Scratch教學(xué)研究熱點(diǎn)綜述

許惠美

● 前言

Scratch（http://scratch.mit.edu/）是針對(duì)8至16歲學(xué)生所設(shè)計(jì)的編程語言與環(huán)境，從2007年迄今，全世界有越來越多的學(xué)校開始將Scratch教學(xué)融入信息技術(shù)課程，為目前以軟件操作為導(dǎo)向的信息技術(shù)教育注入新的力量，為學(xué)生提供了容易上手的編程工具。Scratch所蘊(yùn)含的建造主義內(nèi)涵，推動(dòng)了新一波信息技術(shù)教學(xué)的典范轉(zhuǎn)移。Eisenberg認(rèn)為面對(duì)未來世界不可預(yù)期的挑戰(zhàn)，單純強(qiáng)調(diào)技術(shù)訓(xùn)練的信息技術(shù)教育是不可行的，強(qiáng)調(diào)個(gè)人、控制、抽象的信息技術(shù)教育典范與合作、好奇、具象的信息技術(shù)教育典范產(chǎn)生了一股相互拉扯的力量，而Scratch建造主義式的活動(dòng)正好能夠同時(shí)滿足抽象與具象的需求。此外，Scratch教學(xué)成功結(jié)合STEAM（科學(xué)、科技、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)）學(xué)科知識(shí)，信息科技成為知識(shí)習(xí)得與解決生活問題的利器，增強(qiáng)了學(xué)生的關(guān)鍵能力與未來競爭力。

● Scratch教育論述

Scratch的教育涵義與論述是多元且不斷發(fā)展的，主要的教育論述是遵循Seymour Papert倡導(dǎo)的建造主義發(fā)展而成的。具體實(shí)踐于教學(xué)的策略分別有社團(tuán)學(xué)習(xí)取向（Clubhouse Approach to Learning）和幼兒園學(xué)習(xí)取向（Kindergarten Approach to Learning）兩種。近年來Scratch教育論述結(jié)合計(jì)算思考（computational thinking），從計(jì)算思考概念、計(jì)算思考策略與計(jì)算思考觀點(diǎn)等方面建立Scratch活動(dòng)的理論與分析架構(gòu)。

1.建造主義

建造主義是Papert提出的學(xué)習(xí)理論，它繼承了皮亞杰建構(gòu)主義的觀點(diǎn)，認(rèn)為學(xué)習(xí)是在個(gè)體與他人的互動(dòng)中將舊知識(shí)與新知識(shí)建立聯(lián)系，在知識(shí)建造的過程中建造具有社會(huì)性的人造物（artifact），認(rèn)為知識(shí)建構(gòu)的過程必須伴隨外在事物的建造，強(qiáng)調(diào)“建造”以及“具體”的重要性。

2.社團(tuán)學(xué)習(xí)取向

社團(tuán)學(xué)習(xí)取向體現(xiàn)建造主義的精神，強(qiáng)調(diào)情感、動(dòng)機(jī)與社會(huì)脈絡(luò)的重要作用，鼓勵(lì)個(gè)人與社群的互動(dòng)，希望通過新興科技開展新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使學(xué)生能夠成為有能力、創(chuàng)造力與自信心的學(xué)習(xí)者，社團(tuán)運(yùn)作遵循四個(gè)重要的原則（Clubhouse Learning Approach: Guiding Principles）： ①從設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)（learning by designing）； ②按照你的興趣（follow your interests）；③建立社群（building a community）；④尊敬與信任（respect and trust）。

3.幼兒園學(xué)習(xí)取向

幼兒園學(xué)習(xí)取向與社團(tuán)學(xué)習(xí)取向類似，都聚焦于“從設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)”，認(rèn)為參與項(xiàng)目設(shè)計(jì)可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，強(qiáng)化學(xué)習(xí)的控制感與責(zé)任感，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用跨領(lǐng)域（如藝術(shù)、科技、數(shù)學(xué)等）的知識(shí)解決問題，并且借助考慮別人對(duì)于作品的感受，培養(yǎng)學(xué)生換位思考的習(xí)慣。

幼兒園學(xué)習(xí)取向提供創(chuàng)造思考的流程，主要包括：想象→創(chuàng)造→游戲→分享→反思。兒童首先想象他們要做的事物，依據(jù)自己的想法創(chuàng)建項(xiàng)目，設(shè)計(jì)并制作作品（可以使用積木、程序等建造工具），然后將作品與想法分享給同伴，最后積極反思，為下次的創(chuàng)造提供靈感與想法。

4.計(jì)算思考

近幾年來，信息技術(shù)教育開始用“計(jì)算思考”作為信息科技的關(guān)鍵。Wing認(rèn)為“計(jì)算思考”是類似計(jì)算機(jī)程序邏輯的思考方式，而后在Computational Thinking in K-12 Education: Teacher Resources中又將計(jì)算思考分為數(shù)據(jù)收集（data collection）、數(shù)據(jù)分析（data analysis）、數(shù)據(jù)再現(xiàn)（data representation）、問題解構(gòu)（problem decomposition）、抽象化（abstraction）、算法與程序（algorithm & procedure）、自動(dòng)化（automation）、模擬（simulation）與平行（parallelization）。Brennan & Resnick則進(jìn)一步將此概念與Scratch互動(dòng)媒體設(shè)計(jì)的活動(dòng)結(jié)合，提出一套整合的架構(gòu)。通過長期觀察學(xué)生的Scratch活動(dòng)，Brennan & Resnick認(rèn)為從Scratch活動(dòng)中可以歸納出計(jì)算思考的三個(gè)方面：計(jì)算概念、計(jì)算策略和計(jì)算觀點(diǎn)。

