Scratch環(huán)境下對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

楊駿樂

從2014年起，筆者所在團(tuán)隊的研究課題“Scratch與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實踐研究”從虛擬應(yīng)用走向?qū)嵺`行動，實踐的方式有：一是通過游戲、動畫等虛擬媒體創(chuàng)作項目激發(fā)引導(dǎo)學(xué)生開展相關(guān)媒體的創(chuàng)新創(chuàng)作；二是將一些電子硬件引入程序教學(xué)，創(chuàng)設(shè)以Arduino等電子器件為基礎(chǔ)的創(chuàng)新項目，引導(dǎo)學(xué)生開展基于實際生活任務(wù)來實現(xiàn)各類創(chuàng)新項目的開發(fā)與研究，帶領(lǐng)學(xué)生利用編程、搭建，實現(xiàn)一個個與生活實踐緊密結(jié)合的項目。筆者所在團(tuán)隊主要將虛擬同現(xiàn)實融合，將原理同功能整合，將學(xué)習(xí)同創(chuàng)新結(jié)合，逐步培養(yǎng)學(xué)生勇于實踐、敢于創(chuàng)新的精神，并提煉出Scratch虛實項目開展的基本要素及具體實施策略。

● Scratch虛實項目開展的基本要素

1.整合運(yùn)用基礎(chǔ)知識，夯實創(chuàng)新能力基石

創(chuàng)新能力應(yīng)具備的知識結(jié)構(gòu)包括基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識、工具性知識或方法論知識以及綜合性知識四類。Scratch作品創(chuàng)作的過程是一個對各類知識體系的綜合運(yùn)用、整體檢驗的過程。Scratch學(xué)習(xí)本身就包含了編程基礎(chǔ)知識、計算機(jī)智能化等專業(yè)知識，運(yùn)用程序設(shè)計工具解決難題的工具性知識或方法論知識，以及綜合運(yùn)用各類知識解決問題的能力。

Scratch的指令模塊大致涵蓋動作、時間、外觀、控制、聲音、偵測、畫筆、數(shù)字和邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)、硬件拓展等十大類模塊。每個模塊的熟悉使用不僅是對編程基本流程控制思想的學(xué)習(xí)，也是對計算機(jī)處理信息的方式等知識的實踐化學(xué)習(xí)。Scratch工具的整體化應(yīng)用培養(yǎng)了學(xué)生對工具性知識的熟練掌握；同時，學(xué)生需要對各學(xué)科的知識融會貫通，并綜合運(yùn)用這些知識創(chuàng)造出實際作品。

2.解放課堂聯(lián)系實際，倒逼創(chuàng)新意識的培養(yǎng)

應(yīng)試教育模式是束縛學(xué)生創(chuàng)新思維的枷鎖，因此，要打破枷鎖就要創(chuàng)新課堂、解放課堂。教師要解放教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)工具、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)目標(biāo)。筆者認(rèn)為，創(chuàng)新能力是在一定知識積累的基礎(chǔ)上訓(xùn)練出來、啟發(fā)出來的，甚至是可以“逼出來”的。

3.創(chuàng)設(shè)求新求變環(huán)境，磨練創(chuàng)新思維品質(zhì)

教師通過引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)問，激發(fā)學(xué)生對原有事物求新求變、不斷完善，從而不斷磨練學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)造思維。例如，教師通過設(shè)計賽車游戲，在學(xué)生完成基本賽車操作的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)他們對賽車進(jìn)行更多操控方式創(chuàng)意、對賽道進(jìn)行更多障礙方式的變革等，激發(fā)學(xué)生對新事物的渴求，不斷磨練其創(chuàng)新思維。

4.加強(qiáng)實踐項目研究，煅鑄創(chuàng)新技能利器

創(chuàng)新需要以實踐為基礎(chǔ)，因此教師在教學(xué)中需要培養(yǎng)學(xué)生在實際環(huán)境中解決問題的能力，進(jìn)而磨練他們的創(chuàng)新技能。學(xué)生受家庭及學(xué)校教育的影響，往往動手能力比較欠缺，在制作或創(chuàng)作作品時，往往會出現(xiàn)有想法、沒能力的尷尬局面，因此培養(yǎng)學(xué)生敢動手、會動手、巧用工具、統(tǒng)籌設(shè)計等方面的實踐能力尤為重要。筆者所在團(tuán)隊將與實際緊密結(jié)合的創(chuàng)新項目引入的目的也是想通過項目作品的制作開發(fā)，讓學(xué)生重拾工具，參與真正的生產(chǎn)生活，培養(yǎng)其缺失的創(chuàng)新實踐動手能力。

