（2017年修訂）》中將“計(jì)算思維”作為信息技術(shù)學(xué)科的四大核心素養(yǎng)之一后，計(jì)算思維的培養(yǎng)成為教育界廣為關(guān)注的熱點(diǎn)。美國(guó)麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的Scratch編程軟件給信息技術(shù)學(xué)科注入了新的活力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)、創(chuàng)新能力及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力有積極意義，是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的有效載體之一。

一、現(xiàn)狀審視：當(dāng)前Scratch教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的問(wèn)題列舉

計(jì)算思維指向識(shí)別與分析問(wèn)題，抽象、建模與設(shè)計(jì)系統(tǒng)性解決方案。在當(dāng)前的Scratch課堂教學(xué)中，不少教師采用了項(xiàng)目式、主題式、范例式、游戲式等教學(xué)方式來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，但從大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)效果來(lái)看，他們的計(jì)算思維呈現(xiàn)出“倒U型”的發(fā)展態(tài)勢(shì)[1]。筆者經(jīng)觀察分析發(fā)現(xiàn)，主要有以下幾類問(wèn)題（以下“思維”特指“計(jì)算思維”）。

（一）無(wú)視思維發(fā)展，將“完成任務(wù)”視為課堂教學(xué)的最終目標(biāo)

“任務(wù)驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)法是Scratch教學(xué)中的一種常用方法，“完成任務(wù)”被一些教師當(dāng)作一堂課的終極目標(biāo)。但完成任務(wù)的關(guān)鍵并非局限在程序代碼本身，更多地體現(xiàn)在計(jì)算思維如何滲透在問(wèn)題求解中。“解決問(wèn)題”和“思維發(fā)展”是Scratch教學(xué)的“一體兩翼”，是課堂推進(jìn)的明線和暗線。思維發(fā)展可以促進(jìn)問(wèn)題的解決，問(wèn)題解決又可以促進(jìn)思維的發(fā)展，因此，兩者的關(guān)系一定是雙線并進(jìn)、雙向滲透、雙邊發(fā)展的。

（二）架空思維發(fā)展，將“預(yù)設(shè)路徑”作為課堂推進(jìn)的主要策略

授課之前，教師往往會(huì)對(duì)授課過(guò)程做出詳盡的預(yù)設(shè)，將任務(wù)的設(shè)計(jì)思路與步驟剖析出來(lái)，在課堂上通過(guò)啟發(fā)、引導(dǎo)，按照“預(yù)設(shè)”逐層推進(jìn)，讓學(xué)生跳進(jìn)一個(gè)個(gè)預(yù)先設(shè)置好的“陷阱”。學(xué)生深陷思維之井，只見(jiàn)知識(shí)點(diǎn)而不見(jiàn)結(jié)構(gòu)體，只見(jiàn)局部而不見(jiàn)全貌，貌似有思維參與，但始終由教師引導(dǎo)，是碎片化的。對(duì)學(xué)生而言，這不是主動(dòng)的思維建構(gòu)，只能稱為被動(dòng)的思維跟隨。

二、思維可視：Scratch教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的應(yīng)然視角

實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家赤瑞特拉（Treicher）通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明，人類在接受信息時(shí)，通過(guò)視覺(jué)獲得的信息占 83%，這說(shuō)明視覺(jué)是人們接受信息的主要通道。綜觀計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程和人類解決問(wèn)題的過(guò)程，其最大的區(qū)別在于人類掌握了大量包含個(gè)人經(jīng)驗(yàn)在內(nèi)的隱性知識(shí)，而計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程要求進(jìn)行清晰的定義和描述問(wèn)題。因此，我們需要通過(guò)對(duì)問(wèn)題的層層抽象，將學(xué)生的隱性知識(shí)顯性化、思維過(guò)程可視化，從而有效提升其計(jì)算思維能力。因此，Scratch教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)需要開(kāi)展可視化教學(xué)，讓思維可視成為計(jì)算思維培養(yǎng)的應(yīng)然追求。

可視化教學(xué)將各種可視化工具植入課堂，利用圖示、表格、思維導(dǎo)圖等可視化表征，調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和動(dòng)手能力，把原本不可視的思考方法和思考路徑呈現(xiàn)出來(lái)，使其過(guò)程清晰可見(jiàn)，助力學(xué)生梳理思維、具化思維，更利于學(xué)生理解、建構(gòu)和內(nèi)化知識(shí)。

（1）任務(wù)情境結(jié)構(gòu)化。教師可以利用可視化技術(shù)，將冗長(zhǎng)的任務(wù)情境簡(jiǎn)練化、結(jié)構(gòu)化，便于學(xué)生更加系統(tǒng)、深入、發(fā)散地解讀任務(wù)情境，讓（子）任務(wù)與（子）任務(wù)之間、角色與角色之間的關(guān)聯(lián)一目了然。

