运用Scratch培养中学生计算思维策略研究

    刘军 张继蓉 王毅 朱毅 易颖颖

    

    

    

    摘 ?要 结合某中学七年级信息技术课程算法与程序设计教学现状，设计一份运用Scratch培养中学生计算思维的教学方案，通过教学实施、教学评价，得到运用Scratch培养中学生计算思维的策略。

    关键词 Scratch;中学生;信息技术课程;核心素养;计算思维

    中图分类号：G633.67 ? ?文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2019）17-0033-04

    1 引言

    计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动[1]。作为信息技术新课程标准提出的学科核心素养的核心要素之一，计算思维的培养在中小学信息技术教学中具有极其重要的地位和作用，也是国内外基础教育和信息技术教育领域关注的重点。

    培养中学生计算思维的重要途径是开展程序设计语言教学[2]。传统的中学信息技术课程，程序设计语言主要是 VB、C语言等，教学内容以讲解语法和程序设计方法为主，存在教学枯燥乏味、脱离实际，代码编写晦涩难懂、学习困难，难以开发有趣、有用的软件等问题。Scratch是一款易学易用、面向青少年的编程语言，其可视化、积木式的程序设计开发方式将学生从算法和语法的困境中拯救出来，让其专注于创新与设计，使学生学习编程变得更加简单、更有乐趣、更有信心，为学生编程和计算思维的发展提供一种新颖的解决方案。

    本文以贵州省印江思源实验学校七（3）班信息技术课程教学为例，在对算法和程序设计部分的教学现状进行调查分析的基础上，结合Scratch的具体特点和信息技术课程标准，对如何运用Scratch培养中学生的计算思维进行探讨。

    2 用Scratch培养中学生计算思维教学分析

    前期分析阶段 ?研究对象是七（3）班全体学生，共50人。学生没有学过Scratch软件及相关知识，也没有算法和编程方面的经验。从年龄特点分析，七年级学生正处于思维发展的形式运算阶段，已经具备假设—演绎思维、抽象思维和系统思维。学生对信息技术课有强烈的好奇心、浓厚的学习兴趣和较为积极的学习态度。

    根据研究主题“运用Scratch培养中学生计算思维”，结合计算思维的三大维度与中小学信息技术课程三维目标的对应关系，确定教学目标如图1所示。

    对图1中的计算思维进行如下分析。

    1）计算概念（代碼块）。在Scratch编程中有七个最常用的计算概念，分别是顺序、循环、并行、事件、条件、运算符和数据[3]。这七个计算概念具体表现如表1所示。

    2）计算实践（操作块），侧重于学生使用Scratch编程工具构建交互式媒体的学习过程和解决问题的策略。在教学过程中，教师将重点关注学生的学习方式，不再特别关注学生的学习内容。Scratch中四种计算实践具体表述如表2所示。

    3）计算观念（结果块），详细的表述如表3所示。

    教学策略制定 ?教师应该以培养计算思维为中心确定教学策略[4]。为此，本研究运用任务驱动、探究式和自主合作三种教学策略开展教学实践。

    教学评价设计 ?本研究主要以计算思维三个维度为核心，开展对学生的计算思维效果评价。为此，运用形成性练习法、课堂观察法、问卷调查法以及访谈法等多元化评价方式，确保教学评价更加全面、客观、有效。

    3 运用Scratch培养中学生计算思维的教学实践过程

    教学实践前期准备

    1）学情分析。通过之前多次Scratch软件授课，学生已经初步掌握Scratch编程操作;对于处于爱玩时期的学生来说，游戏一直是他们喜欢的活动;通过上半学期学习，学生已经熟悉软件的语言设计和操作过程，并可以使用该软件制作简单的小动画，为本次《大鱼吃小鱼》的分析以及自由创作游戏打下一定的基础。

    2）教学内容。授课内容为《大鱼吃小鱼》游戏制作。本团队为学生准备了自制的电子辅助教材和课件用于Scratch编程知识的学习。

    3）教学目标。

    ①知识与技能目标（计算概念）：理解计算思维的概念，掌握计算思维中逻辑设计和组件设计的一般方法，能够运用Scratch设计益智小游戏。

    ②过程与方法目标（计算实践）：能够用显示和隐藏、循环控制、碰撞侦测和变量计数知识来对游戏进行设计;通过感受Scratch游戏创作的过程，让学生逐渐熟悉计算思维中的模块、抽象和变量，能够调试修改和完善作品;通过抽象问题把现实生活问题转换为运用Scratch软件实现的编程类问题，提高学生的抽象、比较、分析、归纳能力和计算思维能力。