● Scratch虛實項目實施策略

創(chuàng)新能力綜合反映創(chuàng)造者的智力技能、感情技巧和動作技能，主要包括觀察能力、系統(tǒng)分析和決策能力、理解力、發(fā)現(xiàn)問題的能力、動手實踐操作能力等諸多能力。為了在Scratch虛實項目中有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，筆者所在團(tuán)隊根據(jù)Scratch特點主要從以下三個方面入手。

1.以任務(wù)導(dǎo)向啟動學(xué)習(xí)，提升系統(tǒng)分析能力

學(xué)生實踐創(chuàng)新項目必須經(jīng)歷一個類似工程開發(fā)、項目實施的復(fù)雜過程。Scratch作為一種對象編程、技術(shù)開發(fā)的手段，為學(xué)生設(shè)計系統(tǒng)化的程序作品項目提供了可能。而在這個復(fù)雜的作品項目中，包含了角色藝術(shù)造型設(shè)計、故事或游戲情節(jié)設(shè)計、對象分析、腳本程序設(shè)計、硬件搭接、測試調(diào)試等多方面的任務(wù)。要有序地實施整個作品項目，教師必須以頂層設(shè)計的理念引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷系統(tǒng)分析、整體規(guī)劃、分步實施的過程，并在此過程中培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)規(guī)劃和分析的能力。

2.以探究學(xué)習(xí)為主體，提升問題解決能力

創(chuàng)新實踐的過程交織著各種未知的紛繁復(fù)雜的問題，探究教學(xué)就是要培養(yǎng)和引導(dǎo)學(xué)生主動參與到發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中去。Scratch作為一種計算技術(shù)工具能夠很好地將一些復(fù)雜問題化繁為簡。因此，在創(chuàng)新實踐活動中，教師要巧妙地暴露問題，并啟發(fā)學(xué)生用“慧眼”去發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而找尋解決問題的關(guān)鍵策略。通過實踐，筆者發(fā)現(xiàn)，嘗試試用法和同類遷移法可以很好地引導(dǎo)學(xué)生自主探究，達(dá)到很好的教學(xué)效果，學(xué)生自主解決問題實現(xiàn)作品效果的達(dá)成度比較高。

3.軟硬件有機(jī)結(jié)合，訓(xùn)練學(xué)生動手能力

Scratch與硬件的兼容性和開放性，為培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力提供了可能性。因此，筆者所在團(tuán)隊深入研究，努力尋找既符合學(xué)生認(rèn)知能力又能鍛煉學(xué)生動手實踐能力的項目，設(shè)計了一系列的動手實踐項目。如將攝像頭與小紙棒相結(jié)合嘗試制作體感游戲；將繪畫、LED、電路圖相結(jié)合構(gòu)建紙電路，設(shè)計美麗的圖畫；超聲波控制LED燈，聲控智能電燈；各類傳感器相結(jié)合制作神奇的賀卡；用聲音控制動畫；用手機(jī)控制游戲等。這些項目基于Scratch的程序設(shè)計教學(xué)，又引入了硬件操作，將虛擬與現(xiàn)實緊密聯(lián)系起來。動手實踐項目不僅鍛煉了學(xué)生學(xué)以致用的能力，還激發(fā)了他們的創(chuàng)新實踐能力。

● Scratch虛實項目結(jié)合成果提煉

在姑蘇區(qū)區(qū)域?qū)用嫱七M(jìn)Scratch與硬件相結(jié)合的創(chuàng)新項目，突出培養(yǎng)了區(qū)域?qū)W生的創(chuàng)新能力。在項目的開展過程中，筆者所在團(tuán)隊將STEAM教學(xué)理念與創(chuàng)新項目結(jié)合，整合了藝術(shù)、科學(xué)、技術(shù)、農(nóng)業(yè)、軍事、交通、游戲等方面的內(nèi)容。

1.Scratch音樂

該項目是利用Scratch程序中的音樂功能配合Arduino控制器以及光、觸感等，實現(xiàn)多種物品的觸碰發(fā)聲。學(xué)生利用編程設(shè)定不同觸發(fā)方式的發(fā)音，在一定的擊打順序下，能像彈鋼琴一樣在任意物體上彈奏出美妙的音樂。學(xué)生將樂理知識與電子技術(shù)相互結(jié)合，創(chuàng)造出生活化、個性化的電子音樂樂器，演奏出美妙的音樂。

