让“计算思维”的种子在Scratch教学中发芽

陈强华

【摘要】《江苏省义务教育信息技术课程指导纲要（2017年修订）》指出，计算思维是信息技术学科核心素养之一。小学生通过学习信息技术课程，掌握了信息技术的基础知识，有相应的想象与创新能力，但对于编程教学中蕴含的算法思想、计算思维还需进一步培养。小学编程以Scratch教学为主，应该从单纯以语法、算法为主的编程教学，向培养学生计算思维和解决问题的能力转变，从而进一步提高学生的信息素养。

【关键词】信息素养 计算思维 Scratch教学

2006年，卡内基·梅隆大学的周以真教授对计算思维进行了解说：计算思维是运用计算机科学的基本概念，涵盖计算机科学领域的一系列思维活动，包括问题解决、系统设计和人类行为理解。在Scratch教学中，不能只要求学生学会如何编写程序，更重要的是让他们系统化地分析，富有创造性地思考，从而有效地解决问题。

2013年，南安普顿大学的Cynthia Selby博士和John Woollard 博士提出，计算思维包含五个要素：抽象（Abstraction）、分解（Decomposition）、算法思维（Algorithmic Thinking）、评估（Evaluation） 、概括（Generalisation）。编程与计算思维不同，但编程教学是培养计算思维的关键手段。

一、抽象思维，建构问题情境

在现实生活中，我们面临的问题往往是混乱和复杂的，这要求我们从计算机可以处理的问题中抽象出这个问题。所以，教师要根据教学内容与教学目标，基于真实的问题，有目的地建构问题情境。

例如，在教学《穿越迷宫》一课时，通过情境模拟在有障碍的教室中进行穿越。

师：同学们玩过迷宫游戏吗？今天我们把教室当成迷宫，请一名同学在10秒内从教室前面穿越，绕过最后一个同学的座位，回到讲台位置。

随后提出问题：（1）迷宫怎样得来？（2）障碍物如何得来？（3）谁来穿越迷宫？

生：（1）通过背景绘制得来。注意迷宫通道的大小，并根据独特的通道添加一些环路来混淆视线。（2）通过绘制或添加角色设置障碍。（3）注意穿越迷宫时角色的大小设定。

建构问题情境是抽象思维重要的一环，在激发学生学习兴趣的同时，也可以引导学生感悟编程方法。

二、分解任务，厘清编程思路

分解任务是把整个看起来比较复杂的问题进行合理的划分，将一个总问题通过分解，进而引导学生一步一步去解决。经过任务的分解，将难点、重点进行抽丝剥茧，厘清编程思路，从比较大的任务负荷中解脱出来，切实有效地解决问题。

例如：在教学《穿越迷宫》时，分解任务后发现，角色控制和障碍判断是编写程序的重点。

1.角色控制

师：同学们都玩过游戏了，一般电脑游戏靠什么控制呢？

生：鼠标或者键盘控制。

师：Scratch可以使用鼠标移动来控制角色的移动，或者使用键盘的按键控制其移动。你觉得这里用什么控制比较方便呢？

生：让角色跟随鼠标移动。

师：如何用鼠标进行角色控制呢？

……

随着讨论的不断深入，学生的思考也不断成熟，问题也被层层分解，从而找到解决的途径。

2.障碍判断

如果角色在移动的过程中，碰到舞台通道边缘的黑线，使用条件判断（如果……那么……）碰到黑色，从而通过具体坐标位置使其返回出发点;如果碰到设置在通道中的障碍物，则要使用条件判断碰到角色，使其返回出发位置。

三、游戏互动，渗透算法思维

算法思维是将一些较为复杂的问题，抽象成具体的可执行指令或规则，这样就可以由计算机通过模块化来解决问题。玩游戏一直是学生的天性，吸引他们的是游戏中人与计算机的互动。因此我们在教学时，要引导学生在编写游戏时注重“可玩性”。通过不同的舞台背景、角色设置、难易程度等模块，以算法思维激发学生的想象力与创造力。

例如，在教学《穿越迷宫》时创设情境，能不能10秒内穿越教室，这就是在编程时加入的计时器模块。编写时可设定在规定的时间内，成功穿越迷宫，将获得惊喜，还可以设置不同的舞台背景来设置不同的关卡，可以在迷宫中放置加分角色或减分角色，碰到加分角色可以使游戏难度低;碰到减分角色，则反之。也可设置不同的出入口，来实现多人竞赛。

