Dr.Scratch在中小学Scratch课程中的应用

张加莎+++刘菁+++韩骏+++侯敏

Scratch是美国麻省理工学院（MIT）多媒体实验室终身幼儿园研究小组开发的一款图形化编程软件，主要面向 8至16岁少年儿童。自面世以来，得到国内外不同人士的青睐，尤其在规模较大、教育水平较高的地区发展更为迅速。很多学校开设Scratch课程，希望借助该课程培养学生的计算思维能力。而Dr.Scratch是一款免费、开放的网络应用程序，由西班牙胡安卡洛斯国王大学的教师团队开发。该款软件可以帮助教师或学生分析Scratch项目，同时给出反馈，可帮助学生提高编程技能，发展计算思维。本文中，笔者介绍了Dr.Scratch在中小学Scratch课程中的应用，以期为中小学教师和Scratch学习者、爱好者提供借鉴。

Dr.Scratch相关简介

1. Dr.Scratch与Scratch的关系

在计算思维能力培养成为计算机教育界重点关注对象的今天，Scratch的出现无疑给小学信息技术教育带来了另一个机遇。Scratch软件是完全免费的，除了名称和小猫的标志，开发者们公布源码，允许任意修改、开发和传播，并提供网站供用户分享作品、交流意见和建议。Scratch软件当前的版本为Scratch2.0，有在线版本和离线版本。在线版本允许使用者直接在Web浏览器里创建和修改项目，不用再安装其他软件；离线版本可在无法连接网络的情况下使用，目前提供免费下载。如果使用者需要在Scratch官网上分享自己的作品，就需连网上传。目前，还有针对年龄在5到7岁之间儿童的编程软件ScratchJr，可在移动端下载安装，孩子可以在没有任何基础的情况下，使用平板电脑或手机，用拖曳图形的方式进行编程。

在美国，Scratch 的应用主要与 STEM 教育相结合；在英国，Scratch为学生带来更多的创造空间；在日本，Scratch深受学生创客喜爱。在我国，很多中小学信息技术课程中都开设了Scratch课程，有的学校还组织开发Scratch校本课程，希望借用Scratch课程提高学生的综合素质，培养学生的计算思维能力，一些教育机构也开设了Scratch课程培训班。但是，在编程教学过程中，如何评价学生的编程作品和评估学生计算思维能力一直是教学者思考和探索的问题，也是困扰教师和学生的一个难题。为了解决这个问题，西班牙胡安卡洛斯国王大学的教师团队开发了基于网络的应用程序Dr.Scratch。

Dr.Scratch是一款免费、公开的网络应用程序，能够帮助教师和学生自动分析Scratch编程作品，同时给出反馈，可帮助学生提高编程技能，发展计算思维能力。该应用目前可同时支持分析Scratch1.4和Scratch2.0版本的作品。其主界面如图1所示。从主界面图中可以看出，Dr.Scratch菜单栏有5个选项，内容分别是该软件的特点、如何使用、正在努力提高的地方、联系方式和注册登录。Dr.Scratch提供两种分析Scratch作品的方式，即如果学生是在线完成作品，则使用第一种分析方式，提供自己作品的网址即可；如果是离线完成作品，则使用第二种分析方式，选择本地Scratch作品分析即可。虽然该应用程序的语言目前没有中文版本，但其英文版也可方便地使用。

2. Dr.Scratch计算概念

Dr.Scratch软件中有7个计算思维的基本概念（以下称计算概念），分别是抽象和问题解决（Abstraction and problem decomposition ）、并行（Parallelism ）、逻辑思维（Logical thinking） 、同步（Synchronization ）、顺序控制（Flow control ）、用户交互（User Interactivity） 、数据表示（Data representation ）。学生进行作品的创作时会涉及这些概念，Dr.Scratch在分析学生的作品时，会根据这些概念给出相应的反馈，帮助学生发现作品中存在的不足。

根据学生Scratch作品中是否体现了这些概念，Dr.Scratch团队为各概念设定了四个能力等级，分别是无（0分）、基础（1分）、发展（2分）、熟练（3分），各概念的能力等级及判断规则如表1所示。在Scratch教学过程中，教师应该要求学生重点掌握这些概念，学生在掌握这些概念之后，可以迁移到其他编程学习甚至其他学科的学习当中，以帮助学生发展计算思维，提高综合能力和编程技能。

3. Dr.Scratch分析功能

根据抽象和问题解决、并行、逻辑思维、同步、顺序控制、用户交互、数据表示7个计算思维概念，Dr.Scratch分析的结果中会显示该作品中计算思维能力的发展程度，并给出相应的分数（0到21分）和7个概念的等级分数。如图2所示的“接苹果”游戏，分析结果显示计算思维能力发展程度分数为15分，用户目前已熟练掌握Scratch，在右侧显示7个计算概念的水平等级和详细的分数，可以发现，每个概念满分3分，各概念相加之和即可反映出用户的计算思维能力程度。同时，Dr.Scratch还可检测一些编程过程中的不良习惯或潜在的错误，如非显著的角色名称、代码重复、从未执行的代码以及对象屬性的不正确初始化等问题。

