基于Scratch的小學生計算思維培養策略研究

崔越超　于夢悅　趙建功

關鍵詞：計算思維；Scratch；核心素養；青少年編程教育

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）08-0110-03

1 引言

信息時代下，計算思維成為每個人所必備的素養，在小學階段開展思維教育可以有效引導學生由具體形象思維向抽象邏輯思維轉變，對于學生未來的發展有著非常重要的作用，因此如何有效培養學生的計算思維成為編程教師需要重點關注的問題，本文從計算思維的概念出發，在探討計算思維與Scratch編程教育之間關系的基礎上，就如何在教學內容的確定、教學目標的設計、教學策略的構建、課堂教學的實施以及學生作品的評價五個方面融入計算思維的培養展開分析討論，提出基于Scratch編程課程的小學生計算思維培養策略。

2 計算思維培養概述

2.1 什么是計算思維

周以真教授指出，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題解決、系統設計以及理解人類行為的一系列思維活動[1]。教育部頒布的《義務教育信息科技課程標準（2022年版》中，將計算思維列為信息科技學科的四個核心素養之一[2]，通過培養學習者的計算思維能力，使其能夠將計算機學科問題解決的方式與過程遷移到解決實際問題的應用中，幫助學生能夠快速有效的分析問題與解決問題。

2.2 小學計算思維的培養目標

小學階段是學生思維的快速發展期，在小學階段實施思維教育的目的不僅僅是為了增加學生的知識儲備，更重要的是培養學生自主探究的能力，使其學會思考問題，能夠在學習與生活中靈活運用已有知識經驗進行問題分析和解決問題，引導學生由具體形象思維向抽象邏輯思維轉變。小學生計算思維的培養目標應在一般思維教育的基礎上，通過使學生理解計算機的工作原理和實現方法，分析其中的緣由，從而達到學生善于用計算思維去思考和解決問題的目標。

2.3 小學計算思維培養的基本途徑

計算思維教育圍繞計算機科學及其相關技術展開，與計算機編程教育相關的領域作為計算思維培養的主要陣地[3]，隨著Scratch編程語言的問世，編程學習的年齡門檻得以進一步降低，6歲的兒童即可通過學習圖形化編程，創作出自己的計算機程序作品，早期國內的少兒編程教育主要關注與學生知識學習情況，近些年隨著從事Scratch教學研究的學者逐漸增多，Scratch教學研究的深度與廣度得以進一步拓寬，在編程課程中對于學生思維的培養逐漸得到了重視，人們對于少兒編程教育的認識逐漸從關注學生知識學習情況轉變為關注學生思維發展情況，逐漸將Scratch編程教育與培養計算思維相聯系，少兒編程課程也成為小學階段實施計算思維培養的有效載體。

3 小學Scratch 編程課程的發展現狀

3.1 Scratch編程簡介

Scratch是由麻省理工學院所開發的一款圖形化編程工具，目前國內基于Scratch語言開發的圖形化編程平臺數量眾多，如：小碼王、慧編程等。圖形化編程軟件通過將復雜的代碼進行組合封裝，制作成一個個好似積木的程序模塊，使得整個編程過程變得可視化，使用者通過組合程序模塊，便可創作出故事動畫、互動游戲等編程作品。由于在編寫程序的過程中，沒有“標準答案”，這就使學生可以完全按照自己的思路去解決問題，對于提升中小學生的獨立思考和邏輯判斷的能力有很大的作用。

3.2 國內Scratch 編程教育的研究現狀

自2011年以來，國內學習、研究Scratch編程的專家和學者迅速增多。國內對Scratch編程教育的教學研究主要集中在以下幾個方向：一是兒童數字文化創作課程研究，通過在教學中結合音樂、美術、文學以及計算機等多個領域，以主題式學習為載體，開展自由創作學習以激發學生的創造潛力，使學生學會使用程序解決問題并完成創作；二是兒童趣味創造，以作品創作為主線，通過創作作品使學生完成編程指令的學習，在作品創作中培養學生的創新能力；三是基于工程、藝術和研究的技術學習，這一教學研究以STEM教育為核心，將教學結構分為藝術單元、研究單元以及工程單元，其中藝術單元重在激發學生的興趣，工程單元重在實用，研究單元重在培養學生的創新能力，通過在圍繞這三個單元的案例學習，在做和學中發展學生的多元智能。總體來說，國內有關Scratch編程教育的研究的重點大多在于探索編程教育對學生思維能力、創新能力以及解決問題能力的影響。

