張加莎

[摘 要]計算思維是每個人都應(yīng)該掌握的基本技能之一。Scratch軟件已經(jīng)成為培養(yǎng)中小學(xué)生計算思維的熱門工具，也是創(chuàng)客教育課程中重要的編程工具，而Scratch教學(xué)本身“創(chuàng)造加分享”的方式也充分體現(xiàn)著“創(chuàng)客”精神。基于計算思維三維框架理論提出的Scratch教學(xué)模式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。

[關(guān)鍵詞]創(chuàng)客教育；計算思維；Scratch教學(xué)模式

一、引言

目前，我國各中小學(xué)正在如火如荼地開展創(chuàng)客教育。創(chuàng)客教育是一種融合信息技術(shù)，秉承“開放創(chuàng)新、探究體驗”教育理念，以“創(chuàng)造中學(xué)”為主要學(xué)習方式和以培養(yǎng)各類創(chuàng)新型人才為目的的新型教育模式[1]?；用襟w技術(shù)是創(chuàng)客教育主要依托的技術(shù)之一，其中Scratch作為面向兒童青少年的圖形化編程軟件，可有效培養(yǎng)兒童青少年的創(chuàng)造能力、創(chuàng)新思維和計算思維能力。中小學(xué)生可以通過Scratch創(chuàng)造自己的交互故事、游戲和仿真作品，并通過在線環(huán)境與全世界的編程者分享這些創(chuàng)作。Scratch教學(xué)本身也采用了“創(chuàng)造加分享”的方式，充分體現(xiàn)著“創(chuàng)客”精神，是創(chuàng)客教育課程中必不可少的重要內(nèi)容。

2006年，周以真教授重新提出并定義了計算思維，指出計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維，是每個人都應(yīng)該掌握的基本技能，而不僅僅限于計算機科學(xué)家[2]。目前，計算思維已成為信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一[3]，國內(nèi)各中小學(xué)已普遍開展了編程教學(xué)，Scratch成為了培養(yǎng)中小學(xué)生計算思維的熱門工具。以下將基于計算思維三維框架理論，探究在Scratch課程中培養(yǎng)計算思維的教學(xué)模式。

二、計算思維三維框架理論

2012 年，美國麻省理工學(xué)院媒體實驗室（MIT）終身幼兒園研究小組（Lifelong Kindergarten Group）在多年研究 Scratch 在線社區(qū)、Scratch 教師工作坊以及互動媒體設(shè)計者的編程活動基礎(chǔ)上，提出了計算思維三維框架理論，它包括計算概念、計算實踐、計算觀念三個維度[4]（見表1）。

上海師范大學(xué)教授王旭卿指出：我們可以將計算思維三維框架應(yīng)用于面向計算思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計，從而使計算思維培養(yǎng)真正融入課堂教學(xué)實踐過程中[5]。計算思維三維框架理論與我國的三維課程目標可以近似呼應(yīng)，即計算概念、計算實踐、計算觀念分別對應(yīng)于知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀。

三、Scratch課程中的計算思維

在Scratch課程中，學(xué)生在編程、問題求解過程中體現(xiàn)其計算思維能力。根據(jù)計算思維三維框架理論，表1中提到的七個計算概念包含于Scratch的動作、外觀、聲音、畫筆、控制、偵測、數(shù)字和邏輯運算、變量八大指令中。這些對應(yīng)的是知識與技能。

在Scratch課程中，不僅要關(guān)注遞增和重復(fù)、 測試和調(diào)試、 再利用和再創(chuàng)作以及抽象和模塊化四組策略，還要關(guān)注學(xué)生在學(xué)習過程中的表現(xiàn)。計算實踐對應(yīng)過程與方法，教師需要充分利用有限的課堂時間，幫助和引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計作品和完成作品這個過程中獲得計算實踐能力（體現(xiàn)為Scratch編程能力）。

計算觀念是學(xué)生使用Scratch創(chuàng)建互動媒體的過程中形成的對自己與他人關(guān)系及周圍世界的理解，對應(yīng)情感態(tài)度與價值觀，這是一種有關(guān)人格塑造、思維習慣養(yǎng)成的學(xué)習結(jié)果。教師要引導(dǎo)學(xué)生形成良好的計算觀念。

四、基于計算思維培養(yǎng)的Scratch教學(xué)模式

Scratch這一編程工具需要通過“在設(shè)計中學(xué)習”的方式來掌握。教師要結(jié)合學(xué)生的具體情況，綜合使用案例教學(xué)法、常規(guī)講解法、任務(wù)驅(qū)動法等方法進行教學(xué)。

首先，要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)恰當?shù)那榫?，引出主題，讓學(xué)生明確學(xué)習目標或任務(wù)；其次，要根據(jù)教學(xué)目標，通過分析案例，讓學(xué)生理解并掌握案例中的算法。這是有關(guān)計算概念的兩個關(guān)鍵步驟。當學(xué)生明白算法之后，教師提出與案例相似的任務(wù)，也可以就案例讓學(xué)生進行流程圖設(shè)計，使學(xué)生能夠把作品的功能、指令、情景等梳理通順。接下來就可以進行作品功能的詳細設(shè)計，包括情景設(shè)計、舞臺設(shè)計、角色設(shè)計和指令設(shè)計，這些步驟使搭建腳本變得更容易。完成作品后的展示過程，使學(xué)生可以鍛煉表達、交流的能力，回顧自己作品的制作過程并對他人作品進行評價。在整個過程中，教師要注重學(xué)生計算概念的掌握、計算實踐的錘煉和計算觀念的養(yǎng)成。

