让计算思维在Scratch思维树上舒枝散叶

张晓明

摘 要：小学信息技术Scratch编程模块侧重于核心素养计算思维培养。而计算思维的系统性和逻辑性使信息技术学科有限的课堂教学往往走入片段的步骤式思维训练误区，流于表面而无法在学生大脑中落地生根。整合编程流程图和思维导图，在教学中尝试设计Scratch特色思维树，让计算思维有形有序地在思维树上舒枝散叶、开花结果。

关键词：信息技术;计算思维;思维树

一、小学信息技术核心素养的核心是计算思维

人工智能时代机器和人类竞争中，机器优势在于大数据处理和计算思维方式，人类的优势在于自身思维的创造性。人类只有学习了解机器的程序设计思维，才能不被机器人替代。国外孩子都在学编程，但确切的说他们学习的就是编程的思维。我们提出小学信息技术核心素养的核心将是计算思维，而Scratch教学更应紧紧围绕这个核心开展。

二、思维树让计算思维有形有序

笔者一直认为编程教学计算思维的训练离不开传统的编程流程图或现在提倡的思维导图。程序流程图能帮学生理清思维的脉络，是思维的“骨架”，思维导图更形象，更能激发学生创造性思维，是思维的“发肤”。但应用到教学，大多信息技术老师会产生不少困惑。

但脱离了流程图和思维导图的计算思维训练是不系统的。简单计算思维训练的课堂看似完成了教学任务，但实质离内在的教学目标相差甚远。往往出现一种情况，当堂教学效果很好，但假以时日，很多学生即使重做学过的这个例子，也会出现思维散乱，无从下手。这是学生上课时只是依样画瓢，对程序没有系统的概念造成的，漏了一块积木整个大厦就烂尾了。

笔者的Scratch教学在流程图和思维导图中徘徊一段时间后，通过尝试，将思维导图和流程图整合成特殊的思维树。使思维树上有流程图的影子，流程图也能如简笔画般让学生形象感知。整合出的思维树，使思维看得见，能让学生的计算思维沿着思维树舒枝散叶，学生的创造思维也在思维树上开花结果，经历了思维树成长的过程，切实地提高了学生的编程计算思维，时间再久，学生就能重新种出一棵属于自己的新苗。

三、如何在计算思维训练过程中设计思维树

那么，思维树该如何设计？下面笔者结合信息技术计算思维核心要素，结合案例，具体阐述Scratch实例教学中如何使用思维树展开计算思维训练。

（一）抽象建模 问题分解化叶

所谓抽象，是指通过忽略可有可无的细节来降低难度，将一个现实问题转化为计算机可以处理的问题。抽象分解很多时候是种逆向思维倒推。在Scratch编程教学中，合适的案例起始，笔者总会完整演示程序过程，这既能激发学生兴趣，在演示后也有助于让学生学会抽象分解问题，更容易找到切入点，能更好地理清程序思路。也可对具体教学环节中某个难点重点进行问题分解。

演示完案例，笔者总会先让学生尝试化抽象为具体，先将动画或游戏的环节具体化，用简化的语言将问题分解成具体的步骤，并写到椭圆的叶子上贴上黑板。如在《青蛙过河》教学中，学生就将动画的过程分解成以下几片树叶（如图一）。

抽象分解的过程又是程序设计的过程。学编程需要养成先设计的习惯，学生自己创作前需要对自己的程序有个总的提纲，这样具体计算思维的展开才能让学生从“无序”变为“有序”，学生才能很好理清程序角色之间的关系、移动的轨迹、出现的顺序，计算思维才有逻辑性。

（二）凝练算法 简化系统成树

当问题分解成具体的树叶后，算法的设计凝练将是树的主干，《青蛙过河》的主干是直接向下一个位置移动的顺序算法，流程简单，可以直接排列成树。每一片叶子的继续抽象具体化就是“移到”或“滑行”，也就具体到了Scratch具体使用的“积木”。 而Scratch培养的是儿童最基本的指令式编程思维，较难实现一些递归算法，所以在教材案例中，主要的处理算法结构就是“重复”和“如果”，也就是循环和分支。

