Scratch游戏化教学模式构建与应用

江燕 杨文正 许秋璇

摘  要：为实现超越学科界限，发挥各学科融合优势，激发学生编程兴趣，引导学生从多角度来分析问题，以学科融合、多元智能理论和STEAM教育理念为指导，借鉴5E教学模式，构建以“情境创设，独立探索，建模体验，设计优化，分享评价”为主线的Scratch游戏化教学模式。并尝试将信息技术与多学科融合，借助游戏化教学策略开展Scratch趣味编程，以提高小学生的计算思维和跨学科素养，为小学趣味编程教学实践提供参考。

关键词：STEAM教育;多元智能;游戏化教学;Scratch编程;垃圾分类

中图分类号：G434     文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）15-0183-04

Abstract：In order to solve how to transcend subject boundaries，take advantage of the integration of various subjects，stimulate studentsinterest in programming，and guide students to analyze problems from multiple perspectives，this research is guided by subject integration，multiple intelligence theory and STEAM education concepts，and draws on the 5E teaching method. To build a Scratch game-based teaching model based on “situation creation，independent exploration，modeling experience，design optimization，and sharing evaluation”. And try to integrate information technology and multi-disciplinary，with the help of gamification teaching strategy to develop Scratch fun programming，in order to improve the computational thinking and interdisciplinary quality of primary school students，and provide a reference for the teaching practice of fun programming in elementary schools.

Keywords：STEAM education;multiple intelligences;gamification teaching;Scratch programming;garbage classification

0  引  言

近年来，儿童编程教育受到全球的普遍关注。美国已有700多万名儿童在学习编程;日本已在2020年将编程教育纳入小学必修课;欧洲16个国家把编程教育纳入K-12教育课程体系。我国国务院发布的《新一代人工智能发展规划》明确提出：实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育[1]儿童编程教育已由“个体层面的自组织学习”为主转向“学校层面的系统融合式学习”[2]。然而，我国目前的小学编程教学还停留在信息技术的学科教学层面，并以知识讲授为主，难以满足计算思维和跨学科素养的培养要求。本文以小学Scratch编程教学为主线，构建“基于学科融合理念下的Scratch游戏化教学模式”，引导学生体验科学探索和知识建构过程，轻松愉悦地完成“问题提出-算法设计-程序实现”等环节，增强学生的学习兴趣和主动性，为小学编程教学提供一定参考。

1  理论基础

1.1  STEAM教育和学科融合

STEM教育是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科的简称，旨在打破学科领域边界，培养学生的综合素养。后来，STEM在演化过程中增加了艺术（Arts），衍生了STEAM教育。它以数学为基础，通过工程和艺术融合科学和技术，它支持学生以学科整合的形式解读世界，以综合创新的方式改造世界，旨在培养学生解决问题和创新的能力[3]。STEAM教育的核心特征是：跨学科、开放性、趣味性、体验性、协作性、设计性[4]。

STEAM教育在打破学科界限、给予学生项目自主实施权、提供学习成果展示机会、搭建畅通的沟通渠道都具有独特的教育价值。它不只整合多学科知识，也融入了不同学科实践过程和精神内涵，是一种具有创新意义的学科融合[5]。学科融合在承认学科差异的基础上不断打破学科壁垒，促进学科间相互联系、优势互补的特点与极具学科包容性的STEAM教育理念不谋而合。在STEAM理念的指导下，开展Scratch编程教學对帮助儿童掌握编程知识、培养解决问题能力、发挥团队合作精神、提升创造力等方面都具有积极作用。

1.2  学科融合促进学生多元智能的发展

美国哈佛大学心理学家霍华德·加德纳（Howard Gardner）首先提出了多元智能理论（Theory of Multiple Intelligences），倡导“人人都有智能专项，个个都有发展潜能”。多元智能囊括了语言、音乐、数理逻辑、空间、身体运动、人际交往、自我认识和自然观察八种能力。

五年级学生已经具备了一定的多元智能发展潜力。在学科融合理念下的Scratch教学活动中，笔者根据学生在独立学习、组织策划、沟通表达、观察思考、总结反思、动手拼搭、程序设计、英语、绘画等方面的能力潜质，设计了帮助其发挥多元智能的环节，促进个体发展，实现团队价值。

1.3  游戏化教学是计算思维培养的有效途径

一切有意义的教育，其动力都来自儿童自发的活动、游戏和模仿。专注于游戏化研究的Yu-Kai Chou在其《Action-able Gamification》一书中指出，游戏化就是将游戏中那些有趣、吸引人的元素巧妙地运用在现实世界或生产活动中，并将游戏化称为“以人为本的设计”[6]。游戏化教学提倡在自然的教学风格中加入游戏元素，通过动手制作、角色扮演、智趣闯关等方式真正地实现学生对知识的理解，充分体现了“在做中玩，在玩中学”的理念。

