基于Scratch編程的小學生計算思維能力培養研究*

張麥玲 唐章蔚

摘? 要? 隨著信息技術的迅速發展，計算思維培養受到高度重視。在分析計算思維對于小學生重要性的基礎上，結合Scratch編程的特點分析Scratch編程與小學生計算思維培養的適切性，提出Scratch編程教學中培養小學生計算思維的策略：創設有效的學習情境鏈；創設個性化游戲，引導學生積極參與；理論知識與動手實踐雙主線培養。希望為一線教學提供思考和借鑒意義。

關鍵詞? Scratch編程；計算思維；小學生；核心素養

中圖分類號：G623.58? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）24-0033-04

0? 引言

隨著信息技術的快速發展，人工智能、機器人、大數據、物聯網技術等被廣泛應用于生產生活，人類社會進入一個全新的數字化與信息化時代，而身處這樣的數字化時代，必須具備21世紀的新素養——

計算思維。計算思維不僅能幫學生理解身邊的計算，還能幫助他們提高使用與創造技術的能力。因此，計算思維不僅成為數字化時代人才必備的素質，還是與讀寫算同等重要的基本素養。

1? 計算思維的概念

2006年，美國卡耐基梅隆大學的周以真教授首次定義計算思維，即計算思維是利用計算機科學領域相關的基本概念進行問題解決、系統設計并理解人類行為的思維方式[1]。2008年，計算思維的概念被進一步界定[2]：

1）計算思維是一種概念化的不是單純的某種編程語言的開發過程，所以培養計算思維不一定只利用計算機學習，需要學生形成一種抽象思維；

2）計算思維培養的是一種邏輯思考過程，并不是簡單機械地重復某種行為或者操作，因此，人們在學習過程中可以不斷創新；

3）計算思維是人類的思維方式，并不是計算機的，畢竟人類比計算機更聰明，所以它是人類模仿計算機的計算模式去解決人類的問題；

4）計算思維并不是簡單的一種思維，而是數學思維與工程思維的巧妙結合；

5）計算思維作為思考的最終產物，能幫助人們解決一些實際問題，甚至是管理日常行為，幫助人們學會如何與他人溝通互動等；

6）計算思維逐漸成為一種日常生活的必備技能，而不是虛無縹緲的哲學理論，是當今數字化公民都應該具備的。

總之，計算思維是人們在表征問題或者提出解決方案時的一種思維過程，幫助學習者主動構建并獨立思考，逐漸形成一種無意識的思維習慣[3]，最終學會像計算機科學家一樣思考問題。

2? 小學階段培養計算思維的重要性

2.1? 培養小學生計算思維的重要意義

1）培養計算思維能幫助學生提高問題解決能力，而且一般都是在特定的情境中幫助學生尋找問題的解決方法與策略，進而幫助學生在實際生活中發現問題并獨立解決。

2）計算思維的培養有利于提高學生的批判能力。隨著科學技術的不斷發展，人們在社會生活中面臨很多的不確定性。因此，培養小學生計算思維能夠促進學生內部心理與外部社會的交流與互動，理解身邊的計算，并學會批判性地看待身邊的科學與技術。

3）計算思維有助于提高學生的自我調節能力。受信息化社會大環境的影響，社會中的所有要素是一起進化的，它們相互作用、一同發展，而每當其中的任何一種要素發生變化，都會導致其他要素甚至是整個社會環境的變化。因此，發展學生的計算思維，就是為了使學生能在這種不斷發展變化的信息化社會大環境中不斷地自我完善和自我調節，提高適應能力。

2.2? 國內關于小學生計算思維培養的重視程度

我國在2018年明確將計算思維列入信息技術學科的四大核心素養中[4]；2019年，教育部逐步推動人工智能課程、編程教育、機器人教學等新技術在中小學階段的實施應用，這些舉措都是為了培養學生的計算思維。

總之，培養小學生的計算思維具有重要的教育意義，不僅僅是幫助學生適應當前復雜多變的信息化環境，更是為了引導學生理解信息化社會，并將計算思維中的思考方式等應用于他們將來的成長和發展中。

