基于Scratch编程教学的小学生计算思维培养实践研究

摘 要：科技的进步推动着信息技术学科的发展，当前信息技术学科的核心素养培养成了人们重点关注的焦点，而计算思维是信息技术学科必须培养的核心素养之一，也是学生成人成才必須具备的核心素养之一，成为广大小学教师教学工作开展的核心。当前我国在计算思维理论研究方面已取得一定成果，但应用研究方面仍处于探索阶段。文章结合计算机思维的内涵及发展现状分析，结合Scratch编程教学的特点，探索小学信息技术课程进行计算思维培养的实施策略，促进小学生计算思维培养。

关键词：计算思维;Scratch编程;信息技术

一、 引言

信息时代背景下，“互联网+”在各行各业的应用已逐步被“人工智能+”取代，计算思维作为三大科学思维之一，指的是如何运用计算机科学理论开展问题的解答、系统的设计及人类行为的理解等一系列有深度、有广度的思维活动，基本涵盖了整个计算机科学内容。因此，如何强化培养已受到社会各界广泛关注，教育管理部门及教育院校都引起足够的重视，将其纳入信息技术课程及其他课程教学架构之中，将并在课堂教学中探索融入培养计划与策略。编程教学是计算思维培养的重要基地，在小学阶段，借助麻省理工学院设计开发的少儿编程工具Scratch的教学，能够有效提高学生的问题分析能力与解决能力，为学生的未来发展奠定坚实的基础。文章基于Scratch编程教学，结合计算思维内涵，谈谈如何开展小学生计算思维培养，使学生从小学会创造性思考、科学化推理及高质高效处理问题。

二、 计算思维的内涵

计算思维从20世纪50年代就已经被专家学者提出，当时的称谓为“算法思维”，并不断推广发展，渗透到教育领域。在2006年，美国著名大学计算机科学系主任周以真教授在权威的计算机科学杂志上正式开创性地给出“计算思维（CT）”的内涵定义：运用计算机科学的基本理论概念去进行问题求解、系统设计、人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的系列思维活动。并在2008年进行定义的深化界定：CT是概念化的，不应局限于计算机学习和编程语言的开发，学生应调动多层抽象思维;CT是一个灵活思考辩证逻辑的过程，而不是机械定式的重复操作行为;CT是人类的大脑思维方式，而不是计算机运行模式，是富有想象力、能解决问题的等等。而在此基础上，有其他国外专家也提出了自己的观点，指出计算思维包括算法思维、评估、分解、抽象、概括等五大要素，而国内的许多学者也从不同的切入角度提出了不同的观点，但殊途同归，均强调计算思维能够为问题解决提供强大助力。当前，我国教育课程改革在稳步推进，在2017年的《普通高中信息技术课程标准》里对计算思维内涵给出我国权威版解读：计算思维是以计算机领域中运用的学科方法实现问题界定、结构模型建立、组织数据等等，通过对各种信息资源的判断、分析与综合整理，借助合理的算法实现问题的解决，并在这个过程中归纳总结计算机解决问题的思维与方法，并运用到其他学科知识学习和日常问题解决中的一种学科思维。

三、 我国计算思维的重要性与培养现状

信息时代的到来为我国教育行业注入了新的生命力，为其价值取向提供新的方向，也要求教育事业必须有更新的作为与担当，为社会未来发展培养更多全面发展人才，完成国家“立德树人”的教育要求。当前，计算思维是学生成长之路必备的核心素养之一，是教育教学需要重点关注与重视的焦点话题，推动着课堂教学的优化改革，从原来的更加重视“技术教授”转变为“思维培养”，不断促进学生在思维能力的各个方面得到锤炼，包括思维意识、品质、习惯、方式、方法等等，不断活跃学生思维，激活学生无限想象力与创造力，从而推动学生全面发展与终身学习。而结合数据资料的调查统计分析发现：在十年前，我国在计算思维领域的研究普遍以理论研究为主导，很少深入研究其应用模式，而近几年则开始有专家学者意识到计算思维的重要性，纷纷关注并给予应用研究。按整体而言，计算思维的应用研究更多地针对高等教育学习阶段，而在小学课堂的教学融入应用策略相对减少，仍处于初级研究阶段，需要加深小学生计算思维培养策略探索。

四、 基于编程教学的小学生计算思维培养策略

（一）重视建构模型，培养小学生约简思维

计算思维的重要目的是实现问题的有效解决，而问题的解决是建立在问题的确定基础上的。而在信息技术课程的编程教学中，问题的确定需要经过一个模式构建的过程，所谓模型构建指的是将自然语言描述的问题转变成借助计算机就能处理的模型。这是一个从具象到抽象的过程，而且抽象性是非常强的，是教学的重点和难点，因为抽象思维是信息技术学科学习的基础，这就要求教师要注重如何将抽象思维简约化，结合小学生的年龄特征及心理发展特点实际，将教学情境生活化，借助简化的学习单引导学生建构出问题模型。

