華俊

計(jì)算思維教育不是把所有學(xué)生都培訓(xùn)成“程序員”，而是發(fā)展學(xué)生利用信息技術(shù)工具與學(xué)科方法解決問(wèn)題的能力，使其成為合格的“數(shù)字化公民”。Scratch軟件是一款由麻省理工學(xué)院設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的編程工具，其特點(diǎn)是構(gòu)成程序的命令和參數(shù)通過(guò)積木形狀的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。在Scratch教學(xué)中，提升學(xué)生計(jì)算思維能力的實(shí)質(zhì)就是培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)思考解決問(wèn)題的辦法（算法分析）和具體實(shí)現(xiàn)的過(guò)程（程序?qū)崿F(xiàn)）的能力。

挖掘計(jì)算思維在初中信息技術(shù)課堂中的核心要素

基于Scratch軟件教學(xué)來(lái)培養(yǎng)初中生的計(jì)算思維，筆者將麻省理工學(xué)院Scratch研究小組提出的計(jì)算思維三層架構(gòu)和我國(guó)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)中有關(guān)計(jì)算思維的定義對(duì)接起來(lái)。對(duì)接如下：①計(jì)算思維概念：運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法形成解決問(wèn)題方案的過(guò)程中，所包含的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算概念包含順序、循環(huán)、并行、條件、事件、回溯、運(yùn)算符、數(shù)據(jù)等。②計(jì)算實(shí)踐：具備計(jì)算思維的學(xué)生在信息活動(dòng)中能夠采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問(wèn)題，抽象問(wèn)題特征，建立結(jié)構(gòu)模型，合理組織數(shù)據(jù);通過(guò)判斷、分析、綜合各種信息資源，運(yùn)用算法設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的方案。③計(jì)算觀念：總結(jié)利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程與方法，并且遷移到與其相關(guān)的其他問(wèn)題解決之中。

筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，提煉了初中信息技術(shù)課堂體現(xiàn)的計(jì)算思維核心要素以及每個(gè)核心要素在初中信息技術(shù)教學(xué)中計(jì)算思維的體現(xiàn)，如下表所示。在教學(xué)中，教師不能簡(jiǎn)單地關(guān)注以上表格的某一個(gè)要素，要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維就要全面關(guān)注以上七個(gè)要素，關(guān)注系統(tǒng)性。

開(kāi)發(fā)校本教材

1.教材整體解讀

整套校本教材共開(kāi)發(fā)了4個(gè)單元，每個(gè)單元分別包含3課、2課、5課、4課，每課內(nèi)容1課時(shí)（45分鐘）。第一單元到第三單元針對(duì)全體學(xué)生，第四單元針對(duì)選拔出來(lái)的社團(tuán)學(xué)生。在開(kāi)發(fā)教材前，筆者對(duì)本校初一新生進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，學(xué)生在小學(xué)階段已經(jīng)具備了一定的Scratch軟件學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，為學(xué)生在初中階段更好地用Scratch軟件思考解決問(wèn)題和具體實(shí)現(xiàn)提供了可能。如果將Scratch作品比喻成一座房子，那么Scratch軟件的八大模塊組中包含的目前計(jì)算概念中涉及的順序、循環(huán)、并行、事件、條件、運(yùn)算符、數(shù)據(jù)等要素就相當(dāng)于磚頭，也就是說(shuō)可以將計(jì)算概念類比成蓋房子所用的磚頭，計(jì)算實(shí)踐就可以類比成蓋房子的整個(gè)過(guò)程，學(xué)生的作品成果映射出磚頭、過(guò)程方法以及在過(guò)程中形成的品格。磚頭可能是蓋房子的時(shí)候需要，但是在這個(gè)過(guò)程中形成的思維方法和品格可能在學(xué)習(xí)和生活中也需要，這就是計(jì)算思維中的計(jì)算觀念遷移到了與其相關(guān)的其他問(wèn)題解決之中。