3? 利用Scratch培養小學生計算思維的適切性

隨著對小學生計算思維培養的逐步重視，我國把編程教育作為培養小學生計算思維的重要途徑，編程教育逐漸在中小學各階段實施開展。市面上隨之出現各式各樣的編程工具，其中Scratch編程軟件由于技術門檻低，且將抽象的語法規則、算法結構蘊藏于積木式的圖形化語言中，可以大大降低學生的認知負荷水平，因此成為中小學教師開展編程教學的主要工具。Scratch編程工具在培養學生計算思維時具有的特點和優勢如表1所示。

3.1? 較低的編程門檻和圖形化界面，提高學生的學習興趣

作為圖形化編程工具的典型，Scratch操作簡單快捷，使用門檻低，易上手，更適合小學生的思維模式。這種圖形化編程工具沒有傳統文本編程語言的晦澀和枯燥的語法，不會使小學生產生畏難情緒，有利于學生樹立編程信心[5]。Scratch的圖形化界面能有效降低學生的認知負荷，使學生集中注意力在編程所需要的邏輯與結構中，不用過于擔心編程的機制。并且Scratch的圖形化界面能激發學生的學習欲望，提高學生學習興趣，并對未來的學習內容充滿期待。Scratch編程通過降低學生的編程門檻，促進小學生對編程的興趣和自信心，并從編程過程中體會與掌握解決問題的方式，最終內化成自己的思維方式。

3.2? 編程過程視覺化，對小學生非常友好

Scratch編程過程中非常容易修改，學生只要使用鼠標拖動界面上的“積木”，就能立即看到操作后的結果。這種不斷調試與修改的過程，促使學生在不斷提出、解決問題的交互實驗的過程中獲得收獲。相比傳統的文本式編程語言，Scratch不需要使用嚴格的語法規則，學生不用過于考慮復雜的操作，直接拖動鼠標移動相應的素材，編程過程更加直接生動。因此，Scratch對于初學者或者小學生是非常友好的。

3.3? 學習內容全面化，有助于學會其他語言

Scratch編程雖然操作簡單，但它是一門真正的計算編程語言，不僅僅適用于小學生，很多成年人也用Scratch編程，而且熟練使用后還能用它實現一些復雜功能。計算機語言中所有的基本概念Scratch中都包含，如循環、判斷、函數、變量、條件等。無論是何種編程語言，都會用到這些基本概念。因此，對于已經掌握了Scratch編程的學生來說，再去學習其他任何的編程語言，都是有所幫助的。

4? Scratch編程學習中培養小學生計算思維的策略

4.1? 創設有效的學習情境鏈

在Scratch課堂中，培養學生計算思維的主要目的是讓學生學會正確的思維方式，并把這種方式合理運用到日常生活和學習中，進一步提升學生其他各方面的信息素養。因此，這種計算思維的培養是離不開情境創設的。然而，研究發現，在當前的計算思維教學中，很多教師在創設情境過程中存在情境創設連貫性弱，且情境創設只存在教學的引入部分或嵌入在某一教學活動片段中，未能將情境學習理念貫穿編程教學過程的始終等問題[6]。因此，可以創設多元情境鏈，如圖1所示。多元情境鏈是教師在不同的教學環節創設不同的情境，構建能貫穿整個教學過程且具有較強的關聯性的情境鏈，為學生提供連貫的學習情境，幫助學生串聯所學的零散知識，促進思維發展。

在課堂的導入環節可以創設導入情境，激發學生的學習興趣，使學生能夠快速將注意力轉移到課堂當中，盡快融入課堂的學習氛圍。在講解本節課的主要內容時，教師嘗試創設內容情境，把復雜、晦澀的編程講解融入有趣的情境中，使學生能更清晰地理解Scratch編程中的各項功能。進入動手操作環節時可以創設協作情境，讓學生快速與同伴進入協作模式，高效地完成作品的設計。在此期間，最好讓學生一直處于互相交流的狀態。作品完成后，教師為學生創建展示情境，鼓勵每位學生積極主動地展示自己與同伴協作完成的作品，從別人的作品中發現自己的不足，借鑒他人的優點后修改完善自己的作品。最后，作品完成并不一定等同于學生完全掌握本堂課所學的內容，此時，教師可以創建實踐情境，讓學生將本堂課所學應用到不同的游戲設計中，以此達到學以致用、舉一反三的效果。

Scratch教學中存在一些難以用語言直接講授的抽象知識和概念，學生需要通過不同的情境，運用不同的思維方式解決問題，這樣才能深入理解Scratch編程中隱含的計算思維。

