基于计算思维能力培养的Scratch教学模式初探

张加莎

[摘 要]计算思维是每个人都应该掌握的基本技能之一。Scratch软件已经成为培养中小学生计算思维的热门工具，也是创客教育课程中重要的编程工具，而Scratch教学本身“创造加分享”的方式也充分体现着“创客”精神。基于计算思维三维框架理论提出的Scratch教学模式，有利于培养学生的计算思维能力。

[关键词]创客教育；计算思维；Scratch教学模式

一、引言

目前，我国各中小学正在如火如荼地开展创客教育。创客教育是一种融合信息技术，秉承“开放创新、探究体验”教育理念，以“创造中学”为主要学习方式和以培养各类创新型人才为目的的新型教育模式[1]。互动媒体技术是创客教育主要依托的技术之一，其中Scratch作为面向儿童青少年的图形化编程软件，可有效培养儿童青少年的创造能力、创新思维和计算思维能力。中小学生可以通过Scratch创造自己的交互故事、游戏和仿真作品，并通过在线环境与全世界的编程者分享这些创作。Scratch教学本身也采用了“创造加分享”的方式，充分体现着“创客”精神，是创客教育课程中必不可少的重要内容。

2006年，周以真教授重新提出并定义了计算思维，指出计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维，是每个人都应该掌握的基本技能，而不仅仅限于计算机科学家[2]。目前，计算思维已成为信息技术学科的核心素养之一[3]，国内各中小学已普遍开展了编程教学，Scratch成为了培养中小学生计算思维的热门工具。以下将基于计算思维三维框架理论，探究在Scratch课程中培养计算思维的教学模式。

二、计算思维三维框架理论

2012 年，美国麻省理工学院媒体实验室（MIT）终身幼儿园研究小组（Lifelong Kindergarten Group）在多年研究 Scratch 在线社区、Scratch 教师工作坊以及互动媒体设计者的编程活动基础上，提出了计算思维三维框架理论，它包括计算概念、计算实践、计算观念三个维度[4]（见表1）。

上海师范大学教授王旭卿指出：我们可以将计算思维三维框架应用于面向计算思维培养的教学设计，从而使计算思维培养真正融入课堂教学实践过程中[5]。计算思维三维框架理论与我国的三维课程目标可以近似呼应，即计算概念、计算实践、计算观念分别对应于知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。

三、Scratch课程中的计算思维

在Scratch课程中，学生在编程、问题求解过程中体现其计算思维能力。根据计算思维三维框架理论，表1中提到的七个计算概念包含于Scratch的动作、外观、声音、画笔、控制、侦测、数字和逻辑运算、变量八大指令中。这些对应的是知识与技能。

在Scratch课程中，不仅要关注递增和重复、 测试和调试、 再利用和再创作以及抽象和模块化四组策略，还要关注学生在学习过程中的表现。计算实践对应过程与方法，教师需要充分利用有限的课堂时间，帮助和引导学生在设计作品和完成作品这个过程中获得计算实践能力（体现为Scratch编程能力）。

计算观念是学生使用Scratch创建互动媒体的过程中形成的对自己与他人关系及周围世界的理解，对应情感态度与价值观，这是一种有关人格塑造、思维习惯养成的学习结果。教师要引导学生形成良好的计算观念。

四、基于计算思维培养的Scratch教学模式

Scratch这一编程工具需要通过“在设计中学习”的方式来掌握。教师要结合学生的具体情况，综合使用案例教学法、常规讲解法、任务驱动法等方法进行教学。

首先，要为学生创设恰当的情境，引出主题，让學生明确学习目标或任务；其次，要根据教学目标，通过分析案例，让学生理解并掌握案例中的算法。这是有关计算概念的两个关键步骤。当学生明白算法之后，教师提出与案例相似的任务，也可以就案例让学生进行流程图设计，使学生能够把作品的功能、指令、情景等梳理通顺。接下来就可以进行作品功能的详细设计，包括情景设计、舞台设计、角色设计和指令设计，这些步骤使搭建脚本变得更容易。完成作品后的展示过程，使学生可以锻炼表达、交流的能力，回顾自己作品的制作过程并对他人作品进行评价。在整个过程中，教师要注重学生计算概念的掌握、计算实践的锤炼和计算观念的养成。

