基于Scratch的小学生计算思维培养策略研究

崔越超　于梦悦　赵建功

关键词：计算思维；Scratch；核心素养；青少年编程教育

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）08-0110-03

1 引言

信息时代下，计算思维成为每个人所必备的素养，在小学阶段开展思维教育可以有效引导学生由具体形象思维向抽象逻辑思维转变，对于学生未来的发展有着非常重要的作用，因此如何有效培养学生的计算思维成为编程教师需要重点关注的问题，本文从计算思维的概念出发，在探讨计算思维与Scratch编程教育之间关系的基础上，就如何在教学内容的确定、教学目标的设计、教学策略的构建、课堂教学的实施以及学生作品的评价五个方面融入计算思维的培养展开分析讨论，提出基于Scratch编程课程的小学生计算思维培养策略。

2 计算思维培养概述

2.1 什么是计算思维

周以真教授指出，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题解决、系统设计以及理解人类行为的一系列思维活动[1]。教育部颁布的《义务教育信息科技课程标准（2022年版》中，将计算思维列为信息科技学科的四个核心素养之一[2]，通过培养学习者的计算思维能力，使其能够将计算机学科问题解决的方式与过程迁移到解决实際问题的应用中，帮助学生能够快速有效的分析问题与解决问题。

2.2 小学计算思维的培养目标

小学阶段是学生思维的快速发展期，在小学阶段实施思维教育的目的不仅仅是为了增加学生的知识储备，更重要的是培养学生自主探究的能力，使其学会思考问题，能够在学习与生活中灵活运用已有知识经验进行问题分析和解决问题，引导学生由具体形象思维向抽象逻辑思维转变。小学生计算思维的培养目标应在一般思维教育的基础上，通过使学生理解计算机的工作原理和实现方法，分析其中的缘由，从而达到学生善于用计算思维去思考和解决问题的目标。

2.3 小学计算思维培养的基本途径

计算思维教育围绕计算机科学及其相关技术展开，与计算机编程教育相关的领域作为计算思维培养的主要阵地[3]，随着Scratch编程语言的问世，编程学习的年龄门槛得以进一步降低，6岁的儿童即可通过学习图形化编程，创作出自己的计算机程序作品，早期国内的少儿编程教育主要关注与学生知识学习情况，近些年随着从事Scratch教学研究的学者逐渐增多，Scratch教学研究的深度与广度得以进一步拓宽，在编程课程中对于学生思维的培养逐渐得到了重视，人们对于少儿编程教育的认识逐渐从关注学生知识学习情况转变为关注学生思维发展情况，逐渐将Scratch编程教育与培养计算思维相联系，少儿编程课程也成为小学阶段实施计算思维培养的有效载体。

3 小学Scratch 编程课程的发展现状

3.1 Scratch编程简介

Scratch是由麻省理工学院所开发的一款图形化编程工具，目前国内基于Scratch语言开发的图形化编程平台数量众多，如：小码王、慧编程等。图形化编程软件通过将复杂的代码进行组合封装，制作成一个个好似积木的程序模块，使得整个编程过程变得可视化，使用者通过组合程序模块，便可创作出故事动画、互动游戏等编程作品。由于在编写程序的过程中，没有“标准答案”，这就使学生可以完全按照自己的思路去解决问题，对于提升中小学生的独立思考和逻辑判断的能力有很大的作用。

3.2 国内Scratch 编程教育的研究现状

自2011年以来，国内学习、研究Scratch编程的专家和学者迅速增多。国内对Scratch编程教育的教学研究主要集中在以下几个方向：一是儿童数字文化创作课程研究，通过在教学中结合音乐、美术、文学以及计算机等多个领域，以主题式学习为载体，开展自由创作学习以激发学生的创造潜力，使学生学会使用程序解决问题并完成创作；二是儿童趣味创造，以作品创作为主线，通过创作作品使学生完成编程指令的学习，在作品创作中培养学生的创新能力；三是基于工程、艺术和研究的技术学习，这一教学研究以STEM教育为核心，将教学结构分为艺术单元、研究单元以及工程单元，其中艺术单元重在激发学生的兴趣，工程单元重在实用，研究单元重在培养学生的创新能力，通过在围绕这三个单元的案例学习，在做和学中发展学生的多元智能。总体来说，国内有关Scratch编程教育的研究的重点大多在于探索编程教育对学生思维能力、创新能力以及解决问题能力的影响。

