簡婕 王麗珠 吳丹丹 劉佳

Scratch是美國麻省理工學(xué)院媒體實驗室開發(fā)的一套圖形化的兒童編程語言，它不像傳統(tǒng)編程語言需要逐行地寫代碼，僅僅是將已定義好的程序模塊拖曳到腳本編輯區(qū)。[1] Scratch給信息技術(shù)學(xué)科注入了新的活力，對培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、創(chuàng)造能力以及解決問題能力有著積極的意義。[2]但目前對Scratch教學(xué)方法和策略的研究并不多。此外，如何實現(xiàn)信息技術(shù)教育“為思維而教”也是研究的熱點和難點。本文將結(jié)合一個Scratch游戲教學(xué)案例來探討如何應(yīng)用可視化思維工具促進(jìn)學(xué)生的高階思維發(fā)展。

可視化思維工具與Scratch學(xué)習(xí)

對于可視化思維工具，李克東認(rèn)為是圖形化的思考工具和利用計算機構(gòu)建思維導(dǎo)圖的創(chuàng)作工具[3]。在本文中，主要指思維導(dǎo)圖、概念圖、魚骨圖等輔助思考和表達(dá)的圖示化工具。我們對思維導(dǎo)圖、概念圖、魚骨圖、流程圖、模型圖五種圖示化工具支持不同思維方式做了理論分析，發(fā)現(xiàn)它們分別有支持發(fā)散性思維、結(jié)構(gòu)化思維、邏輯思維、演繹思維以及數(shù)理空間思維等優(yōu)勢[4]。學(xué)習(xí)Scratch對思維能力的要求很高，這也往往成為兒童學(xué)習(xí)編程最難又最有趣的地方。為此，我們應(yīng)用五種可視化思維工具在Scratch教學(xué)中來支持解決不同類型的學(xué)習(xí)問題。

（1）思維導(dǎo)圖：作品規(guī)則的理解和表述。思維導(dǎo)圖（Mind Map）依據(jù)類似于大腦自身的思維方式進(jìn)行思考，全面調(diào)動左腦以及右腦思維，讓人在思考、記憶、分析時大腦的潛能得到充分開發(fā)，從而激發(fā)創(chuàng)造性思維和想象。在Scratch教學(xué)中利用思維導(dǎo)圖有助于對作品規(guī)則的理解和表述。

（2）概念圖：抽象概念的解釋和描述。概念圖（Concept Map）是一種組織和表征知識的工具，可以清晰地呈現(xiàn)出相關(guān)概念之間的關(guān)系，對于較難理解的概念，能展現(xiàn)出具體的知識網(wǎng)絡(luò)。在Scratch教學(xué)中常常涉及到“隨機”等抽象概念，可借助概念圖把“隨機”概念中包含的多種可能性和不確定性表征出來。

（3）魚骨圖：復(fù)雜問題的分類和歸因。魚骨圖（Cause and Effect Diagrams）是對問題的原因進(jìn)行分析和分類，用形似魚骨的圖形表示出來，以因果推理的方式訓(xùn)練學(xué)習(xí)者的邏輯思維。在Scratch教學(xué)中，學(xué)習(xí)者經(jīng)常會碰到或大或小的困難，這些學(xué)習(xí)困難有的可以通過自我的反思和歸因來獲得解決。

（4）流程圖：演繹流程及表達(dá)程序。流程圖（Flow Chart）是用箭頭和方框表示設(shè)計的流程，將需要解決的復(fù)雜過程簡單化，常用于演繹問題的推理和解決步驟的思維過程。在Scratch教學(xué)中，借助流程圖可以幫助學(xué)生將自然語言轉(zhuǎn)化成程序設(shè)計語言[5]。

（5）模型圖：數(shù)量關(guān)系可視化。模型圖（Model Method）是一種數(shù)量關(guān)系可視化的方法，常用的有韋恩圖、統(tǒng)計圖等。在Scratch教學(xué)中，對條件語句的判斷是抽象的，借助韋恩圖可將這樣的抽象理解轉(zhuǎn)化為可視化的數(shù)量關(guān)系。

Scratch打地鼠游戲教學(xué)的基本過程

研究選取長沙市F小學(xué)五年級學(xué)生，以“打地鼠游戲”為專題，采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，展開為期兩個月的Scratch編程教學(xué)。教學(xué)將通過使用可視化思維工具在Scratch打地鼠游戲教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)習(xí)者元認(rèn)知、批判、創(chuàng)新和問題解決等高階思維能力。依據(jù)目標(biāo)，將教學(xué)過程分為以下四個階段。

第一階段：理解游戲設(shè)計規(guī)則。觀看Scratch打地鼠游戲作品，分析游戲規(guī)則，并示范用思維導(dǎo)圖來表達(dá)和理解規(guī)則。

第二階段：初步利用Scratch設(shè)計游戲。利用Scratch的功能特點完成舞臺和錘子任務(wù)的設(shè)計，在此過程中借助流程圖來呈現(xiàn)操作步驟。

