浅析Scratch课堂中的计算思维的培养

摘 要：教育部在2017年的信息新课改中，将“计算思维”作为一个重要的核心素养提了出来。计算思维说得通俗明白一点就是如何解决问题，所以如何在小学信息课堂中培养学生的计算思维，下面我们就以一节Scratch课例谈计算思维的培养

关键词：计算思维；儿童心理发展；Scratch

一、 计算思维概述

什么叫计算思维呢？运用计算机科学领域的思想方法形成解决问题方案的过程中，所包含的一系列思维活动即计算思维。具备计算思维的学生在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题，抽象问题特征，建立结构模型，合理组织数据；通过判断、分析与综合各种信息资源，运用算法设计解决问题的方案；总结利用计算机解决问题的过程与方法，并将其迁移到与其相关的其他问题解决之中。

二、 计算思维的理论基础

皮亚杰将儿童思维的发展分为四个阶段

（一） 感知运算阶段（0～2岁）

能够借助感觉和身体动作来认识和适应外界环境，没有“客体永存性”概念。

（二） 第二阶段：前运算阶段（2～7岁）

语言能力迅速发展，他们开始运用符号代替客观事物。无法理解守恒原则，思维具有自我中心性。

（三） 第三阶段：具体运算阶段（7～11岁）

思维具有可逆性、守恒性。开始具有逻辑思维和运算能力，但离不开具体形象的支持。

（四） 形式运算阶段（12岁以上）

儿童思维是从具体形象思维发展到抽象逻辑思维，这体现了儿童发展的顺序性，而小学阶段正是学生由形象思维发展到抽象逻辑思维的高峰期，这也为计算思维的培养打了良好的思维基础，因为计算思维要求的分析问题，抽象问题特征，建立结构模型，合理组织数据，这些都是抽象思维的能力，所以我们在培养学生计算思维的同时，其实也在发展学生的抽象思维，促进了抽象思维的发展，提升了学生的思维品质。

三、 Scratch课堂培养计算思维的方法

使用计算思维来解决问题的一般过程如下：首先将复杂的问题分解成一系列小而易于管理的问题（分解）；对这些小的问题可以单独观察，考虑到先前已经解决了类似的问题（模式识别）；可以分别仔细研究这些较小的问题，仅关注重要的特征，同时忽略了不相关的细节（抽象）；接下来可以设计用于解决每个较小问题的简单步骤或规则（算法），形成解决问题的方案；对设计的解决方案进行评估（评估）；最后，通过计算机辅助解决问题（应用）。

（一） 通过思维导图培养学生分析和分解问题的能力

思维导图在分析问题方面有着得天独厚的优势，它将最终要解决的问题分解成一个一个小问题，最终并形成一定的解决步骤，在培养计算思维分析问题方面，确实是一个优秀的训练方法。

比如在教授穿越迷路这一课时，通过思维导图的梳理，我们很容易分解问题，形成解决步骤，完成穿越迷路的问题分三步：（1）舞台绘制，（2）角色初始化——在脚本刚运行时，主要对角色相对于舞台的位置，以及隐藏还是显示进行初始化设置，（3）循环执行三个功能模块——角色移动，障碍判断，胜利条件。

（二） 总结模式，组织数据

模式涉及发现小的分解的问题之间的相似性，模式使我们的任务更简单、问题更容易解决，因为我们可以在模式存在的地方使用相同的问题解决方案。为了在问题之间找到模式，我们寻找与每个问题相同（或非常相似）的东西。

比如在教学Scratch画组合图形时，我以七巧板作为主题，分析图形，七巧板之所以能拼出千变万化的图形，就是因为它有大小不同的七块基本图形，所以同样我们要用Scratch定义好七块基本的模板，体现“计算思维”中的合理组织数据的方法。

（三） 寻求最优解，提升计算思维中的算法思维

我们可以将问题分解成較小的部分，然后我们可以按照合适的顺序计划如何组合起来以解决问题，该顺序可以表示为算法。编程中特别强调算法的概念，在计算思维中，算法不是什么高深莫测的词，简单地说就是解决问题的方法。在小学信息课堂上我们绝对不能满足于解决问题就行了，还要注重速度和效率，比如还是以教学Scratch画组合图形为例，我以七巧板作主题，七巧板之所以能拼出千变万化的图形，就是因为它有大小不同的七块基本图形，如果我们画七巧板组合图形时，还是用我们日常绘画的思路一根线条一根线条地画出来，这就不是最佳，最有效率的画法，我们应该定义图形模板，调用组合，像七巧板一样拼出图形，才是最佳算法。

（四） 在实践中持续评估，不断优化

比如画组合图形中，为了便于教学，我让学生所有的图形模板按照逆时针来画，最后再调用模板来画组合图形。学生画完之后有了实践体验之后，我让学生说一说哪些步骤可以优化，变得更容易，更有效率，最后学生畅所欲言，总结出两点可以优化的地方：第一有些模板定义时采用顺时针画法，更好画组合图形，第二画组合图形时，改变调用模板的顺序有时会极大简化画组合图形的方法。所以在课堂教学中，即使学生在最初解决问题时没有找出最优算法，我们也要在学生实践完之后，继续引导追问学生，在解决问题中，哪几步比较麻烦，有没有优化的方法，这样更能锻炼学生的计算思维。

四、 Scratch画组合图形教学课例分析

这一课内容的教学恰恰体现了信息技术核心素养——计算思维的培养。这一课是让学生会用模板画出各种复杂的图形。我精心改编和设计教材内容，通过一系列七巧板组合图形的呈现，使学生意识到各种复杂图形都是由基本图形组合而成，当我们画复杂图形时，可以抽象定义出基本图形，然后再通过基本图形组合画出各种图形，这一步其实就是界定问题，抽象问题特征，建立结构模型。然后在课堂上引导学生通过Scratch定义好七巧板的七块基本模板，这一步就是合理组织数据。接着我先让学生用定义好的七巧板模板，先画出数学奥林匹克的帆船会标由三角形和平行四边形组成的船身，总结出如何用模板画组合图形的方法，最终把整个会标画出来，这一步就是分析与综合各种信息资源，运用算法设计解决问题。最后我让学生用自制的七巧板自由组合图形，然后再用Scratch的定义好的基本图形的模板画出来。这一步就是总结利用计算机解决问题的过程与方法，并将其迁移到与其相关的其他问题解决之中。所以借助七巧板这一中国传统益智玩具，帮助我们理解和学习利用模块化设计思想画组合图形，在潜移默化中培养了学生的计算思维。

作者简介：

窦志，江苏省南京市，南京市长城小学。