2.交互游戲

該項目主要是利用了手機(jī)與Scratch進(jìn)行無線通信，并利用手機(jī)的重力平衡、觸碰、手勢、光感等功能來控制游戲角色。學(xué)生可以自制或改編想玩的游戲，并利用手機(jī)這一常用又易用的設(shè)備實現(xiàn)一些高價交互游戲設(shè)備的功能，引導(dǎo)學(xué)生從對游戲表面的關(guān)注轉(zhuǎn)向?qū)τ螒虮澈笾R技能的學(xué)習(xí)。該項目激發(fā)了學(xué)生對互動交互游戲的創(chuàng)作興趣，在創(chuàng)作作品時調(diào)動了學(xué)生對硬件技術(shù)與游戲程序?qū)釉碇R深入認(rèn)識的渴望。

3.保衛(wèi)釣魚島

該項目是利用Scratch和外部感測設(shè)備以及私服馬達(dá)模擬，實現(xiàn)了軍用雷達(dá)的基本功能，利用超聲波探測設(shè)備按一定周期來回往復(fù)地旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)掃描周圍是否有飛行物體的目的。該項目在Scratch界面中同步呈現(xiàn)掃描圖像及飛行物體位置，進(jìn)而為導(dǎo)彈反擊指引目標(biāo)，將軍事領(lǐng)域與電子技術(shù)、信息處理技術(shù)結(jié)合，有效地調(diào)動了對軍事感興趣的學(xué)生的鉆研熱情。

4.智能灌溉

該項目是學(xué)生利用Scratch及外設(shè)的自動化控制功能初步實現(xiàn)了植物灌溉的動態(tài)控制，利用光感、土壤溫濕度傳感感測土壤變化，利用電子水閥控制滴管噴水，從而實現(xiàn)Scratch智能灌溉的基本功能。如配合太陽能電池和雨水積攢器將使這個灌溉系統(tǒng)變得更加易于遷移。該項目使學(xué)生明確通過技術(shù)創(chuàng)新能改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕種模式，提高智能化水平。

5.智能交通

智能交通的作品創(chuàng)作靈感源于蘇州每天早上擁擠的交通狀況，蘇州實行公交優(yōu)先通行機(jī)制，但無公交車優(yōu)先綠燈卻占時的情況也時有發(fā)生。因此，學(xué)生利用Scratch程序及超聲波傳感模擬嘗試解決這一交通問題，即利用超聲波感測公交車道是否有車，然后再利用程序判斷并關(guān)閉公交專用燈，提前放行普通車道，節(jié)省車輛通行時間。該創(chuàng)新項目是對城市管理問題的涉足，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)信息技術(shù)知識結(jié)合智能化硬件創(chuàng)作解決方案，提高城市管理效率。

6.智能校園

該項目是姑蘇區(qū)Scratch創(chuàng)新項目團(tuán)隊的一個集體工程，其中房子的主體結(jié)構(gòu)是由學(xué)生自主設(shè)計并用3D打印機(jī)打印而成。同時，房子的另一個亮點是“智能”，就是在房子中安裝了不少學(xué)生設(shè)計的基于Scratch程序的智能化系統(tǒng)，包含智能燈光系統(tǒng)、智能風(fēng)控系統(tǒng)、智能報警系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由Scratch程序統(tǒng)一控制，未來這些設(shè)計將逐步應(yīng)用到學(xué)校中。

不同領(lǐng)域的項目開展讓每一個參與實踐的學(xué)生在活動過程中不知不覺地增長了知識技能，拓展了學(xué)習(xí)空間，激發(fā)了創(chuàng)作力和想象力，體驗了動手制作的樂趣。創(chuàng)新的基礎(chǔ)是相關(guān)知識領(lǐng)域內(nèi)容的積淀，教師應(yīng)充分利用各領(lǐng)域的拓展，調(diào)動學(xué)生打開思路，創(chuàng)新結(jié)合新技術(shù)與各領(lǐng)域傳統(tǒng)方式方法，最終形成新的作品。

Scratch環(huán)境下虛實項目的實施推進(jìn)為學(xué)生的創(chuàng)新力培養(yǎng)拓寬了思路，拓展了空間，將學(xué)生從虛擬封閉的環(huán)境中解放出來，進(jìn)一步提升了區(qū)域運(yùn)用Scratch開展學(xué)生創(chuàng)新教育活動的品質(zhì)，成為學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要抓手。