Scratch融入教学对计算思维能力培养研究

全耀 莫青云

摘  要：计算思维作为教育部新提出的中小学信息技术课程核心素养之一，是培养创新型人才的关键。当代小学信息技术教师需要思考如何在教学中更好地培养小学生的计算思维。而Scratch作为一款简易的图形化编程软件，易于被初学编程知识的小学生所接受掌握。通过对正处于初学编程知识阶段的两个小学班级进行教学对比，发现Scratch融入教学比传统的教学能更有效地培养小学生计算思维能力。

关键词：信息素养;Scratch融入教学;小学生;计算思维

中图分类号：G623.58      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）07-0186-03

Research on the Cultivation of Computing Thinking Ability by the Integration

of Scratch into Teaching

——Take Primary School Teaching as an Example

QUAN Yao，MO Qingyun

（Guangxi Normal University，Guilin  541006，China）

Abstract：As one of the core qualities of information technology curriculum in primary and secondary schools newly proposed by the ministry of education，computational thinking is the key to cultivating innovative talents. Contemporary primary school information technology teachers need to think about how to better cultivate pupilscomputational thinking in teaching. Scratch，as a simple graphical programming software，is easy for elementary school students to grasp. Through the teaching comparison of two primary school classes that are in the initial stage of programming knowledge，it is found that Scratch integrated teaching can cultivate the computational thinking ability of pupils more effectively than traditional teaching.

Keywords：information literacy;integrate scratch into teaching;primary school students;computational thinking

0  引  言

计算思维是人们日常生活中不可或缺的一项思维能力，能够在处理某些复杂的专项问题时，使问题迎刃而解。2017年7月我国国务院印发的《新一代人工智能发展规划》中明确指出要“实施全民智能教育项目，在中小学阶段逐步推广编程教育”。因此，要求个体掌握计算思维能力的时间点被大幅提前。目前，我国大部分小学信息技术课程都会进行简易的编程教学，试图为初学者建立起运用计算思维解决问题的观念。但是，小学生接受能力有限，过于深奥的编程知识教学效果往往不佳。信息技术课堂是培养小学生计算思维的场所之一，结合广西师范大学教育学部教育技术学专业背景，在桂林市某小学开展基于Scratch提升小学生计算思维的教学实践研究，意在探索Scratch图形辅助教学软件对小学生计算思维能力培养的影响效果，为小学信息技术教师提供实验参考和借鉴。

1  计算思维研究动态

1.1  国外研究动态

计算思维（Computational Thinking）这一概念最早是2006年卡内基梅隆大学的周以真教授所定义，最初指的是运用计算机科学基础概念求解问题、设计系统和理解人类行为[1]。但是，随着社会的发展，计算思维不再专属于计算机领域的科学家们，而是成为了每个人应当具备的基本技能。

美国国家科学基金会提出全面改革美国计算机教育，指出计算思维必须像阅读，写作，算术一样普及，成为每个合格公民的必备素质。澳大利亚、新西兰、新加坡等国家近几年也从国家政策层面开始推动面向青少年的计算思维培养计划[2]。

综上所述，对国外教育领域中计算思维研究现状进行分析，我们可以了解到，许多发达国家的计算思维培养都是从基础教育阶段展开的，并且出台了比较权威的政策以及相对完善的培养框架，这些举措为中小学生计算思维的培养提供了保障。

1.2  国内研究动态

2016年《高中信息技术课程标准（修订稿）》中明确指出，计算思维成为信息技术学科的核心素养之一，纳入教学培养计划。之后的一段时间，我国对于计算思维培养的重点主要集中在高中和大学阶段。

中国科学院院士陈国良认为计算思维是从计算机科学领域发展出来的一种能力，强调计算思维就像我们小孩子入学受到的各種教育，是每个人自身发展所必需的能力。2017年7月，国务院印发了《新一代人工智能发展规划》，提出“人工智能的迅速发展将深刻改变人类社会生活、改变世界。要抢抓人工智能发展的重大战略机遇，构筑我国人工智能发展的先发优势，加快建设创新型国家和世界科技强国”。我国针对中小学生进行计算思维能力培养的事业就此起步。[3]

综上所述，我国中小学计算思维教学目前仍处于实验探索阶段，如何有效提升小学生的计算思维能力成为我国教育界学者讨论的一个热点问题。

2  Scratch融入小学教学提升计算思维能力实例探究

2.1  研究对象选取

本实践的研究对象为桂林市某实验小学的两个五年级班级，两个班级的学生均有一定的编程基础。其中五年级A班为实验班，实验班的学生使用Scratch教学软件进行辅助教学;五年级B班为对照班，对照班的学生采取传统的编程教学法进行教学，教学实践研究的总时长为16课时。

2.2  实践过程和方法

文獻法用于实践前期的理论基础储备，授课前后采取问卷调查法，实践过程采取行动研究法。实验授课前，给两个班级的学生发放同一份适龄阶段的计算思维测量试题，收集两班学生计算思维能力以及运用情况的前测数据。授课行动研究结束后，对两个班级的学生发放另一份计算思维能力测量试题，收集后测数据。使用统计软件SPSS对前后两次数据进行处理分析，观察Scratch应用于教学对小学生计算思维能力培养的效果。