五、基于計算思維培養(yǎng)的Scratch教學(xué)案例

下面以“分支（判斷）結(jié)構(gòu)if else”一課為例說明Scratch教學(xué)模式，具體環(huán)節(jié)如下。

1.創(chuàng)設(shè)情境，明了主題。創(chuàng)設(shè)情境的目的是讓學(xué)生知道本節(jié)課的主題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。對于“分支（判斷）結(jié)構(gòu)if else”，教師可以從有關(guān)“判斷”的生活常識入手，讓學(xué)生知道“if else”的含義，如：如果走迷宮的時候沒有出路，那么同學(xué)們會掉頭走其他的路，否則就繼續(xù)走；如果吃的食物壞了，那么我們會扔掉，否則就留著……創(chuàng)設(shè)情境時要充分考慮學(xué)生的年齡及理解能力，要與學(xué)生的真實生活密切相關(guān)，使他們明了主題。

2.案例分析，明白算法。案例分析的目的是讓學(xué)生在明了主題后能夠知道用什么樣的思路和算法完成作品，幫助學(xué)生掌握計算概念，即Scratch中的編程指令。教師要根據(jù)學(xué)生的理解能力，以恰當?shù)姆绞綆ьI(lǐng)學(xué)生分析案例。以“小貓與運動員賽跑”的動畫設(shè)計為例。教師向?qū)W生解釋任務(wù)（可配合演示已完成的動畫）：小貓和運動員賽跑，運動員領(lǐng)先，當小貓追上運動員時，運動員說“你追上我啦！”，然后立即加速，再次與小貓拉開距離。教師需要引導(dǎo)學(xué)生明白如下思路和算法：小貓跑步，可通過原地重復(fù)執(zhí)行變換造型的指令實現(xiàn)；按下空格鍵，使運動員移動，領(lǐng)先小貓一段距離（如100步）；點擊綠旗后，程序開始執(zhí)行，運動員通過變換造型并移動，呈現(xiàn)出跑步的狀態(tài)；由于小貓是原地“跑步”，所以“運動員被追上”的效果可以由“運動員向后移動”來實現(xiàn)；當運動員退到小貓的位置（畫面效果是小貓追上了運動員），運動員說“你追上我啦！”，然后停止后退，執(zhí)行向前移動100步的指令，與小貓重新拉開距離（畫面效果是運動員加速再次領(lǐng)先小貓），如此循環(huán)往復(fù)，表現(xiàn)出小貓與運動員你追我趕賽跑的情景。兩個角色的程序指令如圖1和圖2所示。其中重復(fù)執(zhí)行“下一個造型”，是為了使角色“跑”起來。

3.作品流程圖設(shè)計。案例分析后，學(xué)生對“if else”有了一定的理解。教師采用任務(wù)驅(qū)動法，引導(dǎo)學(xué)生通過換角色并增加角色、換對話內(nèi)容、換舞臺等，模仿或創(chuàng)造出應(yīng)用“if else”的作品。在學(xué)生設(shè)計和搭建腳本之前，要先在紙上畫出作品的流程圖。基礎(chǔ)較好或理解得更好的學(xué)生，能很快掌握流程圖，而對于基礎(chǔ)較差的學(xué)生，教師需要耐心講解，并給他們更多的時間在操作中體會。流程圖的掌握，使學(xué)生的計算實踐能力得到提高，邏輯思維能力得到增強。

4.作品功能設(shè)計和搭建腳本。作品功能設(shè)計包括角色設(shè)計、情境設(shè)計、舞臺設(shè)計和指令設(shè)計，需要學(xué)生發(fā)揮想象力，根據(jù)自己的想法設(shè)計作品功能。在作品流程圖和功能確定之后，搭建腳本階段才會順利，這也是學(xué)生計算實踐能力得以提升的階段。如一名學(xué)生設(shè)計了一個小貓和蝙蝠的動畫：蝙蝠飛行時撞到了小貓，趕快飛走了，而小貓卻嚇得邊跑邊喊“救命”（程序指令見圖3、圖4）。從中可見，學(xué)生已經(jīng)理解并掌握了“if else”指令的用法，且不乏有趣的想象和創(chuàng)新之處。

5.修改交流及分享。在完成作品之后，可采用小組內(nèi)討論的方式，針對過程中的問題進行交流，反復(fù)修改作品，展示自己小組的作品，或上傳到Scratch官網(wǎng)，這個過程有助于學(xué)生綜合能力的提高和計算觀念的養(yǎng)成。

在上例中，學(xué)生來自四五年級，此前從未接觸過有關(guān)程序設(shè)計的課程，有的學(xué)生并非從一開始就有足夠的興趣或積極性，需要教師將教學(xué)與學(xué)生生活或感興趣的事物相結(jié)合，考慮學(xué)生的認知水平和個體差異，因人而異地提供指導(dǎo)。教師要給學(xué)生充分的體驗與練習的時間以及試錯的機會，要意識到完成任務(wù)不是最重要的，完成任務(wù)的過程更重要。

參考文獻

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[4]Brennan K，Resnick M. New Frameworks for Studying and Assessing the Development of Computational Thinking[EB/OL]. [2013-10-05]http： web. media. mit. edu/～ kbrennan/ files/ Brennan_Resnick_ AERA2012_CT. pdf.

[5]王旭卿.面向三維目標的國外中小學(xué)計算思維培養(yǎng)與評價研究[J].電化教育研究，2014（7）：48-51.

（責任編輯 郭向和）