基于Dr.Scratch的课堂教学

1. 基于 Dr.Scratch的Scratch教学模式

在Scratch教学过程中，Dr.Scratch可以协助教师和学生分析Scratch项目作品，帮助教师减轻教学负担。同时，Dr.Scratch所给出的分析结果，有利于激发学生的学生兴趣。教师在教学过程中，要使学生充分利用该软件，以帮助学生认识本作品中存在的不足并加以改进，帮助学生提高编程的技能，发展计算思维能力。另外，在编程教学中，教师可教授学生简单的流程图，以使学生在搭建脚本的过程中思路更清晰。

笔者的教学对象为小学四五年级的学生，所以在Scratch教学的过程中，以教学模式为核心，结合案例教学法、常规讲解法、任务驱动法、小组教学法等教学方法进行教学，以便学生能够更好地掌握。经过一段时间的教学实践，发现让学生先设计作品角色、情境、舞台、流程图，再设计脚本的教学流程更容易使学生接受。由此，笔者总结出了如图3的基于Dr.Scratch的Scratch教学模式，包括创设情境、案例分析、作品设计、搭建脚本并分析、评价修改、分享交流等阶段。

2. 基于Dr.Scratch的教学设计案例

为了探究Dr.Scratch在课堂中的应用，笔者以“角色对话”知识点为例，采用图3所示的教学模式，在课堂中要求学生使用Dr.Scratch分析自己的作品。具体的教学设计核心环节如下。

（1）创设情境，明了主题

创设情境的目的是激发学生的学习兴趣，让其知道本节课的主题。笔者让学生回忆上节课小猫和小伙伴“商量参加舞会”的对话，即该作品要求学生按照思路一一开展，需要提前记住所有操作的顺序，每一句话之前都需要事件，两个角色的脚本如图4、图5所示。接着，采用小组讨论的方式，让学生思考能否将此对话进行改进，以使小猫和另一名小伙伴主动对话。

图4 小猫脚本

图5 小伙伴脚本

（2）案例分析，明白算法

案例分析的目的是让学生在知道本节课的知识点同时，能明白用什么样的思路和算法完成作品，有利于帮助学生掌握编程过程中需使用的计算概念。在学生思考并知道本节课的主要知识点之后，教师可根据学生的理解能力和接收能力等具体情况，决定是否带领学生分析案例。本案例中，笔者先让小组内讨论如何改进，再带领学生分析上节课中小猫和小伙伴 “商量参加舞会”的对话改进后的案例。小组讨论的过程中，有编程基础的学生能很快知道如何改进，而没有编程基础的学生则需要教师讲解。

（3）作品设计

案例分析阶段之后，大部分学生知道如何改进脚本。笔者采用任务驱动法，要求学生在换角色并增加角色、换对话内容、换舞台等基础上，自己设计一个关于对话的作品，这有利学生创造性思维的培养。实践教学证明，在搭建作品脚本之前，让学生先设计角色、情境、舞台，再画出作品的流程图，设计脚本，更有利于学生编程技能的培养，有利于学生养成良好的编程习惯。在本案例中，学生们使用的角色基本都是Scratch库内的角色，但角色和对话的内容各不相同，作品也充分体现了学生的创造力和想象力的丰富。图6、图7展示的脚本即一位女同学使用两只小企鹅设计的对话作品。

（4）搭建脚本，Dr.Scratch分析

在学生完成作品功能和流程图设计之后，搭建脚本阶段就会很顺利。学生完成作品并保存到本地，即可进入Dr.Scratch （http：//dr.scratch.org/）分析自己的作品。Dr.Scratch分析结果界面会提示学生在该作品中所展示的计算思维能力发展程度及作品中涉及的抽象和问题解决、并行、逻辑思维、同步、顺序控制、用户交互、数据表示7个计算思维概念的等级。图8为上述女学生分析作品得出的结果。结果显示，学生的作品展示了学生计算思维发展的等级分数为5分，处在基础阶段，且作品中涉及的计算概念有抽象和问题解决、并行、同步、顺序控制、用户交互，各占1分，逻辑思维和数据表示在作品中未涉及。

在Scratch教学过程中，教师需教授和引导学生正确而有效地使用Dr.Scratch，而不仅仅是判断作品的分数。擅于使用Dr.Scratch分析作品有助于帮助学生认识作品中存在的不足，让学生明白该往哪方面改进，有助于激发学生的创作兴趣和学习兴趣，培养学生的编程技能和发展计算思维能力。

（5）修改交流及分享

在使用Dr.Scratch分析作品之后，学生可采用小组学习等方式，针对Dr.Scratch分析结果中提示的问题，对作品进行反复修改，与小组同学进行交流讨论。同时，可将自己的作品与班级同学进行分享，或上传到Scratch官网进行分享，这个过程有助于学生综合能力的提高。

Scratch是目前我国很多中小学和教育机构开设的一门新课程，Dr.Scratch在中小学Scratch课程中的应用有利于帮助减轻教师Scratch课程教学的负担。

参考文献

王娟. 基于scratch的创意计算思维可视化研究[D]. 上海师范大学，2015（5）.

Jesús Moreno-León， Gregorio Robles and Marcos Román-González. Dr. Scratch： Automatic Analysis of Scratch Projects to Assess and Foster Computational Thinking[DB/OL]. http：//www.um.es/ead/red/46/moreno_robles.pdf.

吴俊杰. 美国： Scratch 促进 STEM 教育[J]. 上海教育，2014（8）.

谢作如. 英国： Scratch 带来更多的创造空间[J]. 上海教育，2014（8）.

陳华. 日本： Scratch 受学生创客喜爱[J]. 上海教育，2014（8）.