Scratch游戲化教學模式構建與應用

江燕 楊文正 許秋璇

摘 ?要：為實現超越學科界限，發揮各學科融合優勢，激發學生編程興趣，引導學生從多角度來分析問題，以學科融合、多元智能理論和STEAM教育理念為指導，借鑒5E教學模式，構建以“情境創設，獨立探索，建模體驗，設計優化，分享評價”為主線的Scratch游戲化教學模式。并嘗試將信息技術與多學科融合，借助游戲化教學策略開展Scratch趣味編程，以提高小學生的計算思維和跨學科素養，為小學趣味編程教學實踐提供參考。

關鍵詞：STEAM教育;多元智能;游戲化教學;Scratch編程;垃圾分類

中圖分類號：G434 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）15-0183-04

Abstract：In order to solve how to transcend subject boundaries，take advantage of the integration of various subjects，stimulate studentsinterest in programming，and guide students to analyze problems from multiple perspectives，this research is guided by subject integration，multiple intelligence theory and STEAM education concepts，and draws on the 5E teaching method. To build a Scratch game-based teaching model based on “situation creation，independent exploration，modeling experience，design optimization，and sharing evaluation”. And try to integrate information technology and multi-disciplinary，with the help of gamification teaching strategy to develop Scratch fun programming，in order to improve the computational thinking and interdisciplinary quality of primary school students，and provide a reference for the teaching practice of fun programming in elementary schools.

Keywords：STEAM education;multiple intelligences;gamification teaching;Scratch programming;garbage classification

0 ?引 ?言

近年來，兒童編程教育受到全球的普遍關注。美國已有700多萬名兒童在學習編程;日本已在2020年將編程教育納入小學必修課;歐洲16個國家把編程教育納入K-12教育課程體系。我國國務院發布的《新一代人工智能發展規劃》明確提出：實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育[1]兒童編程教育已由“個體層面的自組織學習”為主轉向“學校層面的系統融合式學習”[2]。然而，我國目前的小學編程教學還停留在信息技術的學科教學層面，并以知識講授為主，難以滿足計算思維和跨學科素養的培養要求。本文以小學Scratch編程教學為主線，構建“基于學科融合理念下的Scratch游戲化教學模式”，引導學生體驗科學探索和知識建構過程，輕松愉悅地完成“問題提出-算法設計-程序實現”等環節，增強學生的學習興趣和主動性，為小學編程教學提供一定參考。

1 ?理論基礎

1.1 ?STEAM教育和學科融合

STEM教育是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四門學科的簡稱，旨在打破學科領域邊界，培養學生的綜合素養。后來，STEM在演化過程中增加了藝術（Arts），衍生了STEAM教育。它以數學為基礎，通過工程和藝術融合科學和技術，它支持學生以學科整合的形式解讀世界，以綜合創新的方式改造世界，旨在培養學生解決問題和創新的能力[3]。STEAM教育的核心特征是：跨學科、開放性、趣味性、體驗性、協作性、設計性[4]。

STEAM教育在打破學科界限、給予學生項目自主實施權、提供學習成果展示機會、搭建暢通的溝通渠道都具有獨特的教育價值。它不只整合多學科知識，也融入了不同學科實踐過程和精神內涵，是一種具有創新意義的學科融合[5]。學科融合在承認學科差異的基礎上不斷打破學科壁壘，促進學科間相互聯系、優勢互補的特點與極具學科包容性的STEAM教育理念不謀而合。在STEAM理念的指導下，開展Scratch編程教學對幫助兒童掌握編程知識、培養解決問題能力、發揮團隊合作精神、提升創造力等方面都具有積極作用。

1.2 ?學科融合促進學生多元智能的發展

美國哈佛大學心理學家霍華德·加德納（Howard Gardner）首先提出了多元智能理論（Theory of Multiple Intelligences），倡導“人人都有智能專項，個個都有發展潛能”。多元智能囊括了語言、音樂、數理邏輯、空間、身體運動、人際交往、自我認識和自然觀察八種能力。

五年級學生已經具備了一定的多元智能發展潛力。在學科融合理念下的Scratch教學活動中，筆者根據學生在獨立學習、組織策劃、溝通表達、觀察思考、總結反思、動手拼搭、程序設計、英語、繪畫等方面的能力潛質，設計了幫助其發揮多元智能的環節，促進個體發展，實現團隊價值。

1.3 ?游戲化教學是計算思維培養的有效途徑

一切有意義的教育，其動力都來自兒童自發的活動、游戲和模仿。專注于游戲化研究的Yu-Kai Chou在其《Action-able Gamification》一書中指出，游戲化就是將游戲中那些有趣、吸引人的元素巧妙地運用在現實世界或生產活動中，并將游戲化稱為“以人為本的設計”[6]。游戲化教學提倡在自然的教學風格中加入游戲元素，通過動手制作、角色扮演、智趣闖關等方式真正地實現學生對知識的理解，充分體現了“在做中玩，在玩中學”的理念。