而Scratch编程课程的授课对象为八岁到十六岁年龄段的学生，正是学生从具象思维向逻辑思维转变的过程，课程内容一般是一个主题为一个单元，围绕问题如何解决展开。因此，教学活动的开展应根据学生的认知水平，将学生拿到的问题放置于学生熟悉的生活场景中，充分调动学生的探究兴趣，让学生投入到问题的分析过程中，更易于学生对学习任务的明确了解，顺利运用数学建模，完成程序编写，实现问题的解决，并在过程中升华情感与价值观。例如，在教学《小小赛车手》一课时，教师可精心准备教学活动，组织学生一起观看世界级四驱车大赛的视频，然后让学生分享自己玩四驱车时观察到的行驶过程是怎样的，从而认识到在编程过程中，参照对象的运动过程和特征，初步理顺认知思维;然后，组织学生分组讨论小车智能行驶过程中面临的问题，在过程中明确学习任务，让学生清晰认识到课程学习的任务内容，了解到Scratch编程学习不仅是抽象的知识学习，还会参与到生活中热点话题的智能行驶汽车的研发工程，瞬间调动了学生解决问题的积极性，营造了良好的简约思维培养环境。在学习任务明确后，教师应重视学生建模的过程引导，通过约简细化学习任务来实现模型的顺利构建。因此，在Scratch课程中，应注意学习任务的分解，结合小学生的认知水平和课程内容涉及约简思维训练的学习单，通过将学习任务的细化分解为明确的对象、对象的动作效果，帮助学生在脑海中迅速建立数学模型，并确保计算机是能够处理解决的，这一个过程便是学生养成计算思维的重要第一步。值得注意的是，对象的动作效果分析过程中，教师应重视开展自然语言规范化描述训练，使得学生逐渐认识到循环、选择和顺序三种算法控制结构过程。借助训练学习单，逐渐理顺学生的思维，让每一步的操作更加简约清晰，促使约简思维的培养。

（二）引导化繁为简，培养转化思维

计算思维的内在本质是抽象与自动化的，如果说建模是学生思维框架的梳理，让学生明白“做什么”，那么接下来就需要进入让计算机知道“怎么做”的过程。所以，就需要将一个看起来比较复杂的问题，重新简化为一个容易理解并能够解决的问题，这就是转化思维的培养。一般而言，我们可以借助聚焦指令、代入角色等方式，将繁杂的问题碎片化，使得计算机能够接受处理。而新指令模块的学习是Scratch编程的教学重点，教师可以为学生打造一个新指令块使用学习环境，借助提问方式层层递进，直到学生发现相关的指令块，使得学生在这转化过程中体验感更强，更深入透彻地理解。例如，在《小小赛车手》中，小车如何能实现在赛道上智能行驶，是需要借助指令块“颜色……碰到颜色……”来判断转化的。教师可让学生从赛道背景图的观察入手，并设计思考的问题：1. 封閉赛道与赛道外侧、内侧背景颜色有什么不同？2. 小车在什么情况下需要返回赛道？3. 哪些指令块能实现小车智能判断该返回赛道？通过问题的指引，使得学生能逐步判断出小车返回赛道的判断标准：左前轮碰到赛道外侧颜色块、右前轮碰到赛道内侧颜色块，从而发现指令块标准：“颜色……碰到颜色……”。在这样的指令聚焦过程中，大大降低学生思维的难度，实现形象表达转化为抽象，培养学生的转化思维。

（三）鼓励纠错优化，培养启发思维

编程教学中，学生建模后就会完成脚本搭建，而这不是结束，只是开始。随后学生就需要检查整个程序的运行能否实现预期目标，那么，纠错与优化就成为学生继续努力完成的任务。在这个检查阶段，学生面临的是众多不确定、难排解的因素，需要教师重视学生的启发思维训练，让学生在过程中学会思考、联想、领悟、化解，不断锤炼启发思维。当搭建的脚本运行结果与预期情况有一定差距甚至大相径庭时，就是纠错优化的开始。在Scratch编程教学中，结合这个软件的特性，其出现的错误往往是一些逻辑上的错误，隐蔽性是很强的。所以，教师可以开启“大胆假设到小心求证”的启发思维训练策略。首先，在“大胆假设”环节中，教师可以引导学生去仔细观察整个调试过程中出现的非预期现象是怎样的，启发学生大胆猜测产生这些现象的原因源头，并进行归纳整理总结;其次，去到“小心求证”环节，教师应结合学生猜测的问题进行归纳启发，引导学生在尽可能根据自己的猜测对象逐一调试排除，在这过程中尽可能是在没有干扰的情况下进行，直到整个脚本调试成功。比如，在常见的小车冲出赛道的错误问题中，学生会猜测是车速过快、方向调整不及时、旋转角度不恰当等因素，就可以逐个排查求证。“车速过快”这一个问题求证中，可进行指令块“移动……步”的参数逐个调整，发现当小车是在赛道上采用的是慢速智能行驶就不会冲出赛道，就顺利完成纠错。在这个纠错过程中，是学生重新开展问题确定、问题解决的一个全过程，教师如能充分把握此绝佳教育点，引入预设求证的方式，就可使学生的启发思维得到深化培养，为整个程序设计更加优化提供有力保障。

五、 结语

综上所述，小学信息技术课程是小学生计算思维培养的重要阵地，这不是一个一蹴而就的教学过程，需要广大教师们应立足学生实际，采取合理的教学策略，利用编程教学来潜移默化地培养学生的约简思维、转化思维及启发思维，从而实现学生计算思维的深化累积拓展，为学生日后的学习、生活乃至工作中更好地处理问题奠定坚实的基础。

参考文献：

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[2]章伟.培养计算思维的小学编程校本教材开发与应用：以应用Scratch创作“迷宫大战”为例[J].中小学数字化教学，2018（3）.

[3]于颖，周东岱，于伟.计算思维的意蕴解析与结构建构[J].现代教育技术，2017（5）.

作者简介：李少芳，广东省广州市，广州市海珠区卫国尧纪念小学。