2.教材單元解讀

第一單元在小學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行授課。我們用3課時(shí)將“磚頭”（八大模塊組中涉及的圖形化模塊）傳達(dá)給學(xué)生，并用“磚頭”搭建一些簡(jiǎn)單的房子。第二單元是第一單元和第三單元的過(guò)渡，如果說(shuō)第一單元是讓學(xué)生在理解計(jì)算思維的基礎(chǔ)上，明確了本教材每課的內(nèi)容是以“磚頭—搭建過(guò)程—房子”模式去開(kāi)展的話，那么本單元就是重視了搭建過(guò)程。第三單元的內(nèi)容是基于學(xué)生對(duì)“磚頭”和“搭建過(guò)程”有了積累之后進(jìn)行編寫的，在每課的實(shí)施上，先給出一個(gè)情境模型，學(xué)生用問(wèn)題化的學(xué)習(xí)方式自主探究搭建過(guò)程，生成一座房子。第四單元要依據(jù)學(xué)生對(duì)前三單元的掌握情況，結(jié)合學(xué)生的意愿、能力、意志品質(zhì)選拔部分學(xué)生進(jìn)入拓展模塊的學(xué)習(xí)。在拓展模塊里，學(xué)生會(huì)結(jié)合主題自主設(shè)計(jì)規(guī)則、設(shè)計(jì)方案、準(zhǔn)備資料、編寫程序、搭建實(shí)物、調(diào)試程序、修改作品、展示交流并推廣。

提煉初中Scratch軟件課堂教學(xué)流程

編程不是主要任務(wù)，課堂上基于“算法”的方案設(shè)計(jì)在學(xué)生心中地位提高了，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，編程是對(duì)設(shè)計(jì)方案的檢驗(yàn)。綜合前面對(duì)計(jì)算思維要素的挖掘，筆者提煉出課堂教學(xué)流程（如下圖）。

教師在課堂上要引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷計(jì)算思維過(guò)程。流程圖上方是課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，中間是師生需要做的工作，下方是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維涉及的要素。計(jì)算思維的形成包含兩個(gè)階段：從感性具體上升到思維抽象、從思維抽象上升到思維具體。在上頁(yè)圖中，從課堂開(kāi)始到小結(jié)點(diǎn)撥完成了第一個(gè)階段，從小結(jié)點(diǎn)撥到任務(wù)結(jié)束完成了第二個(gè)階段。小結(jié)點(diǎn)撥是中間過(guò)渡環(huán)節(jié)，在分析游戲之后、編寫游戲之前，學(xué)生完成了“思維抽象”的過(guò)程。

①課前備課。隨著課時(shí)的推進(jìn)，教師要結(jié)合學(xué)情重視資源的開(kāi)發(fā)，因?yàn)橘Y源會(huì)在課堂教學(xué)中起到“腳手架”的作用。②課堂導(dǎo)入。在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，師生要明確本節(jié)課要解決的問(wèn)題，通過(guò)學(xué)生對(duì)任務(wù)的理解，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的自主界定和自主表征，培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力。③分析子任務(wù)。課堂任務(wù)的設(shè)計(jì)要有梯度，課堂總體任務(wù)有幾個(gè)梯度，就要分解成幾個(gè)子任務(wù)，這個(gè)核心過(guò)程要對(duì)應(yīng)重復(fù)幾次。這樣，就可將課堂教學(xué)目標(biāo)分解成教學(xué)環(huán)節(jié)，層層遞進(jìn)去達(dá)成。④子任務(wù)總結(jié)點(diǎn)評(píng)。學(xué)生對(duì)每個(gè)梯度的子任務(wù)進(jìn)行分析后，要形成解決方案，在此環(huán)節(jié)，每位學(xué)生要把自己對(duì)子任務(wù)的解決方案進(jìn)行總結(jié)，教師要選出典型方案展示，要組織學(xué)生針對(duì)子任務(wù)的總結(jié)方案，進(jìn)行初步評(píng)估。⑤開(kāi)發(fā)測(cè)試。這一步是每位學(xué)生根據(jù)自己的“選擇最優(yōu)方案”進(jìn)行編程、調(diào)試，那么編程階段就是對(duì)方案的檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自己心中認(rèn)為最優(yōu)方案解決問(wèn)題的可行或者不可行的檢驗(yàn)。⑥總結(jié)拓展。這一步是通過(guò)組織學(xué)生對(duì)課堂總?cè)蝿?wù)進(jìn)行總結(jié)，是對(duì)自己選擇的最優(yōu)方案經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)后的匯報(bào)，也是對(duì)學(xué)生計(jì)算思維中“概括”要素的進(jìn)一步培養(yǎng)。通過(guò)拓展環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)自己個(gè)性化方案作品的進(jìn)一步設(shè)計(jì)、資料選擇、游戲制作。