图二展示的是《穿越迷宫》这一课的思维树，案例中，穿越迷宫的具体算法分解成三片叶子，就是重复循环判断三个条件，碰到黑色就回到起点，碰到鼠标就前行，碰到箭头就是到达终点“WIN”。借助思维图，学生一目了然，思维清晰。在具体的程序搭建过程中，就很容易理解重复的算法下，三个如果判断是并列关系，不会出现将它们串烧嵌套等情况，也能感受编程中重复循环的具体使用方法。

顺序、循环、分支三种算法的选择区分对小学生来说很容易产生一种似有似无的感觉，在Scratch搭建中三者在选择中使用，但受到年龄特征的制约，又很难说清，而借助思维树，教师可安排对比异同之处，不同结构算法的思维树便能深植学生脑海。

（三）调试纠错 迁移归纳散枝

Scratch编程调试纠错环节很容易被教师忽视，教师具体可以对照思维树，指出具体出问题的环节所在，让学生根据思维树的过程自己从源头梳理。程序不能完全是改出来的，特别对于小学生，程序的修改还是要在系统的主干上梳枝散叶，“梳”理错误，萌发新叶。学生纠错后调试成功更能提高学生的计算思维编程能力。

而总结利用已有解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关问题，最终抽象归纳出结论的思维过程在计算思维中也是重要的最后環节。

例如，《画正多边形》的思维树设计，从画笔初始化开始，采用重复循环设计正三边形，然后让学生知识迁移，自己画出正四边形的思维树，以此树导引完成正四边形的脚本。最后很自然，学生便能自主归纳出正N边形的画法。这棵思维树看似枝叶茂盛，但主干清晰，毫无叉枝，学生的计算编程思维也该如此。

（四）分享沉淀 创新设计开花

Scratch强调分享，跟同学交流，只有在分享中才能有更多头脑风暴，更能进一步的纠错调试。在实际每一个案例教学结束时，要允许学生对案例围绕主干进行再创造，每一个创新的设计都会使这棵思维树绽放。

图三是《青蛙过河》的思维图，但是原本的顺序算法结束后，笔者让学生对这个小动画进行了再创造的交流。有学生提出的让青蛙空中翻跟头动作和跳到河里隐藏然后从水里跳到荷叶上，这些创造性的想法无疑使这堂课灵动起来。预设到学生的创新，教师有意识地在课前准备了部分花朵，这棵原本只有主干的思维树配上花朵顿时丰富了起来。学生的积极性更高了，头脑风暴顿起，思维触点也会向更远的地方延伸。在编程软件学习中，成熟的创新能力是计算思维达到一定深度后的必然产物。

四、思维树应用于实际教学应该注意的问题

思维树在计算思维过程中的合理使用，能促进学生计算思维的发展，教师教学过程的开展也能水到渠成。经过在实践教学中研究探索，笔者感觉思维树的使用还要注意以下几方面。

（一）教师要灵活使用思维树，采用不同呈现方式展示

思维树可以在备课中预设，教学中可作为板书使用。同时针对不同案例，不一定按照计算思维的过程全部先抽象分解问题后全部呈现，也可以在教学过程计算思维逐步展开中，慢慢一片片叶子舒展。甚至可以在结束时展示，帮助学生总结理清思路，延伸思维的触角。但所有的呈现方式，在教学过程中必须随着学生主动的思维展开。成功使用思维树的课堂，黑板上的思维树应该主干分明，枝繁叶茂。

（二）学生必须亲自动手画思维树

在教学中要让学生主动参与思维树设计，同时案例可以让学生自己在纸上画思维图。学生制作自己的作品，要让学生在创作前先画画思维树，进行整体设计，而不能让学生走到山前才有路。只有让学生将计算思维有形地落到纸上，才能真正植根于大脑。

在上完《画正多边形》，借助思维图，成功使用重复嵌套画出复杂图形后，有个学生专门到讲台前跟笔者说：“老师，原来编程就是重复再重复。”话虽简单，但这个孩子却已经具有了朴素编程思维、初步的计算思维。而这，就是我们Scratch编程教学真正的面向全体学生的教学目标，正是笔者希望将思维树深深烙印在学生脑海深处的初衷。

参考文献：

[1]楼佳群.在Scratch教学中培养小学生的計算思维[J].中国信息技术教育，2015（23）：39-42.

[2]张静.思维导图：开拓儿童Scratch趣味编程学习新路径[J].教育观察，2018，7（16）：36-38.

编辑 王亚青