计算思维是解决问题的逻辑思考过程，但在小学阶段传统教学中，计算思维很难被充分融入与渗透，而游戏化教学为计算思维的培养提供了有效途径。Scratch是一款图形化编程的趣味软件，巧妙地用“搭积木”的方式把计算思维融入其中，能使学习者轻松地完成自然语言到程序设计语言的转换，生动有趣，易于理解。

2  教学模式构建

5E教学法是由美国生物学课程研究会（BSCS）开发的基于知识建构的探究式教学模式，包含了参与（Engagement）、探索（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elaboration）和评价（Evaluation）五个环节。它鼓励学习者亲身参与、探索，在体验中完成知识建构，并重视多元评价。笔者尝试以5E教学法为指导，构建学科融合理念下的Scratch游戏化教学模式，如图1所示。

模式中，教学活动的主线包括“情境创设、独立探索、建模体验、设计优化、分享评价”五个环节。“情境创设”环节，通过视频和图片方式，创设了真实问题情境，激发学生的学习兴趣和社会责任感;“独立探索”环节，学习者通过亲身探索，发现问题本质;“建模体验”环节，学习者自主体验真实游戏过程，完成对问题的初步解释;“设计优化”环节，学生在学习了基础知识和技能后，提出解决方案、设计制作原型、完成程序编译和迭代优化;“分享评价”环节，学生展示特色作品，分享经验，听取评价建议，完善作品。

教师活动对教学的开展起到了支撑和指导的作用。教师在该阶段主要通过创设情境，引导学生明确具体任务。负责在教学中进行组织协调，将课堂真正地交给学生。如果学生在探究过程中遇到问题，教师不是立即给出答案，而是给予学生有效引导和辅助，鼓励学生试错，增强学生解决问题和完成任务的信心。此外，教师在整个教学活动中对学生的设计活动进行多元评价，除了学生的最终成果评价以外，还包括了学生在团队合作、思考、问题解决等环节的过程性评价。

学生活动部分是整个教学活动的主体部分，通过教师创设的真实情境确定需要解决的具体问题，明确需要达到的任务目标，以小组为单位开展探究学习。通过在实际生活中的真实体验与探索，寻找问题解决的突破口，初步完成问题解决方案的初探和模型的构建。在建模的基础上，理清解决思路，写出算法流程图，进而完成程序设计与优化，最后将修改后的作品进行展示与分享，听取师生的建议，对程序进行二次优化。

3  教学应用案例

3.1  教学分析

3.1.1  教学内容分析

垃圾分类是受到广泛关注的热门话题。垃圾分类知识在小学科学课中有涉及，传统教学主要采用讲授法教学，形式单一。笔者发现，学生们重复多次地对垃圾进行识别与投放，恰好对应信息技术Scratch编程中的重复执行、条件判断和侦测指令，两个学科不论是在内容还是开展形式上，都具有强烈的关联性和逻辑性。科学课中的垃圾分类常识是设计Scratch小游戏的知识基础，而Scratch小游戏设计又是对垃圾分类知识的综合应用。

3.1.2  学科融合分析

开展学科融合下的Scratch垃圾分类游戏设计的综合实践活动正是对STEAM理念的体现和诠释。例如：垃圾桶的设计与美化（工程、美术元素）;探究垃圾物质的类别（科学元素）;将垃圾投放在正确垃圾桶（数学元素中多对一的思想）等。教学三维目标与STEAM之间的对应关系如表1所示。

3.2  教学活动具体实施过程

3.2.1  情境創设

教师通过播放教学视频资料等形式创设情境，展现环境污染、垃圾围城的现状，让学生感受垃圾分类行动的迫切性，激发社会责任感。随后聚焦需要解决的问题：我们如何进行垃圾分类;如何设计Scratch趣味小游戏宣传垃圾分类知识。

3.2.2  独立探索

教师引导学生探究垃圾分类中的常见问题，例如：为什么垃圾分类在目前很难推广？垃圾分类中最难区分的垃圾是什么？教师重点记录学生探究过程中的表现。

学生通过调查问卷、拍照观察等方式对校园和家庭的垃圾分类现状进行调查，上网搜索关于垃圾分类的知识，尝试对家庭垃圾进行初步分类，引发对家庭垃圾分类的思考，并将最难区别的垃圾名称作为Scratch垃圾分类小游戏程序设计的重要源素材，提升程序设计的实用性和针对性。