計算思維是解決問題的邏輯思考過程，但在小學階段傳統教學中，計算思維很難被充分融入與滲透，而游戲化教學為計算思維的培養提供了有效途徑。Scratch是一款圖形化編程的趣味軟件，巧妙地用“搭積木”的方式把計算思維融入其中，能使學習者輕松地完成自然語言到程序設計語言的轉換，生動有趣，易于理解。

2 ?教學模式構建

5E教學法是由美國生物學課程研究會（BSCS）開發的基于知識建構的探究式教學模式，包含了參與（Engagement）、探索（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation）五個環節。它鼓勵學習者親身參與、探索，在體驗中完成知識建構，并重視多元評價。筆者嘗試以5E教學法為指導，構建學科融合理念下的Scratch游戲化教學模式，如圖1所示。

模式中，教學活動的主線包括“情境創設、獨立探索、建模體驗、設計優化、分享評價”五個環節。“情境創設”環節，通過視頻和圖片方式，創設了真實問題情境，激發學生的學習興趣和社會責任感;“獨立探索”環節，學習者通過親身探索，發現問題本質;“建模體驗”環節，學習者自主體驗真實游戲過程，完成對問題的初步解釋;“設計優化”環節，學生在學習了基礎知識和技能后，提出解決方案、設計制作原型、完成程序編譯和迭代優化;“分享評價”環節，學生展示特色作品，分享經驗，聽取評價建議，完善作品。

教師活動對教學的開展起到了支撐和指導的作用。教師在該階段主要通過創設情境，引導學生明確具體任務。負責在教學中進行組織協調，將課堂真正地交給學生。如果學生在探究過程中遇到問題，教師不是立即給出答案，而是給予學生有效引導和輔助，鼓勵學生試錯，增強學生解決問題和完成任務的信心。此外，教師在整個教學活動中對學生的設計活動進行多元評價，除了學生的最終成果評價以外，還包括了學生在團隊合作、思考、問題解決等環節的過程性評價。

學生活動部分是整個教學活動的主體部分，通過教師創設的真實情境確定需要解決的具體問題，明確需要達到的任務目標，以小組為單位開展探究學習。通過在實際生活中的真實體驗與探索，尋找問題解決的突破口，初步完成問題解決方案的初探和模型的構建。在建模的基礎上，理清解決思路，寫出算法流程圖，進而完成程序設計與優化，最后將修改后的作品進行展示與分享，聽取師生的建議，對程序進行二次優化。

3 ?教學應用案例

3.1 ?教學分析

3.1.1 ?教學內容分析

垃圾分類是受到廣泛關注的熱門話題。垃圾分類知識在小學科學課中有涉及，傳統教學主要采用講授法教學，形式單一。筆者發現，學生們重復多次地對垃圾進行識別與投放，恰好對應信息技術Scratch編程中的重復執行、條件判斷和偵測指令，兩個學科不論是在內容還是開展形式上，都具有強烈的關聯性和邏輯性。科學課中的垃圾分類常識是設計Scratch小游戲的知識基礎，而Scratch小游戲設計又是對垃圾分類知識的綜合應用。

3.1.2 ?學科融合分析

開展學科融合下的Scratch垃圾分類游戲設計的綜合實踐活動正是對STEAM理念的體現和詮釋。例如：垃圾桶的設計與美化（工程、美術元素）;探究垃圾物質的類別（科學元素）;將垃圾投放在正確垃圾桶（數學元素中多對一的思想）等。教學三維目標與STEAM之間的對應關系如表1所示。

3.2 ?教學活動具體實施過程

3.2.1 ?情境創設

教師通過播放教學視頻資料等形式創設情境，展現環境污染、垃圾圍城的現狀，讓學生感受垃圾分類行動的迫切性，激發社會責任感。隨后聚焦需要解決的問題：我們如何進行垃圾分類;如何設計Scratch趣味小游戲宣傳垃圾分類知識。

3.2.2 ?獨立探索

教師引導學生探究垃圾分類中的常見問題，例如：為什么垃圾分類在目前很難推廣？垃圾分類中最難區分的垃圾是什么？教師重點記錄學生探究過程中的表現。

學生通過調查問卷、拍照觀察等方式對校園和家庭的垃圾分類現狀進行調查，上網搜索關于垃圾分類的知識，嘗試對家庭垃圾進行初步分類，引發對家庭垃圾分類的思考，并將最難區別的垃圾名稱作為Scratch垃圾分類小游戲程序設計的重要源素材，提升程序設計的實用性和針對性。