5. 計(jì)算參與

隨著計(jì)算思考的發(fā)展、技術(shù)文化參與的深化、自己動(dòng)手做的流行，編程近年來逐漸得到教育領(lǐng)域的重視。Kafai & Burke認(rèn)為這一波的編程教育，從原來的個(gè)人、工具導(dǎo)向轉(zhuǎn)變?yōu)榧婢呱鐣?huì)性與文化性的數(shù)字媒體的創(chuàng)造與分享，換句話說，編程教育從原來的個(gè)人創(chuàng)建轉(zhuǎn)化為集體建構(gòu)。計(jì)算參與的改變體現(xiàn)在三個(gè)方面：①由原來的編寫程序代碼轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)造應(yīng)用程序，不再只是編寫與他人無關(guān)的程序代碼，而是聚焦于創(chuàng)造有使用情境的科技物；②由原來重頭做起轉(zhuǎn)化成借鑒其他人的作品，程序撰寫通過網(wǎng)絡(luò)上的同伴群體，借鑒其他人的作品，形成新的參與形式；③由原來的設(shè)計(jì)工具轉(zhuǎn)化為社會(huì)群體共同發(fā)展，編程不再只是個(gè)人的設(shè)計(jì)工具，而是在一個(gè)分享的社會(huì)脈絡(luò)下，利用開放源碼軟件與參與者的熱忱來激發(fā)參與。計(jì)算參與和維高斯基的社會(huì)建構(gòu)主義相契合，將編程教育置于社會(huì)脈絡(luò)中。

● 研究熱點(diǎn)1：Scratch的教學(xué)設(shè)計(jì)與策略

建造主義為Scratch提供了學(xué)習(xí)理論與教學(xué)策略上的指引，Harel & Papert于1986～1987年在美國波士頓地區(qū)的小學(xué)開展教學(xué)軟件設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)，這是符合建構(gòu)主義精神的教學(xué)典范。在實(shí)驗(yàn)過程中安排學(xué)生用LOGO制作數(shù)學(xué)分?jǐn)?shù)教學(xué)主題的程序，學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)情境，每次花5～7分鐘做計(jì)劃，然后花55分鐘的時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)活動(dòng)，每星期大約花4個(gè)小時(shí)設(shè)計(jì)、執(zhí)行與分?jǐn)?shù)概念有關(guān)的程式。在制作過程中安排三年級(jí)的學(xué)生和參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生互動(dòng)，要求學(xué)生能夠利用程序解釋分?jǐn)?shù)的概念，實(shí)驗(yàn)期間安排焦點(diǎn)課程，協(xié)助學(xué)生學(xué)習(xí)編程、LOGO編程與分?jǐn)?shù)方面的內(nèi)容，但是不特別教分?jǐn)?shù)方面的知識(shí)。

目前最為淺顯易懂的建構(gòu)主義教學(xué)流程是幼兒園學(xué)習(xí)取向的五步循環(huán)，這個(gè)循環(huán)包含了三個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)上的要素：擺弄的歷程、豐富的情境與社會(huì)脈絡(luò)。Resnick & Rosenbaum認(rèn)為擺弄的目的是希望學(xué)生能愉快地從事實(shí)驗(yàn)與反復(fù)測(cè)試的學(xué)習(xí)歷程，擺弄并不是隨意、不認(rèn)真或是缺乏計(jì)劃的行為，而是希望學(xué)生能夠采取一種較松散的學(xué)習(xí)形式，以一種由下而上的方式對(duì)知識(shí)進(jìn)行摸索與探究，強(qiáng)調(diào)過程勝于結(jié)果、制定主題而非制造挑戰(zhàn)、提供多元的范例、增加合作與探索的空間、鼓勵(lì)人際間的對(duì)話、提出問題而非答案、鼓勵(lì)反思等。豐富的情境與Shaffer & Resnick提出的真實(shí)性觀點(diǎn)相呼應(yīng)，考慮學(xué)生的制作情境、學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)與評(píng)價(jià)方式能夠與現(xiàn)實(shí)世界的情境接軌。社會(huì)脈絡(luò)則是呼應(yīng)Kafai & Rosenbaum提出的計(jì)算參與，應(yīng)給予學(xué)生足夠的合作與分享的空間，應(yīng)用別人的作品進(jìn)行創(chuàng)作，思考作品的應(yīng)用范疇以及在實(shí)體與網(wǎng)絡(luò)群體中進(jìn)行知識(shí)的交流。

