淺析Scratch課堂中的計算思維的培養

摘 要：教育部在2017年的信息新課改中，將“計算思維”作為一個重要的核心素養提了出來。計算思維說得通俗明白一點就是如何解決問題，所以如何在小學信息課堂中培養學生的計算思維，下面我們就以一節Scratch課例談計算思維的培養

關鍵詞：計算思維；兒童心理發展；Scratch

一、 計算思維概述

什么叫計算思維呢？運用計算機科學領域的思想方法形成解決問題方案的過程中，所包含的一系列思維活動即計算思維。具備計算思維的學生在信息活動中能夠采用計算機可以處理的方式界定問題，抽象問題特征，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，運用算法設計解決問題的方案；總結利用計算機解決問題的過程與方法，并將其遷移到與其相關的其他問題解決之中。

二、 計算思維的理論基礎

皮亞杰將兒童思維的發展分為四個階段

（一） 感知運算階段（0～2歲）

能夠借助感覺和身體動作來認識和適應外界環境，沒有“客體永存性”概念。

（二） 第二階段：前運算階段（2～7歲）

語言能力迅速發展，他們開始運用符號代替客觀事物。無法理解守恒原則，思維具有自我中心性。

（三） 第三階段：具體運算階段（7～11歲）

思維具有可逆性、守恒性。開始具有邏輯思維和運算能力，但離不開具體形象的支持。

（四） 形式運算階段（12歲以上）

兒童思維是從具體形象思維發展到抽象邏輯思維，這體現了兒童發展的順序性，而小學階段正是學生由形象思維發展到抽象邏輯思維的高峰期，這也為計算思維的培養打了良好的思維基礎，因為計算思維要求的分析問題，抽象問題特征，建立結構模型，合理組織數據，這些都是抽象思維的能力，所以我們在培養學生計算思維的同時，其實也在發展學生的抽象思維，促進了抽象思維的發展，提升了學生的思維品質。

三、 Scratch課堂培養計算思維的方法

使用計算思維來解決問題的一般過程如下：首先將復雜的問題分解成一系列小而易于管理的問題（分解）；對這些小的問題可以單獨觀察，考慮到先前已經解決了類似的問題（模式識別）；可以分別仔細研究這些較小的問題，僅關注重要的特征，同時忽略了不相關的細節（抽象）；接下來可以設計用于解決每個較小問題的簡單步驟或規則（算法），形成解決問題的方案；對設計的解決方案進行評估（評估）；最后，通過計算機輔助解決問題（應用）。

（一） 通過思維導圖培養學生分析和分解問題的能力

思維導圖在分析問題方面有著得天獨厚的優勢，它將最終要解決的問題分解成一個一個小問題，最終并形成一定的解決步驟，在培養計算思維分析問題方面，確實是一個優秀的訓練方法。

比如在教授穿越迷路這一課時，通過思維導圖的梳理，我們很容易分解問題，形成解決步驟，完成穿越迷路的問題分三步：（1）舞臺繪制，（2）角色初始化——在腳本剛運行時，主要對角色相對于舞臺的位置，以及隱藏還是顯示進行初始化設置，（3）循環執行三個功能模塊——角色移動，障礙判斷，勝利條件。

（二） 總結模式，組織數據

模式涉及發現小的分解的問題之間的相似性，模式使我們的任務更簡單、問題更容易解決，因為我們可以在模式存在的地方使用相同的問題解決方案。為了在問題之間找到模式，我們尋找與每個問題相同（或非常相似）的東西。

比如在教學Scratch畫組合圖形時，我以七巧板作為主題，分析圖形，七巧板之所以能拼出千變萬化的圖形，就是因為它有大小不同的七塊基本圖形，所以同樣我們要用Scratch定義好七塊基本的模板，體現“計算思維”中的合理組織數據的方法。

（三） 尋求最優解，提升計算思維中的算法思維

我們可以將問題分解成較小的部分，然后我們可以按照合適的順序計劃如何組合起來以解決問題，該順序可以表示為算法。編程中特別強調算法的概念，在計算思維中，算法不是什么高深莫測的詞，簡單地說就是解決問題的方法。在小學信息課堂上我們絕對不能滿足于解決問題就行了，還要注重速度和效率，比如還是以教學Scratch畫組合圖形為例，我以七巧板作主題，七巧板之所以能拼出千變萬化的圖形，就是因為它有大小不同的七塊基本圖形，如果我們畫七巧板組合圖形時，還是用我們日常繪畫的思路一根線條一根線條地畫出來，這就不是最佳，最有效率的畫法，我們應該定義圖形模板，調用組合，像七巧板一樣拼出圖形，才是最佳算法。

（四） 在實踐中持續評估，不斷優化

比如畫組合圖形中，為了便于教學，我讓學生所有的圖形模板按照逆時針來畫，最后再調用模板來畫組合圖形。學生畫完之后有了實踐體驗之后，我讓學生說一說哪些步驟可以優化，變得更容易，更有效率，最后學生暢所欲言，總結出兩點可以優化的地方：第一有些模板定義時采用順時針畫法，更好畫組合圖形，第二畫組合圖形時，改變調用模板的順序有時會極大簡化畫組合圖形的方法。所以在課堂教學中，即使學生在最初解決問題時沒有找出最優算法，我們也要在學生實踐完之后，繼續引導追問學生，在解決問題中，哪幾步比較麻煩，有沒有優化的方法，這樣更能鍛煉學生的計算思維。

四、 Scratch畫組合圖形教學課例分析

這一課內容的教學恰恰體現了信息技術核心素養——計算思維的培養。這一課是讓學生會用模板畫出各種復雜的圖形。我精心改編和設計教材內容，通過一系列七巧板組合圖形的呈現，使學生意識到各種復雜圖形都是由基本圖形組合而成，當我們畫復雜圖形時，可以抽象定義出基本圖形，然后再通過基本圖形組合畫出各種圖形，這一步其實就是界定問題，抽象問題特征，建立結構模型。然后在課堂上引導學生通過Scratch定義好七巧板的七塊基本模板，這一步就是合理組織數據。接著我先讓學生用定義好的七巧板模板，先畫出數學奧林匹克的帆船會標由三角形和平行四邊形組成的船身，總結出如何用模板畫組合圖形的方法，最終把整個會標畫出來，這一步就是分析與綜合各種信息資源，運用算法設計解決問題。最后我讓學生用自制的七巧板自由組合圖形，然后再用Scratch的定義好的基本圖形的模板畫出來。這一步就是總結利用計算機解決問題的過程與方法，并將其遷移到與其相關的其他問題解決之中。所以借助七巧板這一中國傳統益智玩具，幫助我們理解和學習利用模塊化設計思想畫組合圖形，在潛移默化中培養了學生的計算思維。

作者簡介：

竇志，江蘇省南京市，南京市長城小學。