3.3 小学Scratch 编程课程现状

由于我国小学编程教育起步较晚，虽然相关课程近些年在各地小学迅速开展，但仍处于初期阶段。当前我国在小学阶段开展图形化编程教学和图形化编程资源开发的地区较多，但小学编程教育尚未形成完整课程体系，还没有确立标准化的教学目标和教学内容。当前的小学编程教育主要有小学信息科技课程和社团课两部分组织，其中小学信息科技课程为主要阵地，用以普及编程教育，社团课或兴趣小组为辅佐，服务于对编程学习感兴趣的学生，作为为其提供进一步学习的平台，两种课程共同组成了校内编程教育的课程模式，但在编程教育所注重的学生计算思维培养上，存在教师自身计算思维能力短缺，教师对于小学生的思维发展水平特点没有清晰的认识，教师缺乏融合计算思维的教学设计能力以及课时安排有限等问题。

4 Scratch 编程课程中小学生计算思维的培养策略

4.1 在教学内容的选择中注重计算思维

例如在讲授Scratch中的“造型模块”时，教师可以将《制作变脸小动画》作为本节课的教学内容。一方面，小动画的制作可以使学生在“玩中学”，在制作不同的舞台灯光效果的过程中完成对切换背景的学习，在制作演员的变脸表演的过程中完成对切换造型的学习；另一方面，在教学中融入对变脸文化的介绍，将我国的传统文化融入课堂教学中，培养学生的家国情怀。

4.2 在教学目标的分析中融入计算思维

合理的教学目标能够增强教学过程的科学性，提高学生的学习效果。因此，应将小学生计算思维的培养目标融入新课标所规定的三维教学目标中。计算思维的培养目标可以分为三个维度，分别为计算概念、计算实践和计算观念[4]。就小学生和Scratch编程来说，计算概念是指学生在使用各种代码块进行作品创作的过程中，逐渐将对代码块的理解上升为概念，这些概念可以迁移至其他情境中使用，这一目标注重学生知识的学习；计算实践关注学生能力的培养，强调学生在通过教师引导，自学和互助完成编程项目学习的过程中，培养学生学会独立思考，应用所学新知和已有知识经验去分析问题和解决问题的能力；计算观念是学习者在编程学习中所形成的表达观念、联系观念以及质疑观念，是对学生价值观的培养。由此可见，计算思维培养框架中的目标刚好能够与教学目标中的三个维度一一对应，其中的计算概念对应知识目标维度，计算实践对应能力目标维度，计算观念对应情感目标维度。

以《学习音乐模块》一课为例，本课的教学内容是运用“音乐模块”中的代码块来控制程序发出各种声音，针对本节课的教学内容和学生特点，结合计算思维的培养目标，得出本节课的教学目标：在计算概念方面，学生能够说出“音乐模块”的功能，学生能够总结出“音乐模块”中代码块的使用；在计算实践方面，经过教师的引导、自学和同伴的互助，学生完成本节课的学习任务，培养学生问题解决的能力，使学生清楚“音乐模块”的适用场景；在计算观念方面，通过完成编程项目，学生体验到编程的乐趣，在作品的展示交流中，培養学生的鉴赏能力。

4.3 在教学策略的选择中强调计算思维

在教学策略的选择上，教师的教学策略需要更加多样化，应改变传统的直接讲授式教学，转向注重学生的动手实践、自主探究和小组合作，使学生在“做中学”。项目式学习是一种动态的学习方法，在该教学策略中，整堂教学围绕项目来进行，通过创设情境导入项目，学生在学习过程中主动发现和探究问题，实现在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，通过选定主题、项目分解、小组讨论和展示交流等多个活动项目充分发挥学生的创造潜能，从而提高学生解决实际问题的综合能力。面向小学生计算思维教育的项目式学习设计应该注意以下几个方面。

在项目主题导入方面。小学生的自主分析能力较弱，并不具备自主识别活动主题的能力，因此教师应该以小游戏、小故事等情景化的形式引入项目主题，小故事、小游戏的内容应根据教学内容从学生的生活实际出发，选定具有一定趣味性的项目，使小学生能够对项目产生兴趣。例如《学习键盘控制角色方向》一课中，教师可以将项目主题设计成《骑小摩托送外卖》，以制作一个帮助外卖员送外卖的小游戏来导入项目主题，使得编程课程可以贴近同学们的生活，将乏味的编程课程变得有趣起来。

