淺談Scratch圖形化編程對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)

謝小天

【摘要】計算機思維作為學(xué)生適應(yīng)21世紀人工智能時代的必備思維方式。計算思維的培養(yǎng)是學(xué)校核心素養(yǎng)落實的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。培養(yǎng)學(xué)生計算思維的有效途徑之一就是通過程序設(shè)計教學(xué)內(nèi)容的方式，Scratch圖形化編程軟件作為依托工具，使學(xué)生在信息技術(shù)課堂中體現(xiàn)解決問題的關(guān)鍵能力。本文在Scratch教學(xué)設(shè)計過程中融入計算思維的六要素，旨在幫助學(xué)生提升計算思維。

【關(guān)鍵詞】計算思維;Scratch圖形化編程;六要素

一、什么是計算思維

近些年，人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等新型技術(shù)廣泛發(fā)展，對人們的日常行為、思維方式和認知結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了巨大影響。計算思維應(yīng)運而生，成為適應(yīng)社會生活的一項重要思維方式。

計算思維是指把看起來復(fù)雜的問題分解成一個個簡單、具體的問題，通過分析、聯(lián)想等方法解決問題的過程。例如，我們要做一頓有葷有素的晚餐，你要怎么辦？首先你會分析，要做什么菜？對應(yīng)著需要購買什么材料？接著你會通過手機查閱、網(wǎng)頁查找等方式了解做菜的步驟。然后你會計算做菜的時間，對菜品制作有個先后順序的排列。在明確關(guān)鍵細節(jié)后，你會開始實施做菜的各個環(huán)節(jié)。炒菜過程中出現(xiàn)問題，如太咸了，你會馬上灑一些水進行補救。這時你知道炒一盤菜大概需要多少鹽比較合適，最后這個數(shù)據(jù)形成一個固定數(shù)值。以后再準備晚餐時，就不會再犯同樣的錯誤了。其實這就是日常生活中用計算思維去解決問題，在這些描述中就包含了計算思維的六要素，有分解、抽象、算法、調(diào)試、迭代、泛化。

二、計算思維和Scratch圖形化編程的關(guān)系

計算思維的培養(yǎng)，必須依托一個工具和抓手才能在中小學(xué)信息技術(shù)課堂上實踐。 我們知道培養(yǎng)學(xué)生計算思維的有效途徑之一就是通過程序設(shè)計教學(xué)內(nèi)容的方式。

在粵教版五年級信息技術(shù)上冊引入了Scratch圖形化編程軟件，它是由美國麻省理工學(xué)院（MIT）設(shè)計的一種可視化的編程與開發(fā)環(huán)境。 圖形化編程軟件不需要輸入復(fù)雜難懂的代碼，直接通過可視化的程序命令積木塊拼接，實現(xiàn)程序的快速編寫。它的素材表現(xiàn)力直觀，有自帶的資源庫素材，也可以導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)下載的資源。學(xué)生可以根據(jù)場景選擇喜歡的角色創(chuàng)造交互式故事、動畫、游戲等。

Scratch圖形化編程不是簡單的讓學(xué)生掌握編寫的技巧，更注重的是培養(yǎng)學(xué)生在解決問題時，綜合運用邏輯操作、算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等通用的工程方法和數(shù)學(xué)知識所表現(xiàn)出的關(guān)鍵能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)程序編寫的過程中需要理清各個事件發(fā)生的先后順序，理解所蘊含的邏輯操作，在此基礎(chǔ)上完成各個模塊的搭建、修改，由此深入淺出的解決問題，從而提升學(xué)生的計算思維能力。

三、如何培養(yǎng)計算思維

本文嘗試構(gòu)建基于Scratch圖形化編程內(nèi)容對學(xué)生計算思維培養(yǎng)的過程，將計算思維所涉及的六要素融入到具體教學(xué)過程中。以“問題驅(qū)動——分析歸納——腳本搭建——調(diào)試問題——延伸拓展——評價展示”等六步驟引導(dǎo)學(xué)生思考和操作，重點突出問題的解決過程。

（一）問題驅(qū)動

2020年一場突如其來的疫情打破了武漢這座美麗城市的寧靜生活，一朵生長在珞珈山旁的櫻花經(jīng)歷了人山人海的春，又經(jīng)歷了寂靜無聲的冬。它有什么夢想呢？

本課以“一朵櫻花的夢想”視頻作為導(dǎo)入，從櫻花的角度記錄這場疫病，記錄那些感慨與感動，生命與拼命，愛與被愛的故事。“櫻花”被賦予了生命的希望，我們可以借助信息技術(shù)的手段在家與櫻花一起點亮希望，借此建立聯(lián)系，利用Scratch編程軟件創(chuàng)作櫻花開放的故事。

（二）分析歸納

以四片花瓣的櫻花開放過程為示例，要求學(xué)生填寫導(dǎo)學(xué)清單，觀察發(fā)現(xiàn)重復(fù)執(zhí)行次數(shù)以及旋轉(zhuǎn)角度分別是多少。在對比六片花瓣、十片花瓣、十二片花瓣，引導(dǎo)學(xué)生分析歸納得出：執(zhí)行次數(shù)就是花瓣的片數(shù)，執(zhí)行次數(shù)*旋轉(zhuǎn)角度=360的結(jié)論，為后續(xù)設(shè)計櫻花花瓣的造型奠定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

（三）腳本搭建

在了解清楚花瓣旋轉(zhuǎn)的動態(tài)動作后，開始嘗試自主搭建腳本，與旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)的積木塊在動作模塊，與執(zhí)行次數(shù)有關(guān)的積木塊在控制模塊。想要讓程序運行起來，還需要在事件模塊中找一個觸發(fā)積木塊，將這些積木塊依照邏輯順序搭建起來，點擊運行按鈕，看看運行效果吧！

（四）調(diào)試問題

在基本的腳本搭建完成后，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)：花瓣只會一閃而過，不會在舞臺上留下痕跡而組成櫻花的圖形。學(xué)生思考為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？教師將兩種情況下的動態(tài)結(jié)果放在一起對比，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)是旋轉(zhuǎn)中心點的位置不同，一種是以花瓣邊緣位置為旋轉(zhuǎn)點，一種是遠離花瓣以某一點為旋轉(zhuǎn)點。

學(xué)生可以通過微課視頻自主學(xué)習(xí)如何設(shè)置旋轉(zhuǎn)中心點位置。如果以后再碰到類似的問題，學(xué)生能夠很快的解決。

（五）延伸拓展

功能升級：鼠標點哪里，哪里就有櫻花，哪里就會有春天。櫻花開放的位置不能盡如人意，只能在固定位置開放嗎？當然不是！學(xué)生利用所學(xué)的知識，對課堂案例進行修改。教師提出基礎(chǔ)要求、拓展要求，教師一定要將要求布置清楚，學(xué)生可以通過小組合作的形式一起來完成。

（六）評價展示

學(xué)習(xí)評價是一種用來觀察學(xué)生行為的工具，它能提供一些數(shù)據(jù)來幫助我們對“學(xué)生知道什么”做出合理的判斷。創(chuàng)作是圖形化編程重要的組成部分，我們可以采用不同的手段，例如測試、量規(guī)表、作品、檔案袋等多種形式來評價。不以程序編寫為學(xué)習(xí)目的，而是注重設(shè)計方法，體驗解決問題的過程。

【本文系深圳市光明區(qū)李松蓢學(xué)校教育科學(xué)規(guī)劃課題“圖形化編程校本課程設(shè)計與實施——以李松蓢學(xué)校為例”成果（課題編號：GMQLSL2020006）】

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