在建造主義的脈絡(luò)下，Scratch的教學(xué)策略和流程與專案本位教學(xué)、問題本位教學(xué)、合作學(xué)習(xí)等教學(xué)模式相符，重點(diǎn)是通過科技讓學(xué)生能夠有擺弄的歷程、豐富的情境與社會(huì)脈絡(luò)。在2014年STEAM教育論壇暨Scratch現(xiàn)場教學(xué)觀摩研討活動(dòng)（常州）中，毛愛萍老師的Scratch教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)流程，包含提出主題、范例研習(xí)、模仿設(shè)計(jì)、自由創(chuàng)作與分享交流五個(gè)步驟，王旭卿老師與王麗麗老師共同設(shè)計(jì)的闖關(guān)大冒險(xiǎn)教案，運(yùn)用幼兒園學(xué)習(xí)取向的教學(xué)步驟進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，均能體現(xiàn)建造主義的內(nèi)涵，并且展現(xiàn)出新意，為Scratch教學(xué)設(shè)計(jì)與策略作出貢獻(xiàn)。

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● 研究熱點(diǎn)2：計(jì)算概念與軟件

盡管建造主義提倡擺弄的學(xué)習(xí)方式，但是不可諱言的是，編程概念的熟稔程度對(duì)學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意的程度是有影響的，在Brennan&Resnick的計(jì)算思考架構(gòu)中，計(jì)算概念亦是Scratch教學(xué)活動(dòng)中的一個(gè)重要方面。對(duì)教學(xué)現(xiàn)場的教師而言，有兩個(gè)重要的研究關(guān)注點(diǎn)：一是軟件是否能夠發(fā)揮編程的效果，二是了解學(xué)生在學(xué)習(xí)計(jì)算概念中所遇到的困難，并提出解決方法。

Scratch編程環(huán)境主要是為初學(xué)者設(shè)計(jì)的，在開發(fā)的過程中去掉會(huì)造成使用困擾的程序區(qū)塊。例如，Scratch 1.4版就將程序（procedure）去掉，學(xué)生無法自行定義程序，就用廣播來替代，但是卻無法使用參數(shù)控制程序運(yùn)行，也無法回傳數(shù)值。另外，由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)限于字符串、數(shù)值與布爾代數(shù)，無法建立多維鏈接（list）等較復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Scratch 2.0版補(bǔ)充了程序功能，可以使用單一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)。針對(duì)編程功能上的缺點(diǎn)，Harvey & Monig認(rèn)為SNAP（之前是Build Your Own Blocks）完全可以補(bǔ)足這方面的缺點(diǎn)，提供給需要進(jìn)階編程功能的大學(xué)課程或編程專家使用。此外，在外設(shè)支持上，Scratch 1.4官方版支持樂高WeDo與PicoBoard（Scratch Sensor Board），但是不支持常用的Arduino以及與其兼容的硬件。若是開展以Arduino硬件為主的教學(xué)可以使用S4A（http://s4a.cat/）或是S2A（https://github.com/MrYsLab/S2A）進(jìn)行。

編程教學(xué)的一個(gè)重要任務(wù)是讓學(xué)生熟悉計(jì)算概念，進(jìn)而發(fā)揮在項(xiàng)目創(chuàng)作上。Lee以質(zhì)性研究的方式追蹤一位三年級(jí)學(xué)生使用Scratch學(xué)習(xí)編程的過程，前期研究者以小型的Scratch項(xiàng)目協(xié)助學(xué)生熟悉編程概念（包括循環(huán)、條件、多媒體運(yùn)用、事件、廣播、布爾邏輯等），后期由學(xué)生利用之前所學(xué)的編程技巧設(shè)計(jì)較復(fù)雜的項(xiàng)目，研究結(jié)果顯示學(xué)生對(duì)于事件驅(qū)動(dòng)與變量歸屬兩項(xiàng)概念感到困難。就事件驅(qū)動(dòng)的程序而言，如果“在點(diǎn)一下綠旗之后，對(duì)于特定對(duì)象、按鍵或是顏色等進(jìn)行偵測(cè)”時(shí)，學(xué)生常常忘記加入循環(huán)，造成偵測(cè)只是一次性的，而非重復(fù)偵測(cè)。但如果是執(zhí)行“當(dāng)按下按鍵時(shí)，則程序自動(dòng)進(jìn)行偵測(cè)”時(shí)，則不必加上重復(fù)執(zhí)行的指令（如圖1）。另外，學(xué)生在變量學(xué)習(xí)的初期理解有困難，不了解變量的概念，后來雖然在Scratch活動(dòng)中逐漸了解變量的用法，但對(duì)變量是歸屬所有的角色（如全域變量global variable）或是特定的角色（如實(shí)例變量instance variable）的理解上，仍有困難。Hsu在對(duì)小學(xué)生計(jì)算概念進(jìn)行量化分析的研究中，發(fā)現(xiàn)小學(xué)生在序列、計(jì)次式循環(huán)、條件與事件上有清楚的概念，但是對(duì)于條件式循環(huán)、運(yùn)算、變量的概念則比較模糊。

● 研究熱點(diǎn)3：Scratch外設(shè)

