基于计算思维的小学Scratch编程教学模式构建

杨桂冰 杨文娟

摘 要：在信息技术学科领域，计算思维是重点培养的思维方式。中小学信息技术教师在教学实践中渗透计算思维的培养，能提高学生问题解决的能力，同时锻炼他们的逻辑思维。本文阐述了计算思维的操作性定义，指出在小学Scratch编程教育中渗透计算思维教育的可能性。笔者从计算思维的基础概念出发，以计算思维问题解决过程的六个要素为设计依据，构建了基于计算思维的小学Scratch编程教学模式，包括“创设情境，明确问题”、“角色分析，行为梳理”、“画流程图”、“搭建脚本，设计程序”、“修改脚本，优化程序”以及“交流分享，再创作”六个流程。为了体现教学模式的流程设计，本文详细讲述了具体的教学案例。希望能为中小学信息技术教师开展Scratch教学提供一些参考。

关键词：计算思维;小学信息技术;Scratch编程教育;教学模式

一、引言

周以真教授在2006年提出：“计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。”[1]在周教授定义了这个概念以后，国内外计算机界和教育界的研究热点便指向了计算思维。简单而言，计算思维就是利用简约、转换、抽象、分解、建模、纠错等方法来解决一个复杂问题的过程。[2]在我国2017年新课程标准改革中，凝练了信息技术学科的核心素养，同时也将计算思维定为信息技术学科核心素养之一。因此，这一问题非常值得我国中小学信息技术教师认真思考——如何培养学生的计算思维。

二、计算思维的操作性定义

计算思维的操作性定义是在2011年，由美国国际教育技术协会（ISTE）联合计算机科学教师协会（CSTA）提出的。基于计算思维的表现性特征，他们认为：计算思维是一个问题解决过程，并且包括以下六个要素——明确问题、分析数据、抽象、设计算法、评估最优方案、迁移解决方法。[3]

（1） “明确问题”是解决复杂问题的前提，是指人们能够将待解决的复杂问题重新阐述成一个利用数字化工具能解决的问题。（2）为了能够顺利地解决问题，人们首先需要“分析数据”。通过合理地分析数据、组织数据，理清其中的逻辑关系，降低问题的难度。（3）“抽象”的目的在于呈现分析后的数据，可以使用模型或模拟等方法。（4）在问题解决过程中，“设计算法”是关键。通过设计一系列有序的步骤，解决问题的方案就会慢慢浮现。（5）为了达到步骤与资源的最有效整合，还需“评估最优方案”，找到最合理、最高效的解决方案。（6）“迁移解决方法”是指归纳、总结问题解决的过程与方法，并将其迁移、应用到其他问题的解决上。所以说，计算思维指的是一个过程，是计算机或人类借助数字化工具一步一步解决复杂问题的过程。

三、Scratch编程教学与计算思维

在我国小学信息技术课程开展中，编程教育早已遍地开花。而Scratch编程软件，是教师们开展编程教育应用最普遍的教学工具。在进行编程学习时，学生在设计算法之前必须分析任务，明确待解决的问题。然后，借助教师提供的学习资料，自主地设计程序以解决问题。学生在Scratch编程的学习过程与计算思维问题解决的过程有许多相似、共通之处。所以，可以将Scratch编程教学作为计算思维教育的有效途径。如何在Scratch教学中渗透计算思维的培养，这一问题值得中小学信息技术教师深入思考与研究。

四、基于计算思维的小学Scratch编程教学模式

笔者从计算思维的基础概念出发，以计算思维问题解决过程中的六个要素为设计依据，并结合Scratch教学中采用的策略，构建了以培养学生计算思维为导向的小学Scratch编程教学模式（如图1）。本教学模式包括“创设情境，明确问题”、“角色分析，行为梳理”、“画流程图”、“搭建脚本，设计程序”、“修改脚本，优化程序”以及“交流分享，再创作”六个教学流程。

该教学模式图包含三层，中间层为教学模式设计的主要依据——计算思维问题解决过程中的六个要素。上层为培养学生计算思维过程中教师“教”的流程，下层为学生在课堂中“学”的流程。教师通过创设情境、提供学习工具、整理学习资源、问题引领等策略，引导学生自主完成各个环节的小任务。随着各环节任务的完成，学生的计算思维能力会逐渐形成。并且，随着学生逐渐学会如何去分析问题，他们问题解决的能力也会有所提高。学生在具体的情境中明确问题，通过角色分析、流程梳理来分解问题，通过画流程图理清思路。设计程序解决问题，并不断改进程序、优化算法。最后，勇于分享和表达自己的设计思路和創意，建立学习编程的信心。总结问题解决的方法和过程，并尝试迁移到其他问题的解决上，形成良好的计算观念。