四、纠错评估，不断优化程序

评估的作用是确保编程的最优化。很多情况下一个算法不能完美地满足所有的条件，这时候就要纠错，进行综合考量，不断优化程序。纠错评估是编程的重要环节，始终伴随着学生的整个学习过程。当学生进行程序调试时，要引导他们能像计算机解决问题一样去思考，并能理解执行的每个环节，与实际结果进行比对。在评估过程中发现结果与预想不一致时，就要进行纠错，采用其他算法来实现。这样反复纠错评估，不仅能使学生在算法上有所突破，更能提升学生计算思维的能力。

1.读懂脚本，主动纠错

在信息技术教学时，往往把“读”忽略掉了，其实在编程教学中，这是卓有成效的方法。在教学时，学生看到程序有问题，运行一直出错，却找不到头绪。教师引导学生“读”脚本，一边读一边理解含义，这是一种主动纠错行为。

例如，在教学《穿越迷宫》时，学生的条件语句（如果……那么……）已经使用，可程序却没有去判断，学生感觉到很无奈。这时将这个脚本进行展示，请大家一起来集体纠错。先由这个学生去“读”这个脚本，并说出每一步的含义，再由其他同学一起进行纠错。发现问题原来是少了重复执行命令，程序只能判断一次，不能一直判断。

2.有效合作，不断优化

合作学习，首先要明确解决的问题，是不是有合作的必要。对于那些简单的、学生能独立完成的任务，就不太适合合作学习。唯有那些学生个人不能解决的、并能在很大程度上让学生优势互补的问题，才是能使程序更优化的有效合作，才是有意义的合作。其次，在合作学习中我们要注意明确分工，让小组中的每个学生在一起工作时都要做一些事情，这样每个人都有机会在优化过程中表达自己，他们可以成为合作学习的小主人。第三，要适时引导。学生按小组进行合作学习时，不确定因素会增多，教师要参与其中，并通过指导、提示等形式，让学生少走弯路，使程序調试最优化，提高课堂效率。这样不仅是小组合作的“优化”，更能保证程序设计上的不断“优化”。

例如，在教学《穿越迷宫》障碍判断时，布置小组合作学习时，首先明确小组分工任务，一个学生负责观察角色碰到障碍时的反应，一个学生负责记录，所有组员都要讨论、分析，为什么碰到障碍不能返回起点。找到原因后，进行修改，找到程序设计的最优方法。

五、概括归纳，迁移解决方案

概括是在之前已经解决的问题上，将其归纳为通用的解决方案，并将此迁移到更广泛的问题情境中。有了前面步骤的积累，学生的计算思维慢慢“发芽”，如果要茁壮成长还需教师的引导，让学生借助概括归纳，巩固和强化学习成果，迁移问题的解决方案。

例如，在教学《穿越迷宫》时，在学生电脑桌面上发送了一个“挑战一下”的文件夹，放入难度不一的三个半成品，请你自己选择，看看你达到哪个级别。

“胜利大逃亡”——高手！

“大鱼吃小鱼”——高高手！

“通过今天的学习，能自主设计其他小游戏”——大师！

通过概括归纳从而进行迁移，学生可以根据自身实际情况接受更高一层的挑战任务，对所学知识进行深入的分析和灵活的运用，进行作品的创作。

南师大李艺教授在报告中说，计算思维是围绕“人”进行的，是科学思想引起的，它关注的是描绘人的内在品质的概念，并把它们视为核心的主要部分。在Scratch教学中，编程的相关知识学生一般都能很好地掌握，在教学中要将重点从编程语法、规则转移到培养学生计算思维能力上来，不断融入计算思维的理念，让“计算思维”的种子在 Scratch教学中“发芽”，从而“遍地开花” ，促进学生信息技术核心素养的养成。

【参考文献】

[1]江苏省中小学教学研究室.小学信息技术教师教学用书[M].南京：江苏凤凰科学技术出版社，2014.

[2]李峰，王吉庆.计算思维：信息技术课程的一种内在价值[J].中国电化教育，2013（8）.

[3]王荣良.计算思维对中小学信息技术课程的影响初探[J].中国教育技术装备，2012（27）.