Scratch外設(shè)應(yīng)用符合建造主義強(qiáng)調(diào)知識(shí)建造過程中對(duì)于外在事物的擺弄，與目前流行的自己動(dòng)手做的自造者文化相吻合，通過外設(shè)與Scratch可以制作交互式游戲和簡易機(jī)器人，并且可以用偵測(cè)值設(shè)計(jì)與現(xiàn)實(shí)世界互動(dòng)的媒體。Scratch外設(shè)還可作為探究學(xué)習(xí)的主題與學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生利用傳感器的偵測(cè)值，對(duì)數(shù)據(jù)加以分析、歸納，進(jìn)而建立科學(xué)現(xiàn)象的模型與詮釋。另外，Scratch與信息素養(yǎng)、計(jì)算思考有著緊密的聯(lián)系，可以提高編程、硬件組裝與客制化、互動(dòng)設(shè)計(jì)等能力，不僅可融入STEAM學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)中，而且可以作為初階機(jī)器人的教材。

目前支持Scratch的外設(shè)非常多，包括Scratch官方支持的PicoBoard與LEGO WeDo，通過中介程序協(xié)助的Kinect，以及配合S4A與S2A軟件的Arduino與兼容感應(yīng)板等。這些外設(shè)搭配不同的傳感器，能夠?qū)ν饨绛h(huán)境的變化進(jìn)行偵測(cè)，偵測(cè)值傳回Scratch程序，依據(jù)不同的數(shù)據(jù)，可以設(shè)計(jì)不同的反應(yīng)，設(shè)計(jì)富有創(chuàng)意的項(xiàng)目。這些外部感應(yīng)器與Scratch項(xiàng)目的結(jié)合并不困難，通常只需要安裝相關(guān)硬件的驅(qū)動(dòng)程序以及中介程序，即可利用Scratch指令區(qū)中偵測(cè)區(qū)塊最下面的兩個(gè)程序積木：“滑桿傳感器的值”或“傳感器按下按鈕”（見圖2）。

圖2Scratch傳感器偵測(cè)值

目前已有很多企業(yè)投入外設(shè)的設(shè)計(jì)與研發(fā)，Przbylla & Romeike認(rèn)為外設(shè)對(duì)于操作上的需要相對(duì)簡單，如組裝非常容易，沒有插拔上的困難，具有彈性與擴(kuò)充性，可以很容易地添加傳感器等。平時(shí)學(xué)生只需要會(huì)用，不需要具體地了解外設(shè)的構(gòu)造細(xì)節(jié)，通過傳感器的排列就能夠觀察到不同的計(jì)算原則。另外，由于PicoBoard的傳感器已經(jīng)直接焊在板子上，避免了學(xué)生拆裝的問題，因此PicoBoard被認(rèn)為是小學(xué)低年級(jí)階段導(dǎo)入的最佳硬件。相較于PicoBoard的簡單容易操作，Arduino則提供較多的客制化空間，學(xué)生可以根據(jù)項(xiàng)目的需要，結(jié)合外界環(huán)境，使用各式的傳感器，進(jìn)而建構(gòu)互動(dòng)式的應(yīng)用，對(duì)于學(xué)生的信息素養(yǎng)有較高的要求，適合小學(xué)高年級(jí)以上的學(xué)生。Kinect體感偵測(cè)器與Scratch結(jié)合的方式并不困難，學(xué)生可以利用骨架的坐標(biāo)信息，融入到動(dòng)畫與游戲中，但是由于Kinect不屬于學(xué)校標(biāo)準(zhǔn)的教室配備，再加上需要較大的空間，因此在實(shí)施過程中需要對(duì)環(huán)境做一些改造。

Scratch外設(shè)研究主要分成兩部分，一方面是以信息技術(shù)教育為主，通過外設(shè)的項(xiàng)目觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。近年來研究發(fā)現(xiàn)，Scratch所提供的機(jī)器人經(jīng)驗(yàn)，可以協(xié)助學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)出與外界互動(dòng)的程序，提高學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中運(yùn)用科技和解決問題的能力。另一方面是將信息科技融入教學(xué)中，外設(shè)可以應(yīng)用于探索式教學(xué)中，使用不同的感應(yīng)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與分析。例如，光敏電阻與照度關(guān)系的研究、自制照度計(jì)探究泥漿沉淀過程分別與物理、地球科學(xué)等學(xué)科知識(shí)相結(jié)合，可以對(duì)外部傳感器的偵測(cè)值加以分析，進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，力求科學(xué)詮釋外在現(xiàn)象。目前這兩方面的研究多處在探索階段，可以從深化Scratch外設(shè)教學(xué)實(shí)踐方向著手，建立與之對(duì)應(yīng)的教學(xué)策略，與學(xué)科進(jìn)行整合，并可搭配計(jì)算思考和計(jì)算參與的研究框架進(jìn)行相關(guān)研究。

● 結(jié)論

Scratch及其蘊(yùn)含的建造主義思維已經(jīng)在教育上形成一個(gè)不容忽略的趨勢(shì)，對(duì)于Scratch的持續(xù)關(guān)注是許多教師共同的興趣。對(duì)于投入Scratch教學(xué)的教師來說，特別是在為學(xué)生投入創(chuàng)作的強(qiáng)大學(xué)習(xí)動(dòng)力與堅(jiān)持感動(dòng)時(shí)，Scratch教學(xué)上的推動(dòng)變成了一種堅(jiān)定的信仰，我們與建造主義的學(xué)者一同期待Scratch能夠提供學(xué)生面對(duì)下個(gè)世紀(jì)挑戰(zhàn)的能力。盡管目前Scratch有多元的教育論述，但是對(duì)教學(xué)實(shí)踐的研究還有很多不足。例如，在教學(xué)設(shè)計(jì)與策略上仍有發(fā)展的空間，對(duì)于學(xué)生計(jì)算概念學(xué)習(xí)上的困難與軟件的效果還需再進(jìn)一步研究，Scratch外設(shè)應(yīng)用的硬件、軟件、教學(xué)資源等都有待完善。讓我們一同努力吧！