3.3 小學Scratch 編程課程現狀

由于我國小學編程教育起步較晚，雖然相關課程近些年在各地小學迅速開展，但仍處于初期階段。當前我國在小學階段開展圖形化編程教學和圖形化編程資源開發的地區較多，但小學編程教育尚未形成完整課程體系，還沒有確立標準化的教學目標和教學內容。當前的小學編程教育主要有小學信息科技課程和社團課兩部分組織，其中小學信息科技課程為主要陣地，用以普及編程教育，社團課或興趣小組為輔佐，服務于對編程學習感興趣的學生，作為為其提供進一步學習的平臺，兩種課程共同組成了校內編程教育的課程模式，但在編程教育所注重的學生計算思維培養上，存在教師自身計算思維能力短缺，教師對于小學生的思維發展水平特點沒有清晰的認識，教師缺乏融合計算思維的教學設計能力以及課時安排有限等問題。

4 Scratch 編程課程中小學生計算思維的培養策略

4.1 在教學內容的選擇中注重計算思維

例如在講授Scratch中的“造型模塊”時，教師可以將《制作變臉小動畫》作為本節課的教學內容。一方面，小動畫的制作可以使學生在“玩中學”，在制作不同的舞臺燈光效果的過程中完成對切換背景的學習，在制作演員的變臉表演的過程中完成對切換造型的學習；另一方面，在教學中融入對變臉文化的介紹，將我國的傳統文化融入課堂教學中，培養學生的家國情懷。

4.2 在教學目標的分析中融入計算思維

合理的教學目標能夠增強教學過程的科學性，提高學生的學習效果。因此，應將小學生計算思維的培養目標融入新課標所規定的三維教學目標中。計算思維的培養目標可以分為三個維度，分別為計算概念、計算實踐和計算觀念[4]。就小學生和Scratch編程來說，計算概念是指學生在使用各種代碼塊進行作品創作的過程中，逐漸將對代碼塊的理解上升為概念，這些概念可以遷移至其他情境中使用，這一目標注重學生知識的學習；計算實踐關注學生能力的培養，強調學生在通過教師引導，自學和互助完成編程項目學習的過程中，培養學生學會獨立思考，應用所學新知和已有知識經驗去分析問題和解決問題的能力；計算觀念是學習者在編程學習中所形成的表達觀念、聯系觀念以及質疑觀念，是對學生價值觀的培養。由此可見，計算思維培養框架中的目標剛好能夠與教學目標中的三個維度一一對應，其中的計算概念對應知識目標維度，計算實踐對應能力目標維度，計算觀念對應情感目標維度。

以《學習音樂模塊》一課為例，本課的教學內容是運用“音樂模塊”中的代碼塊來控制程序發出各種聲音，針對本節課的教學內容和學生特點，結合計算思維的培養目標，得出本節課的教學目標：在計算概念方面，學生能夠說出“音樂模塊”的功能，學生能夠總結出“音樂模塊”中代碼塊的使用；在計算實踐方面，經過教師的引導、自學和同伴的互助，學生完成本節課的學習任務，培養學生問題解決的能力，使學生清楚“音樂模塊”的適用場景；在計算觀念方面，通過完成編程項目，學生體驗到編程的樂趣，在作品的展示交流中，培養學生的鑒賞能力。

4.3 在教學策略的選擇中強調計算思維

在教學策略的選擇上，教師的教學策略需要更加多樣化，應改變傳統的直接講授式教學，轉向注重學生的動手實踐、自主探究和小組合作，使學生在“做中學”。項目式學習是一種動態的學習方法，在該教學策略中，整堂教學圍繞項目來進行，通過創設情境導入項目，學生在學習過程中主動發現和探究問題，實現在課堂教學中把理論與實踐教學有機地結合起來，通過選定主題、項目分解、小組討論和展示交流等多個活動項目充分發揮學生的創造潛能，從而提高學生解決實際問題的綜合能力。面向小學生計算思維教育的項目式學習設計應該注意以下幾個方面。

在項目主題導入方面。小學生的自主分析能力較弱，并不具備自主識別活動主題的能力，因此教師應該以小游戲、小故事等情景化的形式引入項目主題，小故事、小游戲的內容應根據教學內容從學生的生活實際出發，選定具有一定趣味性的項目，使小學生能夠對項目產生興趣。例如《學習鍵盤控制角色方向》一課中，教師可以將項目主題設計成《騎小摩托送外賣》，以制作一個幫助外賣員送外賣的小游戲來導入項目主題，使得編程課程可以貼近同學們的生活，將乏味的編程課程變得有趣起來。