五、基于计算思维的小学Scratch编程教学案例

下面以“玩转篮球”一课为例，详细阐述基于计算思维的小学Scratch编程教学模式。在本课中，学生需要完成“玩转篮球”作品。在作品中，小贝在听到主持人的命令后开始转动篮球，进行花式篮球的表演。

1.创设情境，明确问题

本课例的情境为：“一年一届的厚街镇小学生篮球比赛在体育公园拉开帷幕，小贝作为赛前花式篮球表演的一员，为大家献上了精彩的表演！”为了便于学生理解情境、激发他们的创作兴趣，教师创设的情境需要更接近学生的生活与学习。通过体验Scratch教学实例，学生明确了本节编程课最终要实现的效果。在本环节中，学生必须明确问题，才能完成计算思维问题解决的第一步。

2.角色分析，行为梳理

学生通过小组交流讨论来完成“作品分析卡”，主要分析两个问题：（1）各个角色都有哪些动作行为？并匹配出对应的Scratch积木块。利用Scratch积木块表示出角色的动作行为，也是在锻炼学生抽象的计算思维能力。（2）角色与角色的行为之间是否存在一些逻辑关系？用简单的话告诉学生，也就是角色行为之间的先后关系。通过分析这两个问题，学生将角色的行为都进行了分解，并且理清了中间的逻辑关系。所以，在学生分析和思考的过程中，他们分析问题的能力和逻辑思维能力都能够得到很好的锻炼。

3.画流程图

本环节学生要完成的任务是：画出各个角色的动作流程图。利用流程图将角色所有的动作行为按顺序表示出来，能够更容易地设计复杂程序的算法。在绘制流程图的过程中，培养学生计算思维中的抽象能力，同时锻炼他们的逻辑思维。

4.搭建脚本，设计程序

学生根据前面的分析梳理以及所画的流程图，拖拽积木块进行脚本的搭建。学生一边搭建脚本，一边调试作品效果。程序的编写在不断地思考与尝试中逐步完成。当学生未能成功搭建脚本时，教师引导其发现问题，再继续调整程序，提高学生设计算法的能力。

5.修改脚本，优化程序

在本案例中，教师引导学生发现问题：在现实生活中，表演者不能控制每次篮球旋转的次数，每次表演中篮球的旋转次数都会不一样，如何设置篮球的旋转次数才更加合理呢？随着问题的抛出，学生开始寻找问题解决的方法来改进程序。通过不断地调整与测试，优化程序的意识会不知不觉地存在于学生的大脑中，从而培养学生计算思维中优化程序的能力。

6.交流分享，再创作

分享交流是Scratch教学中重要的一环。通过让学生讲述自己的设计思路和想法，能够增强他们学习Scratch编程的信心。同时，教师引导学生总结程序创作的过程，慢慢培养学生归纳问题解决的方法，并引导其将方法迁移到其他程序的创作当中去。

六、反思

在运用基于计算思维的小学Scratch编程教学模式后，产生了不错的效果。学生的计算思维能力得到了提升，分析问题、解决问题的能力也有所提高。学生在自主学习和解决问题的过程中，获得了信心和满足，学习编程的兴趣也越来越浓厚。

但是，本教学模式也还存在几点问题：（1）由于小学生感性思维占据主要部分，在作品分析时存在一定的难度，尤其是在分析角色之间的逻辑关系上。为此，教师应该认真思考解决办法，为学生提供更好的“脚手架”，降低他们自主分析的难度。（2）再创作，体现的是学生对问题解决过程的总结以及方法的迁移运用，但概括方法对于小学生而言是过于抽象。在此环节，学生往往凭借自己的主观认识或者是过程中的个别环节来完成作品，忽略问题解决的方法总结和迁移。

一个好的教学模式，需要更多实践经验的打磨来使其更加完美。笔者在今后的信息技术教学中，必将不断地实践与反思，改进本教学模式，更好地渗透计算思维的培养。

参考文献：

[1] Jeannette M. Wing. Computational Thinking [J].Communications of the ACM， 2006， 49（3）：33-35.

[2] 谢忠新，曹杨璐.中小学信息技术学科学生计算思维培养的策略与方法[J].中国电化教育，2015，346：116-120.

[3] ISTE & CSTA. Computational thinking teaching in K-12 Education： teacher resources， second edition （2011） [DB/OL]. http：//csta.acm.org/ Curriculum/sub）/CurrFiles/472.11CTTeacherResources_2ed-SP-vF.pdf，2015-11-23.

[4]王旭卿.面向三维目标的国外中小学计算思维培养与评价研究[J].电化教育研究，2014，7：48-53.

[5]陈茂贤，何国星.基于计算思维培养的小学Scratch编程教学[J].教育信息技术，2017，10：53-57.

廣东省东莞市教育局教育科研2018年度规划课题《基于“计算思维”的Scratch镇本课程的开发与实践》（课题编号2018GH317 ）成果之一

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