可视化思维工具助力Scratch教学

简婕 王丽珠 吴丹丹 刘佳

Scratch是美国麻省理工学院媒体实验室开发的一套图形化的儿童编程语言，它不像传统编程语言需要逐行地写代码，仅仅是将已定义好的程序模块拖曳到脚本编辑区。[1] Scratch给信息技术学科注入了新的活力，对培养学生的逻辑思维能力、创造能力以及解决问题能力有着积极的意义。[2]但目前对Scratch教学方法和策略的研究并不多。此外，如何實现信息技术教育“为思维而教”也是研究的热点和难点。本文将结合一个Scratch游戏教学案例来探讨如何应用可视化思维工具促进学生的高阶思维发展。

可视化思维工具与Scratch学习

对于可视化思维工具，李克东认为是图形化的思考工具和利用计算机构建思维导图的创作工具[3]。在本文中，主要指思维导图、概念图、鱼骨图等辅助思考和表达的图示化工具。我们对思维导图、概念图、鱼骨图、流程图、模型图五种图示化工具支持不同思维方式做了理论分析，发现它们分别有支持发散性思维、结构化思维、逻辑思维、演绎思维以及数理空间思维等优势[4]。学习Scratch对思维能力的要求很高，这也往往成为儿童学习编程最难又最有趣的地方。为此，我们应用五种可视化思维工具在Scratch教学中来支持解决不同类型的学习问题。

（1）思维导图：作品规则的理解和表述。思维导图（Mind Map）依据类似于大脑自身的思维方式进行思考，全面调动左脑以及右脑思维，让人在思考、记忆、分析时大脑的潜能得到充分开发，从而激发创造性思维和想象。在Scratch教学中利用思维导图有助于对作品规则的理解和表述。

（2）概念图：抽象概念的解释和描述。概念图（Concept Map）是一种组织和表征知识的工具，可以清晰地呈现出相关概念之间的关系，对于较难理解的概念，能展现出具体的知识网络。在Scratch教学中常常涉及到“随机”等抽象概念，可借助概念图把“随机”概念中包含的多种可能性和不确定性表征出来。

（3）鱼骨图：复杂问题的分类和归因。鱼骨图（Cause and Effect Diagrams）是对问题的原因进行分析和分类，用形似鱼骨的图形表示出来，以因果推理的方式训练学习者的逻辑思维。在Scratch教学中，学习者经常会碰到或大或小的困难，这些学习困难有的可以通过自我的反思和归因来获得解决。

（4）流程图：演绎流程及表达程序。流程图（Flow Chart）是用箭头和方框表示设计的流程，将需要解决的复杂过程简单化，常用于演绎问题的推理和解决步骤的思维过程。在Scratch教学中，借助流程图可以帮助学生将自然语言转化成程序设计语言[5]。

（5）模型图：数量关系可视化。模型图（Model Method）是一种数量关系可视化的方法，常用的有韦恩图、统计图等。在Scratch教学中，对条件语句的判断是抽象的，借助韦恩图可将这样的抽象理解转化为可视化的数量关系。

Scratch打地鼠游戏教学的基本过程

研究选取长沙市F小学五年级学生，以“打地鼠游戏”为专题，采用任务驱动教学法，展开为期两个月的Scratch编程教学。教学将通过使用可视化思维工具在Scratch打地鼠游戏教学中培养学习者元认知、批判、创新和问题解决等高阶思维能力。依据目标，将教学过程分为以下四个阶段。

第一阶段：理解游戏设计规则。观看Scratch打地鼠游戏作品，分析游戏规则，并示范用思维导图来表达和理解规则。

第二阶段：初步利用Scratch设计游戏。利用Scratch的功能特点完成舞台和锤子任务的设计，在此过程中借助流程图来呈现操作步骤。

第三阶段：基本实现打地鼠游戏。完成地鼠任务设计是该游戏中最难的部分，尤其是要理解程序中“随机数”概念，在“小地鼠什么情况下会隐藏”的认识上同样存在学习难点，为此将分别借助概念图和韦恩图来化解学习困难。

第四阶段：提交和评价作品并反思。反思自己在作品完成上的不足并进行归因，且采用鱼骨图展示。

可视化思维工具在Scratch打地鼠游戏教学中的应用分析

在用Scratch制作打地鼠游戏的教学中，我们尝试引导学习者利用可视化思维工具来支持作品分析、设计、创作、修改、分享等一系列学习过程，给予学习者体验高阶学习的机会，包括鼓励反思、转化抽象、引导创新等。

（1）思维导图支持打地鼠游戏规则的理解。打地鼠游戏涉及三个任务，舞台、地鼠和锤子。每一项任务背后都有对应的具体操作。这一思考过程有从整体到局部分解的思维特征，涉及较多的细节，用思维导图来整理和表达规则，使得思考内容以图示化来描述，给学习者提供了自我对话的机会，从而不断接近原理和规则本身。

（2）流程图支持打地鼠游戏任务的讲解。教师任务讲解的细致度将影响学习者的效能感，尤其是在展示步骤的过程中。为此，我们采用流程图来展示“舞台”任务。可视化的表征将极大促进学习者的理解和记忆，从而提升学习的自我效能感。

（3）概念图支持“随机数”概念的理解。“随机数”是打地鼠游戏中的重要概念。对随机数的讲解可借助概念图（如图1所示），通过可视化的方式将“随机”所代表的各种情况进行表征，帮助学生把“随机”这一抽象概念转化为具体的游戏过程。

（4）韦恩图支持“导致地鼠隐藏”原因的理解。在游戏中，地鼠要么被锤子打到消失，要么因为到时间消失，因此，“被打到”和“到时间”被视为平行事件。为了让学习者更好地理解平行事件，可借助韦恩图（如图2）来揭示导致地鼠隐藏的原因。并且，韦恩图清晰地帮助学习者延伸出一个推论：由于两个事件同时进行，就会出现无法确定导致地鼠隐藏原因的情况。

（5）鱼骨图支持“学习困难”原因的理解。在本次游戏设计与制作的学习过程中，所有的学习者都碰到了不同程度的困难。借助鱼骨图，教师引导学习者将自己的学习困难归纳为若干类别，并按照影响因素的程度进行排列，以促进他们的反思性学习。

在Scratch打地鼠游戏教学的案例中，我们看到了不同可视化思维工具在教学过程中的应用。它不仅帮助学习者解决了问题，还帮助学习者与知识建立了丰富的个人关系。回顾每一张图，就好像和学习中的自己对话。这样的学习是一种高阶学习。也正是在高阶学习的过程之中，学习者的高阶思维得到了发展。

基金项目：本文受到2015年度湖南省教育厅科学研究一般项目基金（项目名称：可视化思维工具：理论构建与实践例说，课题编号：15C0875）以及2015年度湖南师范大学本科教学改革研究项目（项目名称：基于问题的学习——现代教育技术公共课教学改革探究，项目批准号：20159021）的资助

参考文献

吴明.Scratch玩编程[J].中小学信息技术教育，2010（01）.

凌秋虹.Scratch在小学信息技术课堂中的应用与实践[J].中国电化教育，2012（11）.

李克东.应用可视化思维工具，促进学生思维能力发展[J].中国信息技术教育，2013（Z1）.

吴丹丹，简婕.思维可视化：心理机制与应用解析[J].中小学电教，2017（11）.

邱钰，李世梅，王旭卿.基于学生视角的Scratch课程教学情况调查与分析——以上海市长宁实验小学四（1）班为例[J].中国教育信息化，2015（02）.