在項目分解方面。將大項目分解成學生能夠解決的小項目是項目完成的重要一環，也是編制項目計劃書的前提，項目完成方案的設計是項目能否完成的關鍵，分解的過程不應該由教師直接講述給學生，而是同學們在教師的引導下，通過將新學到的相關內容與已有知識經驗相結合，通過以小組合作的方式探究項目完成所需的步驟，并制定項目計劃書。在《騎小摩托送外賣》的項目中，應該使學生首先接觸偵測按鍵的學習，在具備完成本項目的知識后，進行項目分解，編制項目計劃書。

在項目迭代方面。一方面項目的迭代過程體現在學生完成項目分解后，學生需要經過完成一個個子項目以最終完成整個大項目，這一項目不斷疊加升級的過程，便是項目的迭代過程；另一方面項目迭代可以在案例項目完成后在該項目的基礎上進行，學生完成案例項目后，教師應該設置開放性拓展任務，鼓勵學生在已完成的項目上的基礎上通過疊加新的代碼塊來完善項目功能或形成新的項目。在《騎小摩托送外賣》的項目中，學生在完成該項目后，教師可以引導學生在此基礎上為游戲增加障礙物、增加計時器或增加關卡等新功能從而豐富整個游戲腳本及其場景，從而培養學生的發散思維和創新能力。

4.4 在課堂教學的實施中構建計算思維

計算思維是一種用來解決問題的思維，因此在課堂教學的實施方面，學習者在問題解決過程中的體驗是小學生計算思維培養的重要內容。利用計算思維分析和解決問題的過程可分為四個步驟，包括問題分解、模式識別、抽象和算法[5]，計算思維的培養中應該使同學們親身體驗這四個步驟，從而獲得解決問題的方法。

例如要完成《鼠標控制角色運動方向》這一任務，首先要進行的就是問題分解，分解是指將復雜問題分解為更小的、易于實現的部分，針對本任務可分解成第一步制作角色面向某一方向移動的程序，第二步在此基礎上制作連續移動的程序，第三步制作鼠標控制小貓移動方向的程序；模式識別是找到不同問題中的共同點的過程，也就是知識遷移的過程，之前的課程中已經學過了角色連續移動的程序編寫，因此第一步和第二步是可以將以前知識遷移到本項目中的；抽象是指抓住事物的本質特征，去繁求簡，本任務中的本質問題即添加哪些程序模塊可以實現小貓一直可以面向鼠標方向，由此可得解決該問題所需的是運動分類里的程序，同時我們還需要將這一程序循環執行；算法即解決問題的詳細步驟，也就是完成該任務所需的全部步驟。

在教學過程中教師應引導學生先分解問題，調用已有知識經驗中的相關信息，搜索能夠用于解決該問題的知識點，套用該知識，最后解決問題。由于這一過程比較抽象，而小學生接觸編程時間較短，尚未具備使用程序語言的能力，教師可以使用以自然語言來描述程序語言的方式，學生通過用自然語言描述自己的問題解決過程以及編程過程，使得課堂教學可以在學生力所能及的范圍內進行。

4.5 在學生作品的評價中關注計算思維

作品評價是檢驗學生在學習中計算思維水平是否提升的重要途徑，在目前的編程作品評價中，大多以二元論的方式把編程作品劃分為對和錯兩類，評價的關注點在于學生的代碼編寫及程序功能是否正確，這種評價方式無法衡量教學是否促進了學生計算思維發展。教學目標是教師計劃本節課應達到的教學效果，因此關注計算思維培養的評價方式應從計算思維培養的三維框架入手，學生對代碼塊的使用情況可以作為計算概念維度的評價內容；學生在完成項目過程中分解問題編制項目計劃書的情況可以作為計算實踐的評價內容；學生在展示作品時對于作品的介紹和描述可以作為計算觀念的評價內容。基于以上三個維度對學生的編程作品完成情況進行評價，可以更好地反映學生計算思維的發展狀況和水平。

5 總結

小學階段是學生思維的高速發展期，在小學階段培養學生的計算思維，一方面適應了新時代對于人才培養的需要，為今后學生在信息化時代解決問題奠定良好基礎，另一方面有助于小學生的具體形象思維向抽象邏輯思維的轉變。因此，在小學Scratch編程教育的過程中，教師必須在提高自身素養的同時，選用符合學生特點的教學內容，依據計算思維培養目標設計教學目標，綜合使用各種靈活有效的教學手段，引發學生的深度思考，從而使學生更好地理解知識、掌握知識，形成獨立思考的能力，提高他們的計算思維，使其信息素養得到持續快速的發展。