浅谈Scratch图形化编程对学生计算思维的培养

谢小天

【摘要】计算机思维作为学生适应21世纪人工智能时代的必备思维方式。计算思维的培养是学校核心素养落实的关键环节。培养学生计算思维的有效途径之一就是通过程序设计教学内容的方式，Scratch图形化编程软件作为依托工具，使学生在信息技术课堂中体现解决问题的关键能力。本文在Scratch教学设计过程中融入计算思维的六要素，旨在帮助学生提升计算思维。

【关键词】计算思维;Scratch图形化编程;六要素

一、什么是计算思维

近些年，人工智能技术、大数据、虚拟现实技术等新型技术广泛发展，对人们的日常行为、思维方式和认知结构产生了巨大影响。计算思维应运而生，成为适应社会生活的一项重要思维方式。

计算思维是指把看起来复杂的问题分解成一个个简单、具体的问题，通过分析、联想等方法解决问题的过程。例如，我们要做一顿有荤有素的晚餐，你要怎么办？首先你会分析，要做什么菜？对应着需要购买什么材料？接着你会通过手机查阅、网页查找等方式了解做菜的步骤。然后你会计算做菜的时间，对菜品制作有个先后顺序的排列。在明确关键细节后，你会开始实施做菜的各个环节。炒菜过程中出现问题，如太咸了，你会马上洒一些水进行补救。这时你知道炒一盘菜大概需要多少盐比较合适，最后这个数据形成一个固定数值。以后再准备晚餐时，就不会再犯同样的错误了。其实这就是日常生活中用计算思维去解决问题，在这些描述中就包含了计算思维的六要素，有分解、抽象、算法、调试、迭代、泛化。

二、计算思维和Scratch图形化编程的关系

计算思维的培养，必须依托一个工具和抓手才能在中小学信息技术课堂上实践。 我们知道培养学生计算思维的有效途径之一就是通过程序设计教学内容的方式。

在粤教版五年级信息技术上册引入了Scratch图形化编程软件，它是由美国麻省理工学院（MIT）设计的一种可视化的编程与开发环境。 图形化编程软件不需要输入复杂难懂的代码，直接通过可视化的程序命令积木块拼接，实现程序的快速编写。它的素材表现力直观，有自带的资源库素材，也可以导入网络下载的资源。学生可以根据场景选择喜欢的角色创造交互式故事、动画、游戏等。

Scratch图形化编程不是简单的让学生掌握编写的技巧，更注重的是培养学生在解决问题时，综合运用逻辑操作、算法、数据结构等通用的工程方法和数学知识所表现出的关键能力。学生在学习程序编写的过程中需要理清各个事件发生的先后顺序，理解所蕴含的逻辑操作，在此基础上完成各个模块的搭建、修改，由此深入浅出的解决问题，从而提升学生的计算思维能力。

三、如何培养计算思维

本文尝试构建基于Scratch图形化編程内容对学生计算思维培养的过程，将计算思维所涉及的六要素融入到具体教学过程中。以“问题驱动——分析归纳——脚本搭建——调试问题——延伸拓展——评价展示”等六步骤引导学生思考和操作，重点突出问题的解决过程。

（一）问题驱动

2020年一场突如其来的疫情打破了武汉这座美丽城市的宁静生活，一朵生长在珞珈山旁的樱花经历了人山人海的春，又经历了寂静无声的冬。它有什么梦想呢？

本课以“一朵樱花的梦想”视频作为导入，从樱花的角度记录这场疫病，记录那些感慨与感动，生命与拼命，爱与被爱的故事。“樱花”被赋予了生命的希望，我们可以借助信息技术的手段在家与樱花一起点亮希望，借此建立联系，利用Scratch编程软件创作樱花开放的故事。

（二）分析归纳

以四片花瓣的樱花开放过程为示例，要求学生填写导学清单，观察发现重复执行次数以及旋转角度分别是多少。在对比六片花瓣、十片花瓣、十二片花瓣，引导学生分析归纳得出：执行次数就是花瓣的片数，执行次数*旋转角度=360的结论，为后续设计樱花花瓣的造型奠定数学基础。

（三）脚本搭建

在了解清楚花瓣旋转的动态动作后，开始尝试自主搭建脚本，与旋转角度有关的积木块在动作模块，与执行次数有关的积木块在控制模块。想要让程序运行起来，还需要在事件模块中找一个触发积木块，将这些积木块依照逻辑顺序搭建起来，点击运行按钮，看看运行效果吧！

（四）调试问题

在基本的脚本搭建完成后，学生会发现：花瓣只会一闪而过，不会在舞台上留下痕迹而组成樱花的图形。学生思考为什么会出现这种现象呢？教师将两种情况下的动态结果放在一起对比，学生不难发现是旋转中心点的位置不同，一种是以花瓣边缘位置为旋转点，一种是远离花瓣以某一点为旋转点。

学生可以通过微课视频自主学习如何设置旋转中心点位置。如果以后再碰到类似的问题，学生能够很快的解决。

（五）延伸拓展

功能升级：鼠标点哪里，哪里就有樱花，哪里就会有春天。樱花开放的位置不能尽如人意，只能在固定位置开放吗？当然不是！学生利用所学的知识，对课堂案例进行修改。教师提出基础要求、拓展要求，教师一定要将要求布置清楚，学生可以通过小组合作的形式一起来完成。

（六）评价展示

学习评价是一种用来观察学生行为的工具，它能提供一些数据来帮助我们对“学生知道什么”做出合理的判断。创作是图形化编程重要的组成部分，我们可以采用不同的手段，例如测试、量规表、作品、档案袋等多种形式来评价。不以程序编写为学习目的，而是注重设计方法，体验解决问题的过程。

【本文系深圳市光明区李松蓢学校教育科学规划课题“图形化编程校本课程设计与实施——以李松蓢学校为例”成果（课题编号：GMQLSL2020006）】

【参考文献】

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[3]陈兆新. 浅谈如何在小学信息技术scratch编程中培养学生的计算思维[J]. 科学咨询（科技·管理）， 2019（9）.