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● 研究熱點(diǎn)2：計(jì)算概念與軟件

盡管建造主義提倡擺弄的學(xué)習(xí)方式，但是不可諱言的是，編程概念的熟稔程度對(duì)學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意的程度是有影響的，在Brennan&Resnick的計(jì)算思考架構(gòu)中，計(jì)算概念亦是Scratch教學(xué)活動(dòng)中的一個(gè)重要方面。對(duì)教學(xué)現(xiàn)場的教師而言，有兩個(gè)重要的研究關(guān)注點(diǎn)：一是軟件是否能夠發(fā)揮編程的效果，二是了解學(xué)生在學(xué)習(xí)計(jì)算概念中所遇到的困難，并提出解決方法。

Scratch編程環(huán)境主要是為初學(xué)者設(shè)計(jì)的，在開發(fā)的過程中去掉會(huì)造成使用困擾的程序區(qū)塊。例如，Scratch 1.4版就將程序（procedure）去掉，學(xué)生無法自行定義程序，就用廣播來替代，但是卻無法使用參數(shù)控制程序運(yùn)行，也無法回傳數(shù)值。另外，由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)限于字符串、數(shù)值與布爾代數(shù)，無法建立多維鏈接（list）等較復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Scratch 2.0版補(bǔ)充了程序功能，可以使用單一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)。針對(duì)編程功能上的缺點(diǎn)，Harvey & Monig認(rèn)為SNAP（之前是Build Your Own Blocks）完全可以補(bǔ)足這方面的缺點(diǎn)，提供給需要進(jìn)階編程功能的大學(xué)課程或編程專家使用。此外，在外設(shè)支持上，Scratch 1.4官方版支持樂高WeDo與PicoBoard（Scratch Sensor Board），但是不支持常用的Arduino以及與其兼容的硬件。若是開展以Arduino硬件為主的教學(xué)可以使用S4A（http://s4a.cat/）或是S2A（https://github.com/MrYsLab/S2A）進(jìn)行。

編程教學(xué)的一個(gè)重要任務(wù)是讓學(xué)生熟悉計(jì)算概念，進(jìn)而發(fā)揮在項(xiàng)目創(chuàng)作上。Lee以質(zhì)性研究的方式追蹤一位三年級(jí)學(xué)生使用Scratch學(xué)習(xí)編程的過程，前期研究者以小型的Scratch項(xiàng)目協(xié)助學(xué)生熟悉編程概念（包括循環(huán)、條件、多媒體運(yùn)用、事件、廣播、布爾邏輯等），后期由學(xué)生利用之前所學(xué)的編程技巧設(shè)計(jì)較復(fù)雜的項(xiàng)目，研究結(jié)果顯示學(xué)生對(duì)于事件驅(qū)動(dòng)與變量歸屬兩項(xiàng)概念感到困難。就事件驅(qū)動(dòng)的程序而言，如果“在點(diǎn)一下綠旗之后，對(duì)于特定對(duì)象、按鍵或是顏色等進(jìn)行偵測(cè)”時(shí)，學(xué)生常常忘記加入循環(huán)，造成偵測(cè)只是一次性的，而非重復(fù)偵測(cè)。但如果是執(zhí)行“當(dāng)按下按鍵時(shí)，則程序自動(dòng)進(jìn)行偵測(cè)”時(shí)，則不必加上重復(fù)執(zhí)行的指令（如圖1）。另外，學(xué)生在變量學(xué)習(xí)的初期理解有困難，不了解變量的概念，后來雖然在Scratch活動(dòng)中逐漸了解變量的用法，但對(duì)變量是歸屬所有的角色（如全域變量global variable）或是特定的角色（如實(shí)例變量instance variable）的理解上，仍有困難。Hsu在對(duì)小學(xué)生計(jì)算概念進(jìn)行量化分析的研究中，發(fā)現(xiàn)小學(xué)生在序列、計(jì)次式循環(huán)、條件與事件上有清楚的概念，但是對(duì)于條件式循環(huán)、運(yùn)算、變量的概念則比較模糊。

● 研究熱點(diǎn)3：Scratch外設(shè)

Scratch外設(shè)應(yīng)用符合建造主義強(qiáng)調(diào)知識(shí)建造過程中對(duì)于外在事物的擺弄，與目前流行的自己動(dòng)手做的自造者文化相吻合，通過外設(shè)與Scratch可以制作交互式游戲和簡易機(jī)器人，并且可以用偵測(cè)值設(shè)計(jì)與現(xiàn)實(shí)世界互動(dòng)的媒體。Scratch外設(shè)還可作為探究學(xué)習(xí)的主題與學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生利用傳感器的偵測(cè)值，對(duì)數(shù)據(jù)加以分析、歸納，進(jìn)而建立科學(xué)現(xiàn)象的模型與詮釋。另外，Scratch與信息素養(yǎng)、計(jì)算思考有著緊密的聯(lián)系，可以提高編程、硬件組裝與客制化、互動(dòng)設(shè)計(jì)等能力，不僅可融入STEAM學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)中，而且可以作為初階機(jī)器人的教材。