探索以培養(yǎng)計(jì)算思維為目標(biāo)的教學(xué)策略

教師深挖Scratch軟件可以解決的問(wèn)題，整合教材后，在課堂上從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的思路來(lái)引導(dǎo)思考。在具體實(shí)施過(guò)程中，筆者采用了以下教學(xué)策略。

1.鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)形成解決問(wèn)題的思路

在實(shí)際教學(xué)中，可以讓學(xué)生先玩一玩游戲，并引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察玩游戲的過(guò)程思考與游戲開(kāi)發(fā)緊密相關(guān)的核心問(wèn)題。這樣不僅可以調(diào)動(dòng)全班學(xué)生的興趣，還可以把學(xué)生引入到思考解決問(wèn)題的起點(diǎn)，讓學(xué)生提升表征問(wèn)題、界定問(wèn)題、提煉問(wèn)題的能力。

2.鼓勵(lì)學(xué)生接收可視化教學(xué)理念

給學(xué)生提供任務(wù)（項(xiàng)目）解決的流程圖、概念表征圖示（變量、鏈表）。問(wèn)題解決流程圖的運(yùn)用可以采用以角色為對(duì)象，逐一解決問(wèn)題，過(guò)渡到從整體上把握腳本的編寫思路。在課堂實(shí)踐時(shí)，流程圖是在學(xué)生思考的基礎(chǔ)上生成的思考模型，流程圖要隨著學(xué)生思維的發(fā)展逐漸生成，這樣會(huì)收到更好的效果。以筆者開(kāi)發(fā)的《深海逃亡》一課為例，學(xué)生分組討論后，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)思考組合模塊，自制教具引領(lǐng)學(xué)生展開(kāi)程序分析，學(xué)生組合教具，自主生成流程圖進(jìn)行課堂展示，此后再引導(dǎo)學(xué)生參照流程圖進(jìn)行程序編寫。

3.重視程序調(diào)試、修改

遇到課堂難點(diǎn)時(shí)，教師應(yīng)該以實(shí)踐和探究作為課堂主要教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)探究相關(guān)問(wèn)題，從而以糾錯(cuò)的方式改進(jìn)程序。通過(guò)程序調(diào)試，診斷我們的解決方案能否完成設(shè)計(jì)的效果，并考慮如何改進(jìn)。教師只有在課堂教學(xué)中針對(duì)難點(diǎn)，巡視出典型例子組織學(xué)生思考、研討、修改、完善，才會(huì)讓學(xué)生聚焦難點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試，突破課堂難點(diǎn)，進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的目的。例如，在《紅海行動(dòng)》課例中，在學(xué)生即將編寫完游戲，筆者在課堂巡視過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生都會(huì)遇到如下問(wèn)題：玩完一次游戲之后，中國(guó)軍艦的位置沒(méi)有回到游戲初始位置，導(dǎo)致上次體驗(yàn)的結(jié)果影響了本次的運(yùn)行（有些學(xué)生一開(kāi)始游戲，立即成功或者失敗）。筆者抽取了一件有這類典型問(wèn)題的學(xué)生作品進(jìn)行演示，將問(wèn)題在課堂上展現(xiàn)，在全體學(xué)生明確問(wèn)題之后，組織學(xué)生分小組討論，討論過(guò)后進(jìn)行修改，使學(xué)生通過(guò)直觀的觀察，聚焦修改后的一條語(yǔ)句后，感受到了游戲初始化的重要性。

4.鼓勵(lì)多種算法，打破固有思路

教師既要在備課時(shí)重視多種思路的預(yù)設(shè)，又要在課堂進(jìn)行時(shí)重視多種思路問(wèn)題的生成。在課堂上教師鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑和創(chuàng)新，應(yīng)盡量采用一題多解的方法，然后進(jìn)行比較，最終選擇最優(yōu)的方案，以此來(lái)拓展學(xué)生思路，進(jìn)行有意識(shí)的思維訓(xùn)練。同時(shí)，因?yàn)樗惴ǘ鄻踊?，教師也要尊重學(xué)生的思維方式，理解學(xué)生能力的個(gè)體差異。例如，在《聲音模塊組》一課中，用鋼琴演奏樂(lè)曲，當(dāng)教師提出問(wèn)題用Scratch軟件演奏一曲樂(lè)曲之后，有些學(xué)生用彈奏音符語(yǔ)句演奏每個(gè)音符，最后將這首歌演奏出來(lái)，也有些學(xué)生建立鏈表將音符存在鏈表中，然后再用循環(huán)結(jié)構(gòu)訪問(wèn)鏈表的方式優(yōu)化了腳本，將這首歌彈奏出來(lái)。

