Dr.Scratch在中小學Scratch課程中的應用

張加莎+++劉菁+++韓駿+++侯敏

Scratch是美國麻省理工學院（MIT）多媒體實驗室終身幼兒園研究小組開發的一款圖形化編程軟件，主要面向 8至16歲少年兒童。自面世以來，得到國內外不同人士的青睞，尤其在規模較大、教育水平較高的地區發展更為迅速。很多學校開設Scratch課程，希望借助該課程培養學生的計算思維能力。而Dr.Scratch是一款免費、開放的網絡應用程序，由西班牙胡安卡洛斯國王大學的教師團隊開發。該款軟件可以幫助教師或學生分析Scratch項目，同時給出反饋，可幫助學生提高編程技能，發展計算思維。本文中，筆者介紹了Dr.Scratch在中小學Scratch課程中的應用，以期為中小學教師和Scratch學習者、愛好者提供借鑒。

Dr.Scratch相關簡介

1. Dr.Scratch與Scratch的關系

在計算思維能力培養成為計算機教育界重點關注對象的今天，Scratch的出現無疑給小學信息技術教育帶來了另一個機遇。Scratch軟件是完全免費的，除了名稱和小貓的標志，開發者們公布源碼，允許任意修改、開發和傳播，并提供網站供用戶分享作品、交流意見和建議。Scratch軟件當前的版本為Scratch2.0，有在線版本和離線版本。在線版本允許使用者直接在Web瀏覽器里創建和修改項目，不用再安裝其他軟件；離線版本可在無法連接網絡的情況下使用，目前提供免費下載。如果使用者需要在Scratch官網上分享自己的作品，就需連網上傳。目前，還有針對年齡在5到7歲之間兒童的編程軟件ScratchJr，可在移動端下載安裝，孩子可以在沒有任何基礎的情況下，使用平板電腦或手機，用拖曳圖形的方式進行編程。

在美國，Scratch 的應用主要與 STEM 教育相結合；在英國，Scratch為學生帶來更多的創造空間；在日本，Scratch深受學生創客喜愛。在我國，很多中小學信息技術課程中都開設了Scratch課程，有的學校還組織開發Scratch校本課程，希望借用Scratch課程提高學生的綜合素質，培養學生的計算思維能力，一些教育機構也開設了Scratch課程培訓班。但是，在編程教學過程中，如何評價學生的編程作品和評估學生計算思維能力一直是教學者思考和探索的問題，也是困擾教師和學生的一個難題。為了解決這個問題，西班牙胡安卡洛斯國王大學的教師團隊開發了基于網絡的應用程序Dr.Scratch。

Dr.Scratch是一款免費、公開的網絡應用程序，能夠幫助教師和學生自動分析Scratch編程作品，同時給出反饋，可幫助學生提高編程技能，發展計算思維能力。該應用目前可同時支持分析Scratch1.4和Scratch2.0版本的作品。其主界面如圖1所示。從主界面圖中可以看出，Dr.Scratch菜單欄有5個選項，內容分別是該軟件的特點、如何使用、正在努力提高的地方、聯系方式和注冊登錄。Dr.Scratch提供兩種分析Scratch作品的方式，即如果學生是在線完成作品，則使用第一種分析方式，提供自己作品的網址即可；如果是離線完成作品，則使用第二種分析方式，選擇本地Scratch作品分析即可。雖然該應用程序的語言目前沒有中文版本，但其英文版也可方便地使用。

2. Dr.Scratch計算概念

Dr.Scratch軟件中有7個計算思維的基本概念（以下稱計算概念），分別是抽象和問題解決（Abstraction and problem decomposition ）、并行（Parallelism ）、邏輯思維（Logical thinking） 、同步（Synchronization ）、順序控制（Flow control ）、用戶交互（User Interactivity） 、數據表示（Data representation ）。學生進行作品的創作時會涉及這些概念，Dr.Scratch在分析學生的作品時，會根據這些概念給出相應的反饋，幫助學生發現作品中存在的不足。

根據學生Scratch作品中是否體現了這些概念，Dr.Scratch團隊為各概念設定了四個能力等級，分別是無（0分）、基礎（1分）、發展（2分）、熟練（3分），各概念的能力等級及判斷規則如表1所示。在Scratch教學過程中，教師應該要求學生重點掌握這些概念，學生在掌握這些概念之后，可以遷移到其他編程學習甚至其他學科的學習當中，以幫助學生發展計算思維，提高綜合能力和編程技能。

3. Dr.Scratch分析功能

根據抽象和問題解決、并行、邏輯思維、同步、順序控制、用戶交互、數據表示7個計算思維概念，Dr.Scratch分析的結果中會顯示該作品中計算思維能力的發展程度，并給出相應的分數（0到21分）和7個概念的等級分數。如圖2所示的“接蘋果”游戲，分析結果顯示計算思維能力發展程度分數為15分，用戶目前已熟練掌握Scratch，在右側顯示7個計算概念的水平等級和詳細的分數，可以發現，每個概念滿分3分，各概念相加之和即可反映出用戶的計算思維能力程度。同時，Dr.Scratch還可檢測一些編程過程中的不良習慣或潛在的錯誤，如非顯著的角色名稱、代碼重復、從未執行的代碼以及對象屬性的不正確初始化等問題。