（2）抽象內(nèi)容形象化。抽象建模環(huán)節(jié)能將抽象出的舞臺(tái)、角色與形象化的圖片對(duì)象一一對(duì)應(yīng)，將其各自的行為、動(dòng)作的發(fā)展用自然語(yǔ)言與程序控件進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，有助于學(xué)生從自然語(yǔ)境向程序語(yǔ)境過(guò)渡和轉(zhuǎn)化。

（3）煩瑣過(guò)程序列化。腳本搭建環(huán)節(jié)，能夠讓學(xué)生無(wú)序的思維過(guò)程得到梳理，借助可視化工具將搭建步驟序列化，處理好“先做什么，再做什么”的流程，同時(shí)助力學(xué)生不斷地將腳本與圖示進(jìn)行對(duì)照，從而轉(zhuǎn)變學(xué)生的認(rèn)知方式，讓學(xué)生重新理解學(xué)習(xí)，促進(jìn)有意義的腳本建構(gòu)。

可視化教學(xué)能讓思維可視，傳遞的不僅僅是一個(gè)圖形、一條線段、一項(xiàng)符號(hào)，而是一種思維模式，一種基于大腦機(jī)制的思考。可視化教學(xué)讓教學(xué)對(duì)學(xué)生可見(jiàn)，同時(shí)讓學(xué)生的學(xué)習(xí)、學(xué)生的思維動(dòng)態(tài)對(duì)教師可見(jiàn)。

三、躬身入局：Scratch教學(xué)中思維可視的路徑探尋

Scratch課堂教學(xué)中，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是落實(shí)學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的主要教學(xué)形式。項(xiàng)目是來(lái)自生活中的真實(shí)問(wèn)題，以小組合作形式開(kāi)展。小組合作解決生活問(wèn)題的過(guò)程即學(xué)生獲取直接經(jīng)驗(yàn)、構(gòu)建知識(shí)體系和發(fā)展計(jì)算思維的項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程。通常來(lái)說(shuō)，可以分成三階段六步驟：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，抽象建模（角色分析、畫流程圖、搭建程序），調(diào)試與再創(chuàng)作（調(diào)試程序、分享與再創(chuàng)作）。

（一）第一階段：思維導(dǎo)圖——巧設(shè)項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

項(xiàng)目來(lái)源大致有三種：第一種是教材上的項(xiàng)目，這是一種封閉式項(xiàng)目，讓學(xué)生在完成既定任務(wù)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)計(jì)算思維;第二種是基于教材項(xiàng)目的豐富和拓展，或基于已學(xué)控件或腳本的項(xiàng)目發(fā)散，這是一種半封閉式項(xiàng)目;第三種是學(xué)生自主創(chuàng)設(shè)的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目源自學(xué)生的需求、興趣愛(ài)好、生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)等，基于這些豐富多彩的生活體驗(yàn)，學(xué)生從多個(gè)角度對(duì)作品進(jìn)行創(chuàng)意想象與設(shè)計(jì)，這是一種完全開(kāi)放式的項(xiàng)目。這三種項(xiàng)目的復(fù)雜程度遞次增加。教師可以用項(xiàng)目引出問(wèn)題，接著對(duì)問(wèn)題進(jìn)行正確的理解和表述。

問(wèn)題的可視化表征大體有兩種方式。（1）由上至下式“分解”，即由一個(gè)大問(wèn)題進(jìn)行逐層分解，成為一個(gè)個(gè)小問(wèn)題，直至分解到最小的問(wèn)題單元，再由學(xué)生通過(guò)自己的分析及解題邏輯，采用自下而上逐層遞歸的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方式大多指向于完成某一個(gè)（類）給定的相對(duì)復(fù)雜的項(xiàng)目。（2）自下而上式“層疊”，即從最底層、最基礎(chǔ)的問(wèn)題單元出發(fā)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，層層拓展、嵌套，提升任務(wù)的復(fù)雜度。程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)各自對(duì)任務(wù)的理解及想象，創(chuàng)造出效果不同的作品。這種方式經(jīng)常用于創(chuàng)作型項(xiàng)目。

思維導(dǎo)圖依據(jù)類似于大腦自身的思維方式進(jìn)行思考，能非常清晰形象地對(duì)以上“分解式”“層疊式”問(wèn)題進(jìn)行結(jié)構(gòu)化表征，將各類大小問(wèn)題按層級(jí)排列，有助于學(xué)生有層次、有條理地對(duì)項(xiàng)目規(guī)則進(jìn)行理解和表述，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整體思考、系統(tǒng)規(guī)劃、任務(wù)分解及想象創(chuàng)新的能力。這是學(xué)生能夠較好地完成項(xiàng)目的前提條件。

