计算思维在Scratch程序设计教学中的实践

2023.04.10

黄红伟

摘要：本文首先对计算思维相关概念进行介绍，在此基础上总结出使用计算思维进行教学的方法和注意事项;然后以Scratch小车巡线为例，对使用计算思维进行具体教学进行了展示和分析，并在此过程中进一步阐释了计算思维的核心思想;最后对计算思维在教学中的使用进行了总结。

关键词：计算思维;Scratch;编程教学;小车巡线

中图分类号：G434? 文献标识码：A? 论文编号：1674-2117（2019）19-0037-04

● 引言

计算思维在当前教育领域备受关注，除了信息技术教师，国内外众多专家、教授也正在开展相关研究。《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中明确指出，信息技术学科核心素养由信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个核心要素组成。[1]计算思维逐步走进中学信息技术教师的视野。在国外中小学信息技术教育中计算思维也备受关注。美国计算机学科教师协会（Computer Science Teacher Association）2011年推出了新版本“K-12计算机课程标准”，计算思维是其重要内容之一。2013年英国公布新的中小学国家课程——计算（Computing），取代原来的ICT（Information and Communication Technology），计算思维也是其重要内容。计算思维在国内外都引起高度重视。因此，在中小学如何有效地培养学生的计算思维值得探讨。

● 计算思维的概念及理解

2006年，美国卡内基梅隆大学周以真（Jeannette M. Wing）教授在美国计算机权威刊物Comimmications of the ACM上提出计算思维（Computational Thinking）的概念。周教授从计算机实际教学出发对计算思维进行了阐释。周教授认为，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。[2]可以看到，计算思维的思想来源于计算机科学，整个逻辑体系有明显的算法思维。

2013年，英国南安普敦大学的Cynthia Selby博士和John Woollard博士提出计算思维包括算法思维（Algorithmic Thinking）、评估（Evaluation）、分解（Decomposition）、抽象（Abstraction）、概括（Generalisation）这五个方面的要素。[3]算法思维是采用编程解决问题的方式，首先对问题进行抽象，建立模型，然后将大的问题分解、细化，最后通过编程解决问题。计算思维源于计算机学科，其内涵在算法思维基础上进行了扩展和升华。计算思维的核心是通过流程控制，让受众找到解决问题的方法，再按照明确步骤一步步解决。该思想不仅仅适用于计算机相关学科，同样适用于其他所有学科及我们的日常生活。

● 基于计算思维的Scratch教学

Scratch是麻省理工学院的终身幼稚园团队（Lifelong Kindergarten Group）开发的图形化编程工具，主要面对青少年开放。在Scratch编程作品中最常用的计算概念有七个：顺序、循环、并行、事件、条件、运算符和数据。[4]相对于代码形式编程，Scratch具有如下优势：①将代码封装为可以拖动的“积木块”，更易上手。②通过不同积木块可以实现简单的图片、音频以及动画效果，趣味性强。③图形化代替代码编程，避免了语法错误，节省了语法调试时间。

Scratch编程因其趣味性及易用性而迅速在国内外中小学普及。国内很多中小学都开设了Scratch编程课程，但同时也暴露出许多问题，如：①各阶段（小学、初中以及高中）教学重点不突出，没有层次感;②Scratch软件内容讲解远胜于程序思维培养;③以结果为导向，重结果，轻过程，即教师在安排教学任务时太注重学生对知识点的掌握和作业完成情况，而忽略了问题分析、思维引导，从而导致思维培养的缺失。

编程课程原本是最好开展计算思维培养教学的课程，却由于上述原因导致对学生计算思维能力培养的弱化。因此，笔者在前文中一直称其为“Scratch编程教学”，而实际上应为“Scratch程序设计教学”。前者的重点是“编程”，重在体验与实践，后者的落脚点则是“设计”，注重学生思维的培养、能力的形成。Scratch教学应该以学生计算思维培养为核心，注重培养学生分析问题、解决问题的能力，而不是软件操作、技能学习。所以，教师在教学设计时应该分配更多时间在问题引导、问题分析上，弱化具体知识与技能。当然，也可以利用自学手册或者自主学习平台让学生完成知识与技能的学习。

● 计算思维在Scratch教学中的实践

在中小学Scratch教学中，教师应根据具体教学内容，在把握整体的前提下合理分配教学任务，考虑计算思维的各方面要素，或利用其中一种或几种思维方式来设计课堂教学活动。下面，笔者通过“巡线小车”的教学案例来分析如何在Scratch教学中实现对学生计算思维能力的培养。

1.巡线小车任务

要完成小车巡线，首先需要完成小车的绘制和巡线轨迹的绘制，教师先准备好如图1所示的簡易小车模型并绘制巡线轨迹，如图2所示。

然后将小车角色大小设为定值，起始坐标统一。每位学生都需要设计程序完成小车从起点通过巡线到达终点的任务，并且在巡线过程中不能出现飞线的情况（飞线：小车头部两个圆出现在黑线的同一侧）。为了增加课堂的趣味性，同时发挥学生的竞争意识，这里加入背景音乐和计时器功能，每位学生都可以看到自己小车巡线完成需要的时间。初始化代码如上页图3、图4所示。