    ③情感态度与价值观目标（计算观念）：让学生通过《大鱼吃小鱼》案例学习，在创作作品的过程中能够提高表达能力和协作学习能力;让学生养成在游戏过程中互相帮助的良好习惯;熟悉Scratch编程的流程与步骤，能独立创作出创意作品。

    4）教学重难点。

    ①教学重点：循环控制、碰撞侦测以及变量计数的应

    用;复杂脚本的编写与程序的调试;体现出作品的创新性和个性化。

    ②教学难点：变量计数与循环控制的应用;复杂脚本的编写与程序的调试。

    5）教学方法，包括讲授法、任务驱动法、问题引导法、自主探究法、合作交流法等。

    教学实践活动过程 ?教学实践活动过程分为六步，具体内容如下所示。

    第一步：情境导入，激发兴趣（3 min）

    1）师生活动。

    师：你们平时一进机房就开始玩游戏，今天老师就带着大家玩一个小游戏，看看谁在规定时间内吃到的鱼多。

    教师将课前制作好的《大鱼吃小鱼》游戏发送到学生机上，让学生以小组形式进行比赛（限时1 min）。学生被游戏吸引，唤起兴趣，开始玩游戏。

    师：同学们，通过玩这个游戏，想一想前几次课学习的内容与这个小游戏在知识点上有哪些联系？

    学生回忆知识点：显示与隐藏、碰撞侦测、变量计数、循环控制、角色，脚本的复制。让学生回忆，有助于本节课游戏编程的学习。

    2）设计意图（计算思维能力培养）：通过小组比赛和最佳吃鱼者的评选，激发学生的求胜欲，使学生很快融入课堂;同时激发学生学习Scratch编程的兴趣，让学生掌握变量、顺序、循环等计算概念。

    第二步：新课讲授（探究新知，脚本分析）（12 min）

    整个游戏的展现是与角色的脚本相关联的，通过问题引导学生探究分析游戏脚本，深入学习游戏制作过程。

    1）师生活动。

    师：同学们打开游戏，分析脚本代码并回答以下问题：

    ①在大鱼吃小鱼之前，大鱼和小鱼分别如何移动？

    ②大鱼吃到小鱼后，大鱼和小鱼分别如何移动？造型有何变化？

    ③计数器是怎样计出吃到鱼的条数的？

    ④怎么侦测大鱼吃小鱼？

    要求各小组根据脚本分析，展开交流与讨论。学生理解、分析脚本，小组交流和讨论（探讨并举手回答问题）。

    2）设计意图（计算思维能力培养）：视觉学习和概念的结合有助于学生理解理论知识，通过学习再加上对脚本分析和组员间的交流，构建代码之间的联系，提高学生计算思维的抽象能力。

    第三步：写出游戏设计思路与方案（7 min）

    1）师生活动。教师引导学生写出游戏设计思路，游戏设计重点考虑游戏角色的移动方式、计数器设置、游戏规则。学生小组讨论，根据想法写出游戏设计思路与方案，每个小组随机报告该组的设计思路（每个小组自由举手报告）。

    2）设计意图（计算思维能力培养）：培养学生计算实践能力（测试、调试、抽象和模块化）。

    第四步：小组协作，制作游戏（8 min）

    1）师生活动。教师要求各小组根据自己的游戏设计思路完成游戏的编程创作，发挥想象进行创意设计。学生可参考已有的程序脚本，其中大鱼脚本如图2所示，小鱼脚本如图3所示。学生在制作游戏的过程中会遇到不懂、不会的问题，可向小组中的小老师请教，或者询问教师以解决疑难。教师巡视指导，为学生解决疑难点。

    2）设计意图（计算思维能力培养）：培养学生在问题分析、沟通和协作方面的计算思维能力。

    第五步：作品展示与交流（6 min）

    1）师生活动。教师提出，已经完成的学生可以组内相互玩各自的游戏并提出建议，选出小组中最优秀的作品参加全班的作品汇报、演示讲解。（汇报要求：制作的是什么游戏？游戏亮点在哪？脚本如何实现？功能如何？）作品完成后进行提交（要求：组别+学号+姓名）。学生完成游戏制作，小组成员互玩游戏，推荐优秀作品。

    教师以小组形式报告代表作品，其他小组评估报告的作品，建议（但不限于）评估点：知识点的运用，如显示和隐藏、碰撞侦测、变量计时和循环控制的应用;作品的创新创意度;美观情况。学生展示作品，各小组共同成长、进步。

    2）设计意图（计算思维能力培养）：小组成员共同学习，同伴之间互相指出优点与不足，使学生在找错、排错中提升程序测试与调试能力，培养学生沟通与协作、创意与表达、再利用和二次创作的能力。