（二）第二階段：行為框圖+流程圖——抽象建模，明確算法

抽象是引導(dǎo)學(xué)生將真實(shí)復(fù)雜問(wèn)題與場(chǎng)景抽象、簡(jiǎn)化，提取出相應(yīng)的Scratch角色與舞臺(tái)，它是計(jì)算思維的本質(zhì)之一。針對(duì)Scratch角色、舞臺(tái)進(jìn)行歸納、整理，分析它們各自的表現(xiàn)行為，這就是建模。抽象建模階段著重體現(xiàn)的是計(jì)算思維中的“系統(tǒng)思維”，可以稱之為“最細(xì)化的角色（舞臺(tái)）劇本”，包括每個(gè)角色之間的運(yùn)行軌跡、相互關(guān)聯(lián)等。

教師應(yīng)利用行為框圖來(lái)梳理角色的行為線索，架構(gòu)起整個(gè)角色的行為發(fā)展，為學(xué)生接下來(lái)明確角色程序算法——畫流程圖，提供準(zhǔn)確的“文字腳本”。學(xué)生依據(jù)這樣的軌跡拾級(jí)而上，有助于“系統(tǒng)思維”的形成和發(fā)展。

在流程圖繪制過(guò)程中，學(xué)生首先根據(jù)要求確定好基本的程序結(jié)構(gòu)（順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)），然后將“文字腳本”逐步轉(zhuǎn)化為可利用的程序控件。這一過(guò)程是由自然語(yǔ)言向程序語(yǔ)言的進(jìn)一步過(guò)渡，是計(jì)算思維中“算法思維”的集中體現(xiàn)。

確立了課程的三個(gè)核心問(wèn)題后，教師需要逐個(gè)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象建模及算法設(shè)計(jì)。如果說(shuō)思維導(dǎo)圖是整個(gè)項(xiàng)目的“總方案”，那么行為框圖+流程圖就是學(xué)生在搭建具體角色腳本之前的“導(dǎo)覽圖”和“步驟圖”，是學(xué)生分步解決項(xiàng)目問(wèn)題的參照和依據(jù)。教師建立行為框圖及流程圖，讓學(xué)生的隱性思維經(jīng)歷“文字腳本”梳理、“程序控件”轉(zhuǎn)化、“腳本結(jié)構(gòu)”三個(gè)階段，使其思維從隱性到可視，能夠有效促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

（三）第三階段：作品檢視表——反復(fù)調(diào)試，創(chuàng)作分享

為了確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在項(xiàng)目創(chuàng)作過(guò)程中，教師需要經(jīng)常運(yùn)行和測(cè)試腳本以查看效果，如果效果不理想，則需進(jìn)行修改與調(diào)試。再創(chuàng)作是利用別人的智慧再發(fā)展，是在別人作品的基礎(chǔ)上進(jìn)行的二次創(chuàng)作。進(jìn)行二次創(chuàng)作時(shí)，我們首先要對(duì)作品進(jìn)行深度分析，看哪些優(yōu)勢(shì)可借鑒，哪些不足需調(diào)整，接著就如何改進(jìn)與調(diào)整進(jìn)行新一輪的思考與重建。這兩者在思維可視的策略上有著異曲同工之妙，都是為了找“問(wèn)題”和“不足”，繼而修正、豐富、完善、重建腳本。

作品檢視表就是這樣一張集“診斷”“回溯”“修正”“豐富”“重建”為一體的多功能信息收集表，能夠幫助學(xué)生對(duì)腳本進(jìn)行及時(shí)回顧與反芻、修正與完善、推翻與再建。思維留痕，有圖可依，有章可循，也利于小組其他成員理解作品再創(chuàng)作的意圖，以進(jìn)行有針對(duì)性的討論與再造。

結(jié) ? ?語(yǔ)

綜上所述，在Scratch教學(xué)中利用思維導(dǎo)圖、行為框圖、流程圖、作品檢視表等工具開(kāi)展可視化教學(xué)，一方面能讓計(jì)算思維的培養(yǎng)清晰可見(jiàn)，推動(dòng)學(xué)科核心素養(yǎng)的落地;另一方面能使學(xué)生有開(kāi)闊的編程視野，面對(duì)復(fù)雜項(xiàng)目有整體設(shè)計(jì)、序列實(shí)施的思維方式。當(dāng)然，可視化工具只是手段，為了可視化而去可視化，反而會(huì)阻礙學(xué)生思維的發(fā)展。教師應(yīng)科學(xué)對(duì)待，合理使用，讓可視化教學(xué)助力學(xué)生思維可視，在計(jì)算思維的培養(yǎng)全過(guò)程中聆聽(tīng)思維拔節(jié)的聲音。

[參考文獻(xiàn)]

王娟.基于Scratch的創(chuàng)意計(jì)算思維可視化研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2015.

作者簡(jiǎn)介：黃麗娟（1986.11—），女，江蘇常州人，中小學(xué)一級(jí)教師，泰山小學(xué)教科室副主任，獲常州市“學(xué)科帶頭人”稱號(hào)。