目前支持Scratch的外設(shè)非常多，包括Scratch官方支持的PicoBoard與LEGO WeDo，通過中介程序協(xié)助的Kinect，以及配合S4A與S2A軟件的Arduino與兼容感應(yīng)板等。這些外設(shè)搭配不同的傳感器，能夠?qū)ν饨绛h(huán)境的變化進(jìn)行偵測(cè)，偵測(cè)值傳回Scratch程序，依據(jù)不同的數(shù)據(jù)，可以設(shè)計(jì)不同的反應(yīng)，設(shè)計(jì)富有創(chuàng)意的項(xiàng)目。這些外部感應(yīng)器與Scratch項(xiàng)目的結(jié)合并不困難，通常只需要安裝相關(guān)硬件的驅(qū)動(dòng)程序以及中介程序，即可利用Scratch指令區(qū)中偵測(cè)區(qū)塊最下面的兩個(gè)程序積木：“滑桿傳感器的值”或“傳感器按下按鈕”（見圖2）。

圖2Scratch傳感器偵測(cè)值

目前已有很多企業(yè)投入外設(shè)的設(shè)計(jì)與研發(fā)，Przbylla & Romeike認(rèn)為外設(shè)對(duì)于操作上的需要相對(duì)簡單，如組裝非常容易，沒有插拔上的困難，具有彈性與擴(kuò)充性，可以很容易地添加傳感器等。平時(shí)學(xué)生只需要會(huì)用，不需要具體地了解外設(shè)的構(gòu)造細(xì)節(jié)，通過傳感器的排列就能夠觀察到不同的計(jì)算原則。另外，由于PicoBoard的傳感器已經(jīng)直接焊在板子上，避免了學(xué)生拆裝的問題，因此PicoBoard被認(rèn)為是小學(xué)低年級(jí)階段導(dǎo)入的最佳硬件。相較于PicoBoard的簡單容易操作，Arduino則提供較多的客制化空間，學(xué)生可以根據(jù)項(xiàng)目的需要，結(jié)合外界環(huán)境，使用各式的傳感器，進(jìn)而建構(gòu)互動(dòng)式的應(yīng)用，對(duì)于學(xué)生的信息素養(yǎng)有較高的要求，適合小學(xué)高年級(jí)以上的學(xué)生。Kinect體感偵測(cè)器與Scratch結(jié)合的方式并不困難，學(xué)生可以利用骨架的坐標(biāo)信息，融入到動(dòng)畫與游戲中，但是由于Kinect不屬于學(xué)校標(biāo)準(zhǔn)的教室配備，再加上需要較大的空間，因此在實(shí)施過程中需要對(duì)環(huán)境做一些改造。

Scratch外設(shè)研究主要分成兩部分，一方面是以信息技術(shù)教育為主，通過外設(shè)的項(xiàng)目觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。近年來研究發(fā)現(xiàn)，Scratch所提供的機(jī)器人經(jīng)驗(yàn)，可以協(xié)助學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)出與外界互動(dòng)的程序，提高學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中運(yùn)用科技和解決問題的能力。另一方面是將信息科技融入教學(xué)中，外設(shè)可以應(yīng)用于探索式教學(xué)中，使用不同的感應(yīng)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與分析。例如，光敏電阻與照度關(guān)系的研究、自制照度計(jì)探究泥漿沉淀過程分別與物理、地球科學(xué)等學(xué)科知識(shí)相結(jié)合，可以對(duì)外部傳感器的偵測(cè)值加以分析，進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，力求科學(xué)詮釋外在現(xiàn)象。目前這兩方面的研究多處在探索階段，可以從深化Scratch外設(shè)教學(xué)實(shí)踐方向著手，建立與之對(duì)應(yīng)的教學(xué)策略，與學(xué)科進(jìn)行整合，并可搭配計(jì)算思考和計(jì)算參與的研究框架進(jìn)行相關(guān)研究。

● 結(jié)論

Scratch及其蘊(yùn)含的建造主義思維已經(jīng)在教育上形成一個(gè)不容忽略的趨勢(shì)，對(duì)于Scratch的持續(xù)關(guān)注是許多教師共同的興趣。對(duì)于投入Scratch教學(xué)的教師來說，特別是在為學(xué)生投入創(chuàng)作的強(qiáng)大學(xué)習(xí)動(dòng)力與堅(jiān)持感動(dòng)時(shí)，Scratch教學(xué)上的推動(dòng)變成了一種堅(jiān)定的信仰，我們與建造主義的學(xué)者一同期待Scratch能夠提供學(xué)生面對(duì)下個(gè)世紀(jì)挑戰(zhàn)的能力。盡管目前Scratch有多元的教育論述，但是對(duì)教學(xué)實(shí)踐的研究還有很多不足。例如，在教學(xué)設(shè)計(jì)與策略上仍有發(fā)展的空間，對(duì)于學(xué)生計(jì)算概念學(xué)習(xí)上的困難與軟件的效果還需再進(jìn)一步研究，Scratch外設(shè)應(yīng)用的硬件、軟件、教學(xué)資源等都有待完善。讓我們一同努力吧！