在项目分解方面。将大项目分解成学生能够解决的小项目是项目完成的重要一环，也是编制项目计划书的前提，项目完成方案的设计是项目能否完成的关键，分解的过程不应该由教师直接讲述给学生，而是同学们在教师的引导下，通过将新学到的相关内容与已有知识经验相结合，通过以小组合作的方式探究项目完成所需的步骤，并制定项目计划书。在《骑小摩托送外卖》的项目中，应该使学生首先接触侦测按键的学习，在具备完成本项目的知识后，进行项目分解，编制项目计划书。

在项目迭代方面。一方面项目的迭代过程体现在学生完成项目分解后，学生需要经过完成一个个子项目以最终完成整个大项目，这一项目不断叠加升级的过程，便是项目的迭代过程；另一方面项目迭代可以在案例项目完成后在该项目的基础上进行，学生完成案例项目后，教师应该设置开放性拓展任务，鼓励学生在已完成的项目上的基础上通过叠加新的代码块来完善项目功能或形成新的项目。在《骑小摩托送外卖》的项目中，学生在完成该项目后，教师可以引导学生在此基础上为游戏增加障碍物、增加计时器或增加关卡等新功能从而丰富整个游戏脚本及其场景，从而培养学生的发散思维和创新能力。

4.4 在课堂教学的实施中构建计算思维

计算思维是一种用来解决问题的思维，因此在课堂教学的实施方面，学习者在问题解决过程中的体验是小学生计算思维培养的重要内容。利用计算思维分析和解决问题的过程可分为四个步骤，包括问题分解、模式识别、抽象和算法[5]，计算思维的培养中应该使同学们亲身体验这四个步骤，从而获得解决问题的方法。

例如要完成《鼠标控制角色运动方向》这一任务，首先要进行的就是问题分解，分解是指将复杂问题分解为更小的、易于实现的部分，针对本任务可分解成第一步制作角色面向某一方向移动的程序，第二步在此基础上制作连续移动的程序，第三步制作鼠标控制小猫移动方向的程序；模式识别是找到不同问题中的共同点的过程，也就是知识迁移的过程，之前的课程中已经学过了角色连续移动的程序编写，因此第一步和第二步是可以将以前知识迁移到本项目中的；抽象是指抓住事物的本质特征，去繁求简，本任务中的本质问题即添加哪些程序模块可以实现小猫一直可以面向鼠标方向，由此可得解决该问题所需的是运动分类里的程序，同时我们还需要将这一程序循环执行；算法即解决问题的详细步骤，也就是完成该任务所需的全部步骤。

在教学过程中教师应引导学生先分解问题，调用已有知识经验中的相关信息，搜索能够用于解决该问题的知识点，套用该知识，最后解决问题。由于这一过程比较抽象，而小学生接触编程时间较短，尚未具备使用程序语言的能力，教师可以使用以自然语言来描述程序语言的方式，学生通过用自然语言描述自己的问题解决过程以及编程过程，使得课堂教学可以在学生力所能及的范围内进行。

4.5 在学生作品的评价中关注计算思维

作品评价是检验学生在学习中计算思维水平是否提升的重要途径，在目前的编程作品评价中，大多以二元论的方式把编程作品划分为对和错两类，评价的关注点在于学生的代码编写及程序功能是否正确，这种评价方式无法衡量教学是否促进了学生计算思维发展。教学目标是教师计划本节课应达到的教学效果，因此关注计算思维培养的评价方式应从计算思维培养的三维框架入手，学生对代码块的使用情况可以作为计算概念维度的评价内容；学生在完成项目过程中分解问题编制项目计划书的情况可以作为计算实践的评价内容；学生在展示作品时对于作品的介绍和描述可以作为计算观念的评价内容。基于以上三个维度对学生的编程作品完成情况进行评价，可以更好地反映学生计算思维的发展状况和水平。

5 总结

小学阶段是学生思维的高速发展期，在小学阶段培养学生的计算思维，一方面适应了新时代对于人才培养的需要，为今后学生在信息化时代解决问题奠定良好基础，另一方面有助于小学生的具体形象思维向抽象逻辑思维的转变。因此，在小学Scratch编程教育的过程中，教师必须在提高自身素养的同时，选用符合学生特点的教学内容，依据计算思维培养目标设计教学目标，综合使用各种灵活有效的教学手段，引发学生的深度思考，从而使学生更好地理解知识、掌握知识，形成独立思考的能力，提高他们的计算思维，使其信息素养得到持续快速的发展。