2.3  Scratch教学课程设计示例

由于实践对象已在四年级时初步接触计算机，掌握了部分简易的编程知识，因此本实践研究选定的教学内容为：Scratch软件使用教学、判断语句的使用、循环语句的使用以及语句的嵌套四个部分。下面为实验班A班学习循环语句中某一节课使用的教学设计：

本节课演示部分，教师介绍本节课学习的主要内容为编程语法中的循环语句，向学生展示教学所用道具：三根棒棒糖、三个小盒。将班里学生分为四组，由组长和一名组员进行“游戏”演示，组长发出指令，指挥组员根据地砖避开障碍物进行移动，并取得三个盒子中所有的棒棒糖即视为成功。实际操作阶段，学生坐回自己的座位，教师讲解如何使用Scratch完成循环语句的指令。引入案例：小蜜蜂在果园里采蜜，它要将所有花朵里的花蜜都采出来。教师通过介绍并拖拽循环模块告诉学生这是循环语句块，将通过它来实现小蜜蜂成功采蜜的过程。教师演示完后，让学生在电脑上使用Scratch软件动手操作，让小蜜蜂成功采取到花蜜。教师巡堂检查每个同学完成的情况，对有困难的同学进行辅导。课程总结部分，回顾整堂课程，进行综合性总结，提问学生今天所学的内容是什么语句，启发性提问学生在日常生活中什么时候会使用到循环语句，教师布置课后作业。对有困难的学生及时进行辅导教学，对感兴趣且能力强的学生布置额外的训练试题。

循环语句作为编程语法中最基础的语法之一，是非常重要的知识点。在这节堂课中，教师先将“循环”这个抽象的概念用具身体验的方式，转化为“游戏”进行解释，让学生更好地理解循环的内涵：反复执行某一串指令。即在“游戏”中将棒棒糖从每一个盒子中拿出。接着，教师导入蜜蜂采蜜案例实施Scratch教学。

图1为五年级A班学生丙独立完成的操作代码块。相较于传统的信息技术课堂，我们能够看到Scratch教学软件的融入可以让学生在可视化教学环境下进行实际操作。提供实景案例的好处就在于能够使学生更专注于课堂，主动思考实践并寻找最优的解决方案。

3  实践数据处理和分析

3.1  前测数据

五年级A班和B班在开展对比教学前均由同一名教师甲所授课，并且班级人数均为40人。研究选取适用于五年级年龄阶段的国际计算思维测试题（Bebras）对两班学生进行前测，以问卷的形式发放试题，用于获取两个班学生计算思维的初始水平，提高实验信度。根据得到数据进行处理，结果如表1所示。

原始数据显示，80名学生中最高分为72分，最低分仅有17分。通过观察两班测试成绩的平均值和标准差可以发现：两个班级学生的计算思维能力都较差，低于国际该年龄阶段的计算思维水平。且A班的平均分稍差于B班，成绩分布也较为分散。将学生的原始分数数据导入统计软件SPSS中，进行独立样本T检验，检验结果发现P>0.05，说明两班学生计算思维能力并无显著性差异。

3.2  后测数据

距上次测试，经过16课时的传统课程教学和Scratch辅助教学后，再次对五年级A班和B班进行计算思维能力的测试。两班的数据情况如表2所示。

通过对比表2和表3中的数据，可以看到经过16个课时的编程计算思维学习和实操锻炼后，五年级A班和B班学生的知识技能以及应用都有明显的提高。并且，五年级A班学生的计算思维能力提升程度更大，A班的平均分从落后B班1.25分到超越B班6.93分。除此之外，A班低分数段频数明显减少，中高分数段频数大幅度增加。从两班成绩的标准差可以判断出A班分数较为集中即分层跨越较小，极端成绩的人数少。综合以上数据，证明使用Scratch软件进行辅助教学比传统方式下的编程教学效果更佳，学生的计算思维能力提升更为迅速。

4  结  论

新课程改革背景下，如何有效培养小学生的信息技术素养，提升他们的计算思维能力，是当今教育界关注的热点问题。[4]本研究立足于小学信息技术课程融入Scratch辅助教学实践，通过对比实验班学生和对照班学生的计算思维水平前后测数据，得出Scratch辅助教学对小学生计算思维能力培养具有显著促进作用这一结论。本研究意在为Scratch教学融入小学信息技术课堂研究提供借鉴实例，但是，本研究存在着实验样本数量偏少、行动研究时间较短、教学内容简单、计算思维能力量表可靠度待商榷等一系列的问题，这些局限和问题直接或间接地影响了实践结果的信度和效度。因此，后续研究还需进一步深入改进。

参考文献：

[1] 陈鹏，黄荣怀，梁跃，等.如何培养计算思维——基于2006-2016年研究文献及最新国际会议论文 [J].现代远程教育研究，2018（1）：98-112.

[2] BRENNAN K，RESNICK M.New frameworks for studying and assessing the development of computational thinking [C]//The 2012 Annual Meeting of the American Educational Research Association，2012：1-25.

[3] 韩杰.让Scratch与“思维”碰撞——小学信息技术Scratch教学中计算思维培养实践分析 [J].中国信息技术教育，2020（1）：27-29.

[4] 钱耀刚.Let′s think：例谈小学Scratch教学中的计算思维培养 [J].中国信息技术教育，2019（22）：43-45.

作者简介：全耀（1996—），男，汉族，广西桂林人，硕士在读，研究方向：教育技术学;莫青云（1994—），女，汉族，广西宾阳人，硕士在读，研究方向：教育技术学。