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● 研究熱點(diǎn)2：計(jì)算概念與軟件

盡管建造主義提倡擺弄的學(xué)習(xí)方式，但是不可諱言的是，編程概念的熟稔程度對(duì)學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意的程度是有影響的，在Brennan&Resnick的計(jì)算思考架構(gòu)中，計(jì)算概念亦是Scratch教學(xué)活動(dòng)中的一個(gè)重要方面。對(duì)教學(xué)現(xiàn)場的教師而言，有兩個(gè)重要的研究關(guān)注點(diǎn)：一是軟件是否能夠發(fā)揮編程的效果，二是了解學(xué)生在學(xué)習(xí)計(jì)算概念中所遇到的困難，并提出解決方法。

Scratch編程環(huán)境主要是為初學(xué)者設(shè)計(jì)的，在開發(fā)的過程中去掉會(huì)造成使用困擾的程序區(qū)塊。例如，Scratch 1.4版就將程序（procedure）去掉，學(xué)生無法自行定義程序，就用廣播來替代，但是卻無法使用參數(shù)控制程序運(yùn)行，也無法回傳數(shù)值。另外，由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)限于字符串、數(shù)值與布爾代數(shù)，無法建立多維鏈接（list）等較復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Scratch 2.0版補(bǔ)充了程序功能，可以使用單一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)。針對(duì)編程功能上的缺點(diǎn)，Harvey & Monig認(rèn)為SNAP（之前是Build Your Own Blocks）完全可以補(bǔ)足這方面的缺點(diǎn)，提供給需要進(jìn)階編程功能的大學(xué)課程或編程專家使用。此外，在外設(shè)支持上，Scratch 1.4官方版支持樂高WeDo與PicoBoard（Scratch Sensor Board），但是不支持常用的Arduino以及與其兼容的硬件。若是開展以Arduino硬件為主的教學(xué)可以使用S4A（http://s4a.cat/）或是S2A（https://github.com/MrYsLab/S2A）進(jìn)行。

編程教學(xué)的一個(gè)重要任務(wù)是讓學(xué)生熟悉計(jì)算概念，進(jìn)而發(fā)揮在項(xiàng)目創(chuàng)作上。Lee以質(zhì)性研究的方式追蹤一位三年級(jí)學(xué)生使用Scratch學(xué)習(xí)編程的過程，前期研究者以小型的Scratch項(xiàng)目協(xié)助學(xué)生熟悉編程概念（包括循環(huán)、條件、多媒體運(yùn)用、事件、廣播、布爾邏輯等），后期由學(xué)生利用之前所學(xué)的編程技巧設(shè)計(jì)較復(fù)雜的項(xiàng)目，研究結(jié)果顯示學(xué)生對(duì)于事件驅(qū)動(dòng)與變量歸屬兩項(xiàng)概念感到困難。就事件驅(qū)動(dòng)的程序而言，如果“在點(diǎn)一下綠旗之后，對(duì)于特定對(duì)象、按鍵或是顏色等進(jìn)行偵測(cè)”時(shí)，學(xué)生常常忘記加入循環(huán)，造成偵測(cè)只是一次性的，而非重復(fù)偵測(cè)。但如果是執(zhí)行“當(dāng)按下按鍵時(shí)，則程序自動(dòng)進(jìn)行偵測(cè)”時(shí)，則不必加上重復(fù)執(zhí)行的指令（如圖1）。另外，學(xué)生在變量學(xué)習(xí)的初期理解有困難，不了解變量的概念，后來雖然在Scratch活動(dòng)中逐漸了解變量的用法，但對(duì)變量是歸屬所有的角色（如全域變量global variable）或是特定的角色（如實(shí)例變量instance variable）的理解上，仍有困難。Hsu在對(duì)小學(xué)生計(jì)算概念進(jìn)行量化分析的研究中，發(fā)現(xiàn)小學(xué)生在序列、計(jì)次式循環(huán)、條件與事件上有清楚的概念，但是對(duì)于條件式循環(huán)、運(yùn)算、變量的概念則比較模糊。

● 研究熱點(diǎn)3：Scratch外設(shè)

Scratch外設(shè)應(yīng)用符合建造主義強(qiáng)調(diào)知識(shí)建造過程中對(duì)于外在事物的擺弄，與目前流行的自己動(dòng)手做的自造者文化相吻合，通過外設(shè)與Scratch可以制作交互式游戲和簡易機(jī)器人，并且可以用偵測(cè)值設(shè)計(jì)與現(xiàn)實(shí)世界互動(dòng)的媒體。Scratch外設(shè)還可作為探究學(xué)習(xí)的主題與學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生利用傳感器的偵測(cè)值，對(duì)數(shù)據(jù)加以分析、歸納，進(jìn)而建立科學(xué)現(xiàn)象的模型與詮釋。另外，Scratch與信息素養(yǎng)、計(jì)算思考有著緊密的聯(lián)系，可以提高編程、硬件組裝與客制化、互動(dòng)設(shè)計(jì)等能力，不僅可融入STEAM學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)中，而且可以作為初階機(jī)器人的教材。

