關注信息核心素養提升學生計算思維

張芳菲

[摘 要]文章以五年級《克隆飛機大戰》教學為例，以Scratch搭建平臺，結合小學生的邏輯思維發展特點、認知特點、已有的認知水平及生活經驗，探討如何通過編程來設計游戲，如何在課堂教學中關注學生信息核心素養的培養、計算思維能力的提升，從而為后續Scratch編程教學及培養學生的編程興趣奠定基礎。

[關鍵詞]Scratch;計算思維;程序;克隆;核心素養

[中圖分類號] G43 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-9068（2022）09-0088-03

案例：《克隆飛機大戰》

一、前端分析

（一）教材分析

《克隆飛機大戰》是蘇科版小學信息技術教材五年級上冊第12課的內容，是學習Scratch基礎部分的延續，旨在讓學生認識和理解“克隆”控件，為后面獨立設計程序打下基礎。

教學目標：認識與理解“克隆”控件;掌握利用“克隆”控件控制角色變化的方法;通過使用“克隆”控件，掌握多個角色相同動作的實現方法;通過使用“克隆”控件，感受編程的樂趣。

教學重點：認識與理解“克隆”控件。

教學難點：掌握利用“克隆”控件控制角色變化的方法。

預計課時：1課時

（二）學情分析

在本節課教學之前，學生已經掌握了使用條件語句、循環語句以及偵測、外觀、動作等模塊，還未涉及“克隆”控件，更不知如何使用。學生有復制角色的直覺思維，而這節課旨在提升學生的計算思維能力，即解決問題的能力，復制雖然也可以實現無數架飛機，但是會使程序冗長，而克隆就簡化了解決問題的步驟。“分析可能的解決方案，找到最有效的方案，并且有效結合這些步驟和資源。”這是國際教育技術協會和計算機科學教師協會于2011年給計算思維做的可操作性的定義中提到的。

二、教學設計

（一）體驗游戲——激趣導入

1.教學實錄

（課前播放空戰短片）

師：同學們，你們玩過“飛機大戰”這個游戲嗎？想不想體驗一下？現在請打開桌面的飛機大戰游戲，玩一玩吧！

師：好不好玩？今天我們就來一起制作一個“飛機大戰”的游戲！（板書）

2.過程解析

激趣導入，讓學生對本節課的學習內容充滿期待。課始，通過感知游戲，直接引出課題。

（二）分析游戲——了解規則

1.教學實錄

師：請思考并介紹在這個游戲中，這兩個角色分別有哪些行為事件？（多媒體出示，如下）

火炮：會開火，左右鍵控制轉向。

飛機：多架，不斷下落，碰到火焰即爆炸并消失，到底部自動消失。

2.過程解析

通過問題，讓學生產生對游戲規則的思考，及對兩個重要角色的認知。

（三）分析游戲——完成飛機

1.教學實錄

師：請大家打開桌面的“飛機大戰”文件。現在只有一架飛機，玩“飛機大戰”游戲，一架飛機夠嗎？那該怎么辦呢？

生：復制很多個角色，可以克隆……

（1）多架飛機

師：如果復制很多個飛機角色，我們的工作量會很大，程序也會變得冗長。在控制模塊里，有一個“克隆”（板書）功能，它可以讓角色實現分身效果，也可以極大簡化程序。（PPT出示“克隆”的定義）

師：請大家嘗試讓飛機在點擊綠旗后不斷分身為無數架飛機。

（教師巡視，演示典型問題，請學生解決）

師：為什么看不到克隆體飛機？

生：原位分身，在本體背后。

師：當克隆體飛機產生的時候，它們的位置應該是怎樣的？有什么規律嗎？

生：舞臺最高處隨機出現。

師：角色的位置由坐標決定，你能用坐標來表述如何實現克隆體飛機的定位嗎？

生：x：-240～240，y：180。

師：請嘗試設計克隆體飛機產生后的定位程序。

（教師巡視，演示典型問題，請學生解決）

（2）向下飛行

師：現在飛機還需要做什么？

生：不斷向下飛行。

師：結合坐標思考，向下飛行意味著改變什么？

生：高度改變，y減小。

師：請嘗試完成飛機不斷向下飛行的程序。

（教師巡視，演示典型問題，請學生解決）

2.過程解析

回顧課前的導入環節，查找對比目前還沒有實現無數架飛機效果的原因，引出對實現無數架飛機效果的需求。闡明“克隆”在計算思維中的重要意義，及其與直覺思維的區別，體現對計算思維的要求，讓學生自主探究“克隆”的用法。在試誤后，再聚焦克隆體的定位問題，符合學生的認知特點和心理需求。課堂上及時捕捉學生的問題資源，并將其還給學生，再讓學生來解決，體現學生的學習主體地位。這樣通過坐標的復習與運用，為后續幾次程序設計作鋪墊。通過知識的遷移，讓學生自主探究飛機的定位程序。這可能會涉及x范圍的縮小問題，看學生的學習情況和需求而定。坐標問題的第二次遷移，y的改變讓學生自主探究，這是對坐標的二次強化。