培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維過(guò)程中的操作建議

1.結(jié)合學(xué)情重視對(duì)計(jì)算思維內(nèi)涵的挖掘

對(duì)內(nèi)涵的挖掘既要看文獻(xiàn)又要聯(lián)系教學(xué)實(shí)際。對(duì)內(nèi)涵的挖掘深度和后續(xù)的培養(yǎng)效果之間既互相聯(lián)系又互相促進(jìn)。因此，教師要深入結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，對(duì)“培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維”這一主題有自己的個(gè)性化理解。

2.計(jì)算思維培養(yǎng)要結(jié)合學(xué)情，注意層次性和漸進(jìn)性

思維的形成受很多因素影響，計(jì)算思維訓(xùn)練是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，切忌急功近利，將計(jì)算思維教育簡(jiǎn)單化。單純的傳授知識(shí)的教學(xué)不是思維教學(xué)，思維的培養(yǎng)必須基于所教學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)，符合學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展規(guī)律。所以，教師要了解學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)，注意計(jì)算思維培養(yǎng)的層次性和漸進(jìn)性。以大連地區(qū)為例，小學(xué)時(shí)學(xué)生有過(guò)Scratch學(xué)習(xí)經(jīng)歷，但小學(xué)、初中沒(méi)有針對(duì)計(jì)算思維的理性認(rèn)知的內(nèi)容。教師對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)不能出現(xiàn)斷檔或脫節(jié)。因此，在初中階段，筆者自主開(kāi)發(fā)了校本教材。教材第一單元用3課時(shí)從計(jì)算思維認(rèn)知角度對(duì)Scratch軟件的模塊進(jìn)行整合，既讓學(xué)生在初中階段對(duì)計(jì)算思維有了理性認(rèn)知角度，又為后續(xù)課程培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展打下基礎(chǔ)。筆者通過(guò)課堂實(shí)踐的探索，提煉了以培養(yǎng)計(jì)算思維為目標(biāo)的初中Scratch軟件課堂教學(xué)模式。教師在使用時(shí)要注意兩個(gè)原則：一是結(jié)合學(xué)情，二是抓住計(jì)算思維核心要素。因此，教師要通過(guò)教學(xué)實(shí)踐經(jīng)歷用模式到脫模的過(guò)程。教師也要在教育學(xué)、教育心理學(xué)理論支持下，結(jié)合本校學(xué)生學(xué)情去辯證使用筆者開(kāi)發(fā)的課程和提煉的流程，最終目的都是為了培養(yǎng)自己所教學(xué)生的計(jì)算思維。

3.重視評(píng)價(jià)和計(jì)算思維要素對(duì)接

在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維過(guò)程中，要重視將對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)和計(jì)算思維要素互相結(jié)合起來(lái)，因?yàn)樵u(píng)價(jià)的目的是促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的形成，而且評(píng)價(jià)具有引導(dǎo)性，所以在課堂教學(xué)時(shí)，教師要重視關(guān)注學(xué)生在學(xué)會(huì)知識(shí)過(guò)程中的思維過(guò)程，做好跟蹤、過(guò)程性評(píng)價(jià)。為保障評(píng)價(jià)相對(duì)科學(xué)，圍繞前期提煉的計(jì)算思維七大要素，筆者開(kāi)發(fā)了計(jì)算思維課堂評(píng)價(jià)加分表。因此，Scratch軟件教學(xué)評(píng)價(jià)是由期末測(cè)試和計(jì)算思維課堂評(píng)價(jià)加分表兩大部分組成。計(jì)算思維課堂評(píng)價(jià)加分表在實(shí)踐中既激發(fā)了學(xué)生的課堂參與度，提升了學(xué)生用自然語(yǔ)言敘述設(shè)計(jì)思路的能力，又讓學(xué)生在積極思維形成解決課堂問(wèn)題的方法后去編寫程序。

為更有效地培養(yǎng)初中生的計(jì)算思維，作為教師，我們應(yīng)該繼續(xù)探索，進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)的教育教學(xué)理論，并結(jié)合課堂實(shí)踐進(jìn)行思考，還要關(guān)注學(xué)情，結(jié)合學(xué)情進(jìn)一步提煉培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維更有效的策略、課堂模式、評(píng)價(jià)體系，讓學(xué)生能夠體味到計(jì)算思維的魅力。