    第六步：课堂总结（5 min）

    1）师生活动。

    师：在设计创作游戏过程中，你认为最有趣的是什么？最让你印象深刻的是什么？有谁愿意与同学们分享一下自己的感受？

    部分学生举手回答，分析他在制作游戏过程中遇到的困难和解决办法，以及本次课的收获。

    2）设计意图（计算思维能力培养）：提高学生分析问题、解决问题和抽象的能力，培养学生计算思维能力。

    教学实践效果分析

    1）问卷调查。分发到七（3）班的50份问卷全部得到有效回收。前期初步调查和后期调查的统计结果如图4所示。

    从图4可以清楚看出，Scratch的学习对提升中学生的计算思维有显著影响。

    ①在计算概念方面，学生掌握了Scratch编程软件的界面、功能和基本开发方法，能够根据应用需要选择、组合相应的指令块，实现所需功能。

    ②在计算实践方面，可以根据任务的要求将其分解为几个模块，并通过不断设计，逐步完成自己作品的制作;能够在别人作品的基础上加以修改、补充，进行再次创作，制作出自己的创意作品。

    ③在计算观念方面，學生能够通过Scratch编程表达和实现自己的思维和想法;当遇到问题时，学生可以及时向同学寻求帮助，从而及时解决问题、完成作品;全班学生均按时完成并提交Scratch编程作品。

    2）访谈。虽然对于计算思维发展的评价没有固定的标准，但可以通过学生解决问题的过程，间接地评价学生计算思维的发展情况。为此，在Scratch可视化编程教学实践后，访谈了随机抽取的15位学生。访谈结果和课堂观察表明，学生对Scratch教学很感兴趣，表示收获很大;本次教学实践所使用的教学方式和课堂交流方式很受学生的喜爱，特别是在遇到困难时，他们会互相帮助和分享交流;在运用Scratch创作作品的过程中，学生较好地表现出自己的思考和创意;全部学生按时完成任务，创作出自己的作品，自信心、成就感和编程兴趣普遍得到提升。

    4 通过Scratch教学培养中学生计算思维的策略和方法

    结合上述教学案例，对Scratch教学培养中学生计算思维的策略与方法总结如下。

    1）创设角色扮演情境，让学生感受动作指令的不同。在Scratch教学中让学生扮演游戏角色，感受每一个动作指令的功能，通过扮演不同的角色体验Scratch编程软件指令块的强大功能。在这个过程中，学生的计算思维得到有效培养。

    2）抓住关键点问题，分析游戏主题。通过分析游戏脚本的活动，让学生了解解决问题的基本流程，培养学生的逻辑思维能力;在创作作品过程中，学生分析、遴选游戏主题，然后根据游戏主题进行角色分析、动作脚本设计和游戏作品的创作，可以有效提高分析思维和逻辑思维能力。

    3）模型建构。抽象问题是中学生在学习中的一大难点，在Scratch教学中展示建模过程，运用抽象思维将复杂的问题进行简单化，这一过程可以促进学生计算思维中抽象思维能力的培养。

    4）增添角色及相应指令块的数量及难度。在Scratch教学实践中，教师可以提供一些Scratch案例让学生学习与分析，让学生发挥想象力和逻辑思维，在原有的案例上做出改变，使其成为自己的作品，促进学生再利用与二次创作的计算实践这一计算思维能力的培养。

    5）关注作品制作过程中的调试与纠错环节。教师要时刻关注学生的动态，提醒学生对出现的错误代码及时纠错，促进学生计算思维中计算实践能力的培养。

    6）设计Scratch作品交流与分享环节。在学生完成作品后，教师还要设计交流与分享这一环节。在分享Scratch作品过程中，学生会发现自己或者他人作品中的不足，提出疑问并进行交流与探讨，提高表达能力。这一环节能够使学生计算观念方面的能力得到有效提升。

    5 结语

    本研究实践表明，作为一种易学易用的可视化编程工具，将Scratch应用到中小学信息技术课程以培养学生计算思维的做法是可行的。在Scratch教学中应注意教学策略的应用，教学中的每一环节都要渗透计算思维的思想，从而达到不仅提高学生的编程能力和信息素养，而且促进其计算思维能力发展的良好效果。

    参考文献

    [1]普通高中信息技术课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：6.

    [2]胡秋萍.中學程序设计课程培养计算思维的策略与方法：以Scratch迷宫程序设计为例[J].中小学信息技术教育，2018（6）：57-59.

    [3]王旭卿.面向三维目标的国外中小学计算思维培养与评价研究[J].电化教育研究，2014，35（7）：48-53.

    [4]谢忠新，曹杨璐.中小学信息技术学科学生计算思维培养的策略与方法[J].中国电化教育，2015（11）：116-120.