4.2? 創設個性化游戲，引導學生積極參與

設置游戲化的教學策略是為了激發學生的學習興趣，讓學生能夠在輕松愉悅的學習環境中收獲知識與技能，培養創新精神和實踐能力。

4.2.1? 利用Scratch的特點進行分段教學

Scra-tch編程本身就是一種編程游戲，如果單純利用Scratch編程教學，可以適當分成兩大階段。第一階段的主要目標就是讓學生能夠學會編程的基本概念，比如順序、循環、條件等，教師將基本概念融入編程游戲的各個環節，使抽象的概念在游戲中呈現出來，學生更容易理解。第二階段可以讓學生在教師創設的游戲主題下，利用Scratch的繪圖編輯功能以及各種編程語言的指令（如動作、事件等）動手操作，繪制各種喜歡的游戲角色，完成自己的作品，并在此過程中形成良好的思維習慣。

4.2.2? 教學環節嵌入游戲，激發學生學習積極性

設置個性化的游戲化教學方式，可以在課堂中激發小學生的學習興趣。個性化的游戲教學不僅能激發學生的好奇心和挑戰欲望，還能讓他們的注意力更加集中、持久和穩定，從而培養學生的觀察能力和思考能力[7]。因此，教師在Scratch教學中，通過設計游戲引導學生積極參與各個教學環節是非常有效的一種手段。游戲的設計既要生動有趣，又要將知識、社會、文化并重；既要包含豐富的情境，又要圍繞課堂的實際教學內容。總之，要將知識點自然而然地融入各個游戲環節，激勵學生探索學習新知識，快速發展計算邏輯思維。所以，教師應在課前充分挖掘和理解教材內外的相關內容和資源，設計有效的游戲環節，激發學生的學習熱情和學習興趣。

4.3? 理論知識與動手實踐雙主線培養

在小學Scratch教學中，既要關注學生對基本知識和概念的學習，又要讓學生通過親自動手創建個性化作品提高實踐能力。教師不能總是枯燥地講解算法、程序等知識點，而應當把一個個晦澀難懂的知識點融入教學實例中，引領學生動手實踐，從而感受、體驗完整的程序開發過程。只有學生親自感受探究和摸索的過程，才能快速提升計算思維能力。小學生正處于學習能力的黃金時期，創造力與想象力非常豐富。要多鼓勵學生親自動手實踐，在創造作品過程中鼓勵他們加入自己的想法和創意，最好能用自己的原有知識經驗創造出更加有個性的作品，這是學生在Scratch學習過程中最大的收獲。

5? 結束語

總之，為了更好地培養小學生的計算思維，一線教師在Scratch課堂中要積極轉變教學理念，通過不斷地進行教學實踐設計出更適合培養小學生計算思維的策略。在實際教學過程中還存在很多問題，這需要研究者和一線教師共同努力構建出完善的計算思維培養體系，促進學生健康發展。

參考文獻

[1] 王羅那，王建磐.人工智能時代需要關注的新素養：計算思維[J].比較教育研究，2021，43（3）：24-30，38.

[2] 熊秋娥，葛越.Scratch游戲化編程培養小學生計算思維的實證研究[J].基礎教育，2019，16（6）：27-35.

[3] 張進寶.計算思維教育：概念演變與面臨的挑戰[J].現代遠程教育研究，2019，31（6）：89-101.

[4] 教育部關于印發《普通高中課程方案和語文等學科課程標準（2017年版）》的通知[A/OL].（2017-12-29）[2019-03-18].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/201801/t20180115_324647.html.

[5] 傅騫，解博超，鄭婭峰.基于圖形化工具的編程教學促進初中生計算思維發展的實證研究[J].電化教育研究，2019，40（4）：122-128.

[6] 楊文正.學習情境鏈創設視域下的計算思維培養模式[J].現代遠程教育研究，2021，33（5）：72-81.

[7] 周紅梅.應用游戲化教學原則培養小學生計算思維[D].武漢：華中師范大學，2021.

*基金項目：本文系2018年遼寧省教育科學規劃項目“基于移動終端的農村教師專業發展網絡學習空間構建研究”（項目編號：JG18DB929），2018年渤海大學專業學位研究生示范課程項目《信息技術與教育》階段性研究成果之一。

作者：張麥玲，渤海大學教育科學學院，從事中小學信息技術教育研究；唐章蔚，渤海大學教育科學學院，教授，碩士研究生導師，從事信息化教育教學環境設計及其應用研究（121000）。