目前支持Scratch的外設(shè)非常多，包括Scratch官方支持的PicoBoard與LEGO WeDo，通過中介程序協(xié)助的Kinect，以及配合S4A與S2A軟件的Arduino與兼容感應(yīng)板等。這些外設(shè)搭配不同的傳感器，能夠?qū)ν饨绛h(huán)境的變化進(jìn)行偵測(cè)，偵測(cè)值傳回Scratch程序，依據(jù)不同的數(shù)據(jù)，可以設(shè)計(jì)不同的反應(yīng)，設(shè)計(jì)富有創(chuàng)意的項(xiàng)目。這些外部感應(yīng)器與Scratch項(xiàng)目的結(jié)合并不困難，通常只需要安裝相關(guān)硬件的驅(qū)動(dòng)程序以及中介程序，即可利用Scratch指令區(qū)中偵測(cè)區(qū)塊最下面的兩個(gè)程序積木：“滑桿傳感器的值”或“傳感器按下按鈕”（見圖2）。

圖2Scratch傳感器偵測(cè)值

目前已有很多企業(yè)投入外設(shè)的設(shè)計(jì)與研發(fā)，Przbylla & Romeike認(rèn)為外設(shè)對(duì)于操作上的需要相對(duì)簡單，如組裝非常容易，沒有插拔上的困難，具有彈性與擴(kuò)充性，可以很容易地添加傳感器等。平時(shí)學(xué)生只需要會(huì)用，不需要具體地了解外設(shè)的構(gòu)造細(xì)節(jié)，通過傳感器的排列就能夠觀察到不同的計(jì)算原則。另外，由于PicoBoard的傳感器已經(jīng)直接焊在板子上，避免了學(xué)生拆裝的問題，因此PicoBoard被認(rèn)為是小學(xué)低年級(jí)階段導(dǎo)入的最佳硬件。相較于PicoBoard的簡單容易操作，Arduino則提供較多的客制化空間，學(xué)生可以根據(jù)項(xiàng)目的需要，結(jié)合外界環(huán)境，使用各式的傳感器，進(jìn)而建構(gòu)互動(dòng)式的應(yīng)用，對(duì)于學(xué)生的信息素養(yǎng)有較高的要求，適合小學(xué)高年級(jí)以上的學(xué)生。Kinect體感偵測(cè)器與Scratch結(jié)合的方式并不困難，學(xué)生可以利用骨架的坐標(biāo)信息，融入到動(dòng)畫與游戲中，但是由于Kinect不屬于學(xué)校標(biāo)準(zhǔn)的教室配備，再加上需要較大的空間，因此在實(shí)施過程中需要對(duì)環(huán)境做一些改造。

Scratch外設(shè)研究主要分成兩部分，一方面是以信息技術(shù)教育為主，通過外設(shè)的項(xiàng)目觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。近年來研究發(fā)現(xiàn)，Scratch所提供的機(jī)器人經(jīng)驗(yàn)，可以協(xié)助學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)出與外界互動(dòng)的程序，提高學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中運(yùn)用科技和解決問題的能力。另一方面是將信息科技融入教學(xué)中，外設(shè)可以應(yīng)用于探索式教學(xué)中，使用不同的感應(yīng)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與分析。例如，光敏電阻與照度關(guān)系的研究、自制照度計(jì)探究泥漿沉淀過程分別與物理、地球科學(xué)等學(xué)科知識(shí)相結(jié)合，可以對(duì)外部傳感器的偵測(cè)值加以分析，進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，力求科學(xué)詮釋外在現(xiàn)象。目前這兩方面的研究多處在探索階段，可以從深化Scratch外設(shè)教學(xué)實(shí)踐方向著手，建立與之對(duì)應(yīng)的教學(xué)策略，與學(xué)科進(jìn)行整合，并可搭配計(jì)算思考和計(jì)算參與的研究框架進(jìn)行相關(guān)研究。

● 結(jié)論

Scratch及其蘊(yùn)含的建造主義思維已經(jīng)在教育上形成一個(gè)不容忽略的趨勢(shì)，對(duì)于Scratch的持續(xù)關(guān)注是許多教師共同的興趣。對(duì)于投入Scratch教學(xué)的教師來說，特別是在為學(xué)生投入創(chuàng)作的強(qiáng)大學(xué)習(xí)動(dòng)力與堅(jiān)持感動(dòng)時(shí)，Scratch教學(xué)上的推動(dòng)變成了一種堅(jiān)定的信仰，我們與建造主義的學(xué)者一同期待Scratch能夠提供學(xué)生面對(duì)下個(gè)世紀(jì)挑戰(zhàn)的能力。盡管目前Scratch有多元的教育論述，但是對(duì)教學(xué)實(shí)踐的研究還有很多不足。例如，在教學(xué)設(shè)計(jì)與策略上仍有發(fā)展的空間，對(duì)于學(xué)生計(jì)算概念學(xué)習(xí)上的困難與軟件的效果還需再進(jìn)一步研究，Scratch外設(shè)應(yīng)用的硬件、軟件、教學(xué)資源等都有待完善。讓我們一同努力吧！

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