五、基于计算思维培养的Scratch教学案例

下面以“分支（判断）结构if else”一课为例说明Scratch教学模式，具体环节如下。

1.创设情境，明了主题。创设情境的目的是让学生知道本节课的主题，激发学生的学习兴趣。对于“分支（判断）结构if else”，教师可以从有关“判断”的生活常识入手，让学生知道“if else”的含义，如：如果走迷宫的时候没有出路，那么同学们会掉头走其他的路，否则就继续走；如果吃的食物坏了，那么我们会扔掉，否则就留着……创设情境时要充分考虑学生的年龄及理解能力，要与学生的真实生活密切相关，使他们明了主题。

2.案例分析，明白算法。案例分析的目的是让学生在明了主题后能够知道用什么样的思路和算法完成作品，帮助学生掌握计算概念，即Scratch中的编程指令。教师要根据学生的理解能力，以恰当的方式带领学生分析案例。以“小猫与运动员赛跑”的动画设计为例。教师向学生解释任务（可配合演示已完成的动画）：小猫和运动员赛跑，运动员领先，当小猫追上运动员时，运动员说“你追上我啦！”，然后立即加速，再次与小猫拉开距离。教师需要引导学生明白如下思路和算法：小猫跑步，可通过原地重复执行变换造型的指令实现；按下空格键，使运动员移动，领先小猫一段距离（如100步）；点击绿旗后，程序开始执行，运动员通过变换造型并移动，呈现出跑步的状态；由于小猫是原地“跑步”，所以“运动员被追上”的效果可以由“运动员向后移动”来实现；当运动员退到小猫的位置（画面效果是小猫追上了运动员），运动员说“你追上我啦！”，然后停止后退，执行向前移动100步的指令，与小猫重新拉开距离（画面效果是运动员加速再次领先小猫），如此循环往复，表现出小猫与运动员你追我赶赛跑的情景。两个角色的程序指令如图1和图2所示。其中重复执行“下一个造型”，是为了使角色“跑”起来。

3.作品流程图设计。案例分析后，学生对“if else”有了一定的理解。教师采用任务驱动法，引导学生通过换角色并增加角色、换对话内容、换舞台等，模仿或创造出应用“if else”的作品。在学生设计和搭建脚本之前，要先在纸上画出作品的流程图。基础较好或理解得更好的学生，能很快掌握流程图，而对于基础较差的学生，教师需要耐心讲解，并给他们更多的时间在操作中体会。流程图的掌握，使学生的计算实践能力得到提高，逻辑思维能力得到增强。

4.作品功能设计和搭建脚本。作品功能设计包括角色设计、情境设计、舞台设计和指令设计，需要学生发挥想象力，根据自己的想法设计作品功能。在作品流程图和功能确定之后，搭建脚本阶段才会顺利，这也是学生计算实践能力得以提升的阶段。如一名学生设计了一个小猫和蝙蝠的动画：蝙蝠飞行时撞到了小猫，赶快飞走了，而小猫却吓得边跑边喊“救命”（程序指令见图3、图4）。从中可见，学生已经理解并掌握了“if else”指令的用法，且不乏有趣的想象和创新之处。

5.修改交流及分享。在完成作品之后，可采用小组内讨论的方式，针对过程中的问题进行交流，反复修改作品，展示自己小组的作品，或上传到Scratch官网，这个过程有助于学生综合能力的提高和计算观念的养成。

在上例中，学生来自四五年级，此前从未接触过有关程序设计的课程，有的学生并非从一开始就有足够的兴趣或积极性，需要教师将教学与学生生活或感兴趣的事物相结合，考虑学生的认知水平和个体差异，因人而异地提供指导。教师要给学生充分的体验与练习的时间以及试错的机会，要意识到完成任务不是最重要的，完成任务的过程更重要。

參考文献

[1]杨现民，李冀红.创客教育的价值潜能及其争议[J].现代远程教育研究，2015（2）：23-34.

[2]牟琴，谭良.计算思维的研究及其进展[J].计算机科学，2011（3）：10-15.

[3]任友群，黄荣怀.高中信息技术课程标准修订说明[J].中国电化教育，2016（3）：1-3.

[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（7）：48-51.

（责任编辑 郭向和）