基于Dr.Scratch的課堂教學

1. 基于 Dr.Scratch的Scratch教學模式

在Scratch教學過程中，Dr.Scratch可以協助教師和學生分析Scratch項目作品，幫助教師減輕教學負擔。同時，Dr.Scratch所給出的分析結果，有利于激發學生的學生興趣。教師在教學過程中，要使學生充分利用該軟件，以幫助學生認識本作品中存在的不足并加以改進，幫助學生提高編程的技能，發展計算思維能力。另外，在編程教學中，教師可教授學生簡單的流程圖，以使學生在搭建腳本的過程中思路更清晰。

筆者的教學對象為小學四五年級的學生，所以在Scratch教學的過程中，以教學模式為核心，結合案例教學法、常規講解法、任務驅動法、小組教學法等教學方法進行教學，以便學生能夠更好地掌握。經過一段時間的教學實踐，發現讓學生先設計作品角色、情境、舞臺、流程圖，再設計腳本的教學流程更容易使學生接受。由此，筆者總結出了如圖3的基于Dr.Scratch的Scratch教學模式，包括創設情境、案例分析、作品設計、搭建腳本并分析、評價修改、分享交流等階段。

2. 基于Dr.Scratch的教學設計案例

為了探究Dr.Scratch在課堂中的應用，筆者以“角色對話”知識點為例，采用圖3所示的教學模式，在課堂中要求學生使用Dr.Scratch分析自己的作品。具體的教學設計核心環節如下。

（1）創設情境，明了主題

創設情境的目的是激發學生的學習興趣，讓其知道本節課的主題。筆者讓學生回憶上節課小貓和小伙伴“商量參加舞會”的對話，即該作品要求學生按照思路一一開展，需要提前記住所有操作的順序，每一句話之前都需要事件，兩個角色的腳本如圖4、圖5所示。接著，采用小組討論的方式，讓學生思考能否將此對話進行改進，以使小貓和另一名小伙伴主動對話。

圖4 小貓腳本

圖5 小伙伴腳本

（2）案例分析，明白算法

案例分析的目的是讓學生在知道本節課的知識點同時，能明白用什么樣的思路和算法完成作品，有利于幫助學生掌握編程過程中需使用的計算概念。在學生思考并知道本節課的主要知識點之后，教師可根據學生的理解能力和接收能力等具體情況，決定是否帶領學生分析案例。本案例中，筆者先讓小組內討論如何改進，再帶領學生分析上節課中小貓和小伙伴 “商量參加舞會”的對話改進后的案例。小組討論的過程中，有編程基礎的學生能很快知道如何改進，而沒有編程基礎的學生則需要教師講解。

（3）作品設計

案例分析階段之后，大部分學生知道如何改進腳本。筆者采用任務驅動法，要求學生在換角色并增加角色、換對話內容、換舞臺等基礎上，自己設計一個關于對話的作品，這有利學生創造性思維的培養。實踐教學證明，在搭建作品腳本之前，讓學生先設計角色、情境、舞臺，再畫出作品的流程圖，設計腳本，更有利于學生編程技能的培養，有利于學生養成良好的編程習慣。在本案例中，學生們使用的角色基本都是Scratch庫內的角色，但角色和對話的內容各不相同，作品也充分體現了學生的創造力和想象力的豐富。圖6、圖7展示的腳本即一位女同學使用兩只小企鵝設計的對話作品。

（4）搭建腳本，Dr.Scratch分析

在學生完成作品功能和流程圖設計之后，搭建腳本階段就會很順利。學生完成作品并保存到本地，即可進入Dr.Scratch （http：//dr.scratch.org/）分析自己的作品。Dr.Scratch分析結果界面會提示學生在該作品中所展示的計算思維能力發展程度及作品中涉及的抽象和問題解決、并行、邏輯思維、同步、順序控制、用戶交互、數據表示7個計算思維概念的等級。圖8為上述女學生分析作品得出的結果。結果顯示，學生的作品展示了學生計算思維發展的等級分數為5分，處在基礎階段，且作品中涉及的計算概念有抽象和問題解決、并行、同步、順序控制、用戶交互，各占1分，邏輯思維和數據表示在作品中未涉及。

在Scratch教學過程中，教師需教授和引導學生正確而有效地使用Dr.Scratch，而不僅僅是判斷作品的分數。擅于使用Dr.Scratch分析作品有助于幫助學生認識作品中存在的不足，讓學生明白該往哪方面改進，有助于激發學生的創作興趣和學習興趣，培養學生的編程技能和發展計算思維能力。

（5）修改交流及分享

在使用Dr.Scratch分析作品之后，學生可采用小組學習等方式，針對Dr.Scratch分析結果中提示的問題，對作品進行反復修改，與小組同學進行交流討論。同時，可將自己的作品與班級同學進行分享，或上傳到Scratch官網進行分享，這個過程有助于學生綜合能力的提高。

Scratch是目前我國很多中小學和教育機構開設的一門新課程，Dr.Scratch在中小學Scratch課程中的應用有利于幫助減輕教師Scratch課程教學的負擔。

參考文獻

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