3.2.3 ?建模體驗

教師精心策劃垃圾分類趣味模擬游戲，制定規則，觀察記錄游戲中的學生表現，總體調控輔助。游戲體驗結束后，最后通過繞口令的形式總結垃圾分類規則。

各小組利用多學科知識設計四類垃圾箱和寫有中英文垃圾名稱的小卡片，進行角色分配（設計者、記錄者、裁判和參與者）后開展垃圾分類游戲：依次向垃圾箱投放對應的垃圾卡片，正確投放一次積10分，游戲結束后積分最多的學生將被評為“垃圾分類小能手”，一輪游戲結束后角色互換。學生在游戲中體驗垃圾分類的全過程，完成對Scratch垃圾分類游戲程序的初步建模。

3.2.4 ?設計優化

教師帶領學生回顧活動過程和步驟，分析游戲的關鍵環節，引導學生思考：一次次投放垃圾是在重復執行分類操作;確認垃圾投放是否正確是在進行條件判斷。由此，引出本節知識重難點：Scratch中重復執行、條件判斷指令的應用。

學生認真體會Scratch中的重復執行、條件判斷指令，各小組分別設計程序算法流程圖，如圖2所示。學生嘗試將游戲模擬中的自然語言與Scratch圖形化腳本語言進行一一對應和轉換，隨后添加角色，分析角色之間的關系，思考動作實現的策略，完成程序設計開發，并進行迭代優化。

3.2.5 ?分享評價

教師組織學生對作品進行總結評價，提出改進和優化建議，鼓勵各小組開展互評，選出“垃圾分類小能手”的小組。

各小組派出2名同學對作品進行演示講解，展示創意和亮點，通過自評和互評環節對作品進行再次反思優化，最終生成可執行文件，在全校推廣。分享過程中記錄學生們的體驗感受，對程序進行再次迭代優化。游戲界面及腳本程序如圖3所示。

3.3 ?教學反思

此次教學，對傳統的編程教學模式進行改進，營造出基于真實問題情境的學習氛圍，鼓勵學生借助多學科知識，帶著問題去體驗、探索和思考，幫助學生完成從自然語言到圖形化編程語言的轉化，實現計算思維的內化。學習者從原來的害怕、被動學習編程轉變為積極、主動進行編程。基于學科融合理念下的Scratch游戲化教學模式彌補了單一學科教學的局限性，提供給學習者多學科視角和展現自我多元智能的平臺，有助于打破學科壁壘、實現小學編程教育的轉型。但在實施中也存在一定不足：每個小組人數較多，小組作品數量較少，作品多樣性不夠。因此在后面的教學實踐中將嘗試通過增加小組數量，減少小組人數的方法，鼓勵學生們發揮想象，設計出差異化的作品。

4 ?結 ?論

計算思維是信息技術課程改革中備受重視的學科核心素養之一，而計算思維在小學階段的培養存在一定困難。Scratch趣味編程教學把計算思維融入其中，用“搭積木”的方式將自然語言與編程語言進行過渡與轉換，思維過程符合小學生認知規律。筆者在研究中嘗試以真實問題情境與跨學科知識結合的STEAM理念為主線，構建針對小學階段學科融合理念下的Scratch游戲化教學模式，不僅注重學習者編程知識的獲取和過程體驗，同時尊重學習者的多元智能水平，培養學習者的問題意識、信息能力、團隊合作理念和計算思維，以期為小學趣味編程教學的開展提供一定參考。

參考文獻：

[1] 國務院.國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知 [ER/OL].（2017-07-08）.http：//www.moe.gov.cn/s78/A16/s5886/xtp_left/s5895/201708/t20170830_312730.html.

[2] 孫立會，劉思遠，李曼曼.面向人工智能時代兒童編程教育行動路徑——基于日本“兒童編程教育發展必要條件”調查報告 [J].電化教育研究，2019，40（8）：114-120+128.

[3] 趙慧臣，陸曉婷.開展STEAM教育，提高學生創新能力——訪美國STEAM教育知名學者格雷特·亞克門教授 [J].開放教育研究，2016，22（5）：4-10.

[4] 薄麗娜.STEAM教育理念下中小學創客課程教學模式的探究 [J].中國教育信息化，2018（4）：36-39.

[5] 高云峰，師保國.跨學科創新視角下創客教育與STEAM教育的融合 [J].華東師范大學學報（教育科學版），2017，35（4）：47-53+135.

[6] 張靖，傅鋼善，鄭新，等.教育技術領域中的游戲化：超越游戲的學習催化劑 [J].電化教育研究，2019，40（3）：20-26.

作者簡介：江燕（1989—），女，漢族，四川鹽源人，中學二級教師，碩士研究生，研究方向：STEAM教育、教育類機器人教學;通訊作者：楊文正（1979—），男，白族，云南大理人，副教授，碩士生導師，博士，研究方向：數字教育資源開發與應用、STEAM教育。