例談初中SCRATCH教學中的計算思維培養

王嵐

摘要：新課標指出：信息技術學科核心素養由信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四個基本核心要素組成。計算思維作為重要核心素養之一，在計算機基礎教育中的意義日益引起教育界的關注和重視。本文結合Scratch教學實踐，針對如何培養學生的計算思維能力，談談自己的一些做法和體會。

關鍵詞：Scratch教學；計算思維；核心素養

計算思維是指個體運用計算機科學的基本概念進行問題求解、系統設計、人類行為理解等過程中產生的一系列思維活動。計算思維是信息技術學科的核心思維，它不是計算機科學家獨有的，而是每個人的基本技能。計算思維的具體內容包括思維與歸納、程序與算法、抽象與自動化、分解與建模、測試和調試等。

Scratch采用搭積木的方式編程，程序編寫簡單直觀，具有較強的趣味性和可學性，對初中學生理解程序結構和程序設計思想非常有幫助。在初中信息技術課堂開展Scratch教學，不但能提高學生編程能力，促進計算思維培養，使學生從思維層面和能力層面得到提升，還能有效地訓練學生的創新意識，為學生終生發展奠定基礎。

一、認識變量，計算思維初體驗

變量來源于數學，是計算機語言中能存儲計算結果或能表示值抽象概念。在Scratch中，常常需要統計數據，比如打地鼠的數量、獲得的分數，時間的變化等，這些都是不斷變化的量，我們可以用變量來表示。

案例 猴子接香蕉（游戲）

情景描述：在森林中，猴子在規定時間內接香蕉，每接到一個香蕉得2分，同時如果接到的是炸彈減1分，游戲結束后顯示最終得分。

分析：這個例子中需要用到三個變量積木，“將變量XX的值設置為__”，“將變量XX的值增加__”，“將變量XX的值設置為__”，“顯示變量XX”。游戲開始前設置變量初始值，“將變量得分設置為0”，“將變量時間設置為60”；游戲中，運用“將變量得分的值增加2”，“將變量得分的值增加-1”實現計分，運用“將變量時間的值增加-1”實現計時；游戲結束“顯示變量分數”顯示最終得分。

在教學中要讓學生認識常用的變量積木，通過練習熟悉這些變量的使用方法，使學生對于面向對象的程序設計有了直觀印象和初步概念，同時也初次體會了程序設計的思維方式。

二、精細分析數據，將抽象化為具體

在Scratch學習中，計算思維體現在邏輯的組織和分析數據上，并且通過模型和模擬等抽象來表示數據。想要完成程序的編寫，要對程序的每項任務進行分析，把抽象的問題轉換成具體的程序任務，再根據各個任務要求思考解決方案，并設計出適合自己需求的指令算法。

案例：時鐘

任務說明：先定義秒針，將“秒針”初始值設為零，并將指令“將變量秒針的值增加1”加入到秒針循環語句中。再定義分針，在分針腳本中要不斷判斷“秒針”的值，當秒針值等于60時，才執行旋轉命令，所以要加入判斷語句，并且在執行之后，要將變量“秒針"的值歸零。時針的定義和分針類似，分針值等于60時執行旋轉命令，同時執行之后將分針值歸零。

分析：要實現時鐘效果，首先要理清秒針、分針、時針三者之間的關系，這對于學生來說沒有什么難度，但落實到編程往往無從下手。因此在編寫腳本前需要引導學生對秒針、分針、時針分別進行算法分析，將思維條理化、精細化，同時將三者之間的關系用編程語句表達出來。

在分析及制作的過程中，學生會發現，想要達到不同的目的，就要設計不同的算法指令，在對各個環節的思考中設計腳本，這就是計算思維中邏輯分析和抽象表達的體現。

三、設計個性游戲，計算思維的實現

游戲是學生十分感興趣的內容，在Scratch教學中開展游戲設計可以最大限度激發學生的成就感。在設計游戲時學生可以根據自己的想法定義游戲方式，靈活選用不同類別的語言編寫腳本，通過測試和調試修正程序，從而在設計、創建、實驗和探究中逐步理解和掌握計算概念，內化為計算實踐策略，形成計算思維。

案例：貓和老鼠游戲

任務說明：首先設計貓能否在指令下抓住老鼠，控制器是鼠標、鍵盤還是傳感器由學生自己設計。然后，讓學生設計場景，并逐步增加規則——老鼠碰到老鼠夾，會被困在（停止）；老鼠碰到甜甜圈，可以吃掉（隱藏）。最后為增加游戲的趣味性，可以增加計時、計分。

分析：貓抓老鼠這一經典游戲，角色明確規則簡單，但是稍作設計卻可以變化萬千。控制器有鼠標、鍵盤等多種選擇；老鼠活動時除了遇到貓，還會碰到老鼠夾、甜甜圈；同時作為游戲還應有計時和得分。這些動態變化因素都可以由學生自行設定。

學生在教師引導下自主開發游戲，在設計過程中以設計者的身份進行創建、實驗、探究、分享，于特定事件的情景之中學習抽象和模塊化的計算，培養計算觀念，使學生的思維和能力得以提升，逐步發展成為計算思維者和計算創造者。

總結與反思

1. 計算思維趨于概念化，它不只是簡單的對計算機中出現的數據進行編程，而是應用計算機教學中的理論知識對遇到的問題進行抽象的多層次的思考，提出合理的解決措施。同時，計算機思維是數學和工程思維的互補和融合，它能使Scratch課程的教學更為靈活、有效。因此，在Scratch教學中培養學生的計算思維能力有著非常重要的作用。

2. Scratch教學中培養學生計算思維應遵循從循序漸進的原則。通過認識常用變量，使學生對程序設計有直觀印象和初步概念；在精細分析數據過程中，將抽象化為具體；最后在項目開發中融入游戲設計，給學生足夠的自由發揮時間，以小組合作的學習方式自主學習，交流想法，選取合理、有效的解決方案，將計算概念內化為計算實踐策略，形成計算觀念。

3. 作為一名信息教師，應當在教學中將無意識的計算思維訓練變成有意識的計算思維訓練，引導學生在信息活動中采用計算機可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結構模型、合理組織數據，通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法形成解決問題方案，學以致用，將計算機解決問題的過程與方法靈活運用到其他問題解決之中。

參考文獻

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[4]《基于計算思維培養Scratch教學三步曲》.韋國.《中小學電教》2015（7）；

（作者單位：浙江省紹興市元培中學）