3.2.3  建模体验

教师精心策划垃圾分类趣味模拟游戏，制定规则，观察记录游戏中的学生表现，总体调控辅助。游戏体验结束后，最后通过绕口令的形式总结垃圾分类规则。

各小组利用多学科知识设计四类垃圾箱和写有中英文垃圾名称的小卡片，进行角色分配（设计者、记录者、裁判和参与者）后开展垃圾分类游戏：依次向垃圾箱投放对应的垃圾卡片，正确投放一次积10分，游戏结束后积分最多的学生将被评为“垃圾分类小能手”，一轮游戏结束后角色互换。学生在游戏中体验垃圾分类的全过程，完成对Scratch垃圾分类游戏程序的初步建模。

3.2.4  设计优化

教师带领学生回顾活动过程和步骤，分析游戏的关键环节，引导学生思考：一次次投放垃圾是在重复执行分类操作;确认垃圾投放是否正确是在进行条件判断。由此，引出本节知识重难点：Scratch中重复执行、条件判断指令的应用。

学生认真体会Scratch中的重复执行、条件判断指令，各小组分别设计程序算法流程图，如图2所示。学生尝试将游戏模拟中的自然语言与Scratch图形化脚本语言进行一一对应和转换，随后添加角色，分析角色之间的关系，思考动作实现的策略，完成程序设计开发，并进行迭代优化。

3.2.5  分享评价

教师组织学生对作品进行总结评价，提出改进和优化建议，鼓励各小组开展互评，选出“垃圾分类小能手”的小组。

各小组派出2名同学对作品进行演示讲解，展示创意和亮点，通过自评和互评环节对作品进行再次反思优化，最终生成可执行文件，在全校推广。分享过程中记录学生们的体验感受，对程序进行再次迭代优化。游戏界面及脚本程序如图3所示。

3.3  教学反思

此次教学，对传统的编程教学模式进行改进，营造出基于真实问题情境的学习氛围，鼓励学生借助多学科知识，带着问题去体验、探索和思考，帮助学生完成从自然语言到图形化编程语言的转化，实现计算思维的内化。学习者从原来的害怕、被动学习编程转变为积极、主动进行编程。基于学科融合理念下的Scratch游戏化教学模式弥补了单一学科教学的局限性，提供给学习者多学科视角和展现自我多元智能的平台，有助于打破学科壁垒、实现小学编程教育的转型。但在实施中也存在一定不足：每个小组人数较多，小组作品数量较少，作品多样性不够。因此在后面的教学实践中将尝试通过增加小组数量，减少小组人数的方法，鼓励学生们发挥想象，设计出差异化的作品。

4  结  论

计算思维是信息技术课程改革中备受重视的学科核心素养之一，而计算思维在小学阶段的培养存在一定困难。Scratch趣味编程教学把计算思维融入其中，用“搭积木”的方式将自然语言与编程语言进行过渡与转换，思维过程符合小学生认知规律。笔者在研究中尝试以真实问题情境与跨学科知识结合的STEAM理念为主线，构建针对小学阶段学科融合理念下的Scratch游戏化教学模式，不仅注重学习者编程知识的获取和过程体验，同时尊重学习者的多元智能水平，培养学习者的问题意识、信息能力、团队合作理念和计算思维，以期为小学趣味编程教学的开展提供一定参考。

参考文献：

[1] 国务院.国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知 [ER/OL].（2017-07-08）.http：//www.moe.gov.cn/s78/A16/s5886/xtp_left/s5895/201708/t20170830_312730.html.

[2] 孙立会，刘思远，李曼曼.面向人工智能时代儿童编程教育行动路径——基于日本“兒童编程教育发展必要条件”调查报告 [J].电化教育研究，2019，40（8）：114-120+128.

[3] 赵慧臣，陆晓婷.开展STEAM教育，提高学生创新能力——访美国STEAM教育知名学者格雷特·亚克门教授 [J].开放教育研究，2016，22（5）：4-10.

[4] 薄丽娜.STEAM教育理念下中小学创客课程教学模式的探究 [J].中国教育信息化，2018（4）：36-39.

[5] 高云峰，师保国.跨学科创新视角下创客教育与STEAM教育的融合 [J].华东师范大学学报（教育科学版），2017，35（4）：47-53+135.

[6] 张靖，傅钢善，郑新，等.教育技术领域中的游戏化：超越游戏的学习催化剂 [J].电化教育研究，2019，40（3）：20-26.

作者简介：江燕（1989—），女，汉族，四川盐源人，中学二级教师，硕士研究生，研究方向：STEAM教育、教育类机器人教学;通讯作者：杨文正（1979—），男，白族，云南大理人，副教授，硕士生导师，博士，研究方向：数字教育资源开发与应用、STEAM教育。