第三階段：基本實現(xiàn)打地鼠游戲。完成地鼠任務(wù)設(shè)計是該游戲中最難的部分，尤其是要理解程序中“隨機數(shù)”概念，在“小地鼠什么情況下會隱藏”的認(rèn)識上同樣存在學(xué)習(xí)難點，為此將分別借助概念圖和韋恩圖來化解學(xué)習(xí)困難。

第四階段：提交和評價作品并反思。反思自己在作品完成上的不足并進(jìn)行歸因，且采用魚骨圖展示。

可視化思維工具在Scratch打地鼠游戲教學(xué)中的應(yīng)用分析

在用Scratch制作打地鼠游戲的教學(xué)中，我們嘗試引導(dǎo)學(xué)習(xí)者利用可視化思維工具來支持作品分析、設(shè)計、創(chuàng)作、修改、分享等一系列學(xué)習(xí)過程，給予學(xué)習(xí)者體驗高階學(xué)習(xí)的機會，包括鼓勵反思、轉(zhuǎn)化抽象、引導(dǎo)創(chuàng)新等。

（1）思維導(dǎo)圖支持打地鼠游戲規(guī)則的理解。打地鼠游戲涉及三個任務(wù)，舞臺、地鼠和錘子。每一項任務(wù)背后都有對應(yīng)的具體操作。這一思考過程有從整體到局部分解的思維特征，涉及較多的細(xì)節(jié)，用思維導(dǎo)圖來整理和表達(dá)規(guī)則，使得思考內(nèi)容以圖示化來描述，給學(xué)習(xí)者提供了自我對話的機會，從而不斷接近原理和規(guī)則本身。

（2）流程圖支持打地鼠游戲任務(wù)的講解。教師任務(wù)講解的細(xì)致度將影響學(xué)習(xí)者的效能感，尤其是在展示步驟的過程中。為此，我們采用流程圖來展示“舞臺”任務(wù)?？梢暬谋碚鲗O大促進(jìn)學(xué)習(xí)者的理解和記憶，從而提升學(xué)習(xí)的自我效能感。

（3）概念圖支持“隨機數(shù)”概念的理解。“隨機數(shù)”是打地鼠游戲中的重要概念。對隨機數(shù)的講解可借助概念圖（如圖1所示），通過可視化的方式將“隨機”所代表的各種情況進(jìn)行表征，幫助學(xué)生把“隨機”這一抽象概念轉(zhuǎn)化為具體的游戲過程。

（4）韋恩圖支持“導(dǎo)致地鼠隱藏”原因的理解。在游戲中，地鼠要么被錘子打到消失，要么因為到時間消失，因此，“被打到”和“到時間”被視為平行事件。為了讓學(xué)習(xí)者更好地理解平行事件，可借助韋恩圖（如圖2）來揭示導(dǎo)致地鼠隱藏的原因。并且，韋恩圖清晰地幫助學(xué)習(xí)者延伸出一個推論：由于兩個事件同時進(jìn)行，就會出現(xiàn)無法確定導(dǎo)致地鼠隱藏原因的情況。

（5）魚骨圖支持“學(xué)習(xí)困難”原因的理解。在本次游戲設(shè)計與制作的學(xué)習(xí)過程中，所有的學(xué)習(xí)者都碰到了不同程度的困難。借助魚骨圖，教師引導(dǎo)學(xué)習(xí)者將自己的學(xué)習(xí)困難歸納為若干類別，并按照影響因素的程度進(jìn)行排列，以促進(jìn)他們的反思性學(xué)習(xí)。

在Scratch打地鼠游戲教學(xué)的案例中，我們看到了不同可視化思維工具在教學(xué)過程中的應(yīng)用。它不僅幫助學(xué)習(xí)者解決了問題，還幫助學(xué)習(xí)者與知識建立了豐富的個人關(guān)系?；仡櫭恳粡垐D，就好像和學(xué)習(xí)中的自己對話。這樣的學(xué)習(xí)是一種高階學(xué)習(xí)。也正是在高階學(xué)習(xí)的過程之中，學(xué)習(xí)者的高階思維得到了發(fā)展。

基金項目：本文受到2015年度湖南省教育廳科學(xué)研究一般項目基金（項目名稱：可視化思維工具：理論構(gòu)建與實踐例說，課題編號：15C0875）以及2015年度湖南師范大學(xué)本科教學(xué)改革研究項目（項目名稱：基于問題的學(xué)習(xí)——現(xiàn)代教育技術(shù)公共課教學(xué)改革探究，項目批準(zhǔn)號：20159021）的資助

參考文獻(xiàn)

吳明.Scratch玩編程[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2010（01）.

凌秋虹.Scratch在小學(xué)信息技術(shù)課堂中的應(yīng)用與實踐[J].中國電化教育，2012（11）.

李克東.應(yīng)用可視化思維工具，促進(jìn)學(xué)生思維能力發(fā)展[J].中國信息技術(shù)教育，2013（Z1）.

吳丹丹，簡婕.思維可視化：心理機制與應(yīng)用解析[J].中小學(xué)電教，2017（11）.

邱鈺，李世梅，王旭卿.基于學(xué)生視角的Scratch課程教學(xué)情況調(diào)查與分析——以上海市長寧實驗小學(xué)四（1）班為例[J].中國教育信息化，2015（02）.