（四）直面bug——完善程序

1.教學實錄

師：目前，火炮和飛機各自的基本動作已經完成，大家看看有什么問題？

生：有一架飛機不動，飛機到舞臺底部會堆積。

（1）本體滯留bug

師：知道這架不動的飛機是哪一架嗎？請大家猜一猜。

生：本體。

師：看看腳本區的程序，我們如何處理它？

生：隱藏。

（教師巡視，演示典型問題，請學生解決）

師：克隆體也不見了，再看看程序，如何解決？

生：克隆體顯示。

（教師巡視，演示典型問題，請學生解決）

（2）底部堆積bug

師：我們希望克隆體飛機到達底部后消失，也就是刪除本克隆體。那么，怎么判斷到達了底部呢？嘗試結合前面提到的坐標（y=-180時）來思考。

師：請嘗試解決底部堆積的問題。

（教師巡視，演示典型問題，請學生解決）

2.過程解析

到這一步，飛機和火炮的基本動作已經設置完成，學生會直觀地發現畫面中出現的bug，這時及時解決，體現學生的學習主體地位。把問題和矛盾拋給學生，讓學生在發現問題、解決問題、再發現問題、再解決問題的過程中，提升計算思維能力。第二個bug是一個關鍵點，用這個bug教結構，因為邏輯結構關聯且相似，到下個擊中環節就是用結構。學生會用“隱藏”來實現“消失”，但很快就會發現游戲畫面越來越卡，并且當克隆體超過300個就停止克隆，畫面中不再有飛機出現。這時及時強調刪除本克隆體，并介紹兩者的區別。

（五）飛機大戰——爆炸消失

1.教學實錄

師：如果碰到火焰紅色，飛機就會爆炸，隨后消失不見。我們曾經用過類似的判斷嗎？（迷宮游戲）

師：誰來說一說自己的思路？（生答略）

師：請大家完成飛機擊中后炸毀的程序吧！

（游戲開始飛機就已是爆炸狀態）

（教師巡視，演示典型問題，請學生解決）

2.過程解析

用結構，遷移舊知，通過游戲引發學生共鳴，再次自主探究，體現學生的學習主體性。如果游戲開始飛機就是炸毀狀態，就順應介紹編程的習慣，初始狀態的設定。如果暫時沒有出現，就從青蛙過河和迷宮游戲引導，提醒學生編程的嚴謹性，幫助建立良好的編程習慣，避免留bug。

（六）總結拓展——開放式延伸

1.教學實錄

師（總結延伸）：今天你學會了什么程序？讓你設計一個游戲的話，可以怎么做？第一步，第二步，第三步……

師（作業設計）：還有什么希望能在游戲中實現的？如增加boss飛機或障礙角色，并使用克隆，給游戲增加難度。

2.過程解析

這個環節旨在反思梳理，內化知識。作業設計是擊中爆炸的延伸，既檢驗了學生對“克隆”的理解，也是對使用“克隆”的強化。同時，檢驗學生在游戲設計中解決問題的能力，即計算思維能力的檢驗。

三、教學反思

“克隆”本身就是一個很前沿的詞匯，它源自生物學對物種的完全復制，本體和克隆體從外表到DNA都是完全相同的。學生對于“克隆”的認知可能僅僅是復制一個已有的角色，再粘貼出一個一模一樣的角色。然而，克隆出來的角色通過程序的編寫，也可以實現不一樣的狀態，如從不同位置出現、不同的特效等。本體和克隆體的程序可以獨立編寫，并且它們都存在于同一個角色中。本體甚至可以隱藏起來，我們往往要使用的是克隆體，這也是這節課學生能感知體會到的。“克隆”控件的學習，讓學生編寫復雜程序的能力進一步得到提升，為編寫復雜程序打下良好的基礎。當然，在這個過程中，“克隆”也只是對于Scratch中控件的廣度學習。為什么要學習“克隆”，而不是用復制角色的辦法，這里蘊含著信息意識、計算思維等信息核心素養。優化是學習編程，或者說解決問題的辦法的更優選擇。提升計算思維能力，采用更合適、更優的解決辦法，這是我們要培養學生的信息核心素養。