基于Scratch图形化编程的初中生计算思维能力培养

董晗晖

摘  要：Scratch图形化编程软件是培养学生计算思维的有效载体，应该将其融入初中信息技术教学体系中，以优化信息技术教学。文章从培养目标和培养策略入手，分析了基于Scratch图形化编程软件的初中生计算思维能力培养模式的构建策略，提出了计算思维能力培养的行动方案，并以教学实例阐述培养行动方案的实践应用，期望对实现信息技术课程人才培养目标有所帮助。

关键词：信息技术;Scratch图形化编程;计算思维能力

Scratch是面向儿童和青少年设计的图形化编程软件，该软件采用可视化程序设计语言，提供“搭积木”程序，自带多个角色和场景素材，能够让儿童和青少年在友好的操作界面上通过组合拼接指令完成程序创建，促进儿童和青少年计算思维能力的发展。计算思维能力是信息技术学科核心素养之一，也是信息技术课程需要实现的重要教学目标。为此，在初中信息技术课程教学中，学校要基于Scratch图形化编程软件开发有利于培养学生计算思维能力的校本课程，优化信息技术课程结构，提升学生运用计算思维分析和解决问题的能力，推进信息技术教学的改革创新。

一、基于Scratch的计算思维能力培养模式构建

1. 明确培养目标

在信息技术课程教学中，基于Scratch图形化编程软件开展的教学活动不仅要传授概念性、策略性、程序性的知识，更要突出对学生计算思维能力的培养，优化培养目标。下面将培养目标细化分解为五个层面。

（1）异构问题处理能力培养目标。

通过教学引导学生主动搜索问题，自主甄别和筛选搜索结果中的信息，快速、准确找到解决问题的算法，促进学生问题处理能力的提高。

（2）分析问题能力培养目标。

通过教学帮助学生理解递推、递归处理思想，掌握递推、递归处理思想的本质，进而将递推、递归处理思想运用到数据相互转换的编程过程中，培养学生从多维度出发全面分析问题的能力。

（3）计算思维方法培养目标。

通过教学促使学生深入掌握对多种计算思维方法的应用，包括分离、抽象、转化、约简、仿真、形式化等，使其能够运用多种计算思维方法分析、分解问题，通过逐一解决子问题，进而解决原始问题。

（4）形式化描述问题能力培养目标。

通过教学教会学生掌握多样化学习策略，对问题进行词汇描述和形式化描述，将疑难问题简化处理，运用简单方法解决问题。

（5）跨学科思维能力培养目标。

通过教学要求学生扎实掌握仿真、抽象、分解、递归、建模等计算思维方法，归纳总结类似问题求解方法，将求解方法运用到其他学科学习中，促进学生跨学科思维能力的发展。

2. 制定培养策略

在基于Scratch图形化编程软件的信息技术教学中，教师要围绕计算思维能力的培养采取有效的教学策略，将计算思维能力的培养目标落实到教学活动中，以保证培养目标的顺利实现。具体培养策略如下。

（1）情境创设。

教师围绕计算思维能力培养选取教学内容，根据教学内容创设教学情境，调动学生自主学习的积极性，引发学生对情境问题的思考。

（2）问题分析。

教师引导学生分解问题，对问题進行抽象处理，锻炼学生分析问题、抽象问题、形式化表述问题的能力。

（3）方案探讨。

组建学习小组，让小组成员运用已经掌握的计算思维方法形成综合方案，解决问题。

（4）编程制作。

教师总结算法规律，讲解流程图的制作，让学生运用Scratch图形化编程软件解决问题。编程制作包括脚本设计、算法设计，其中脚本设计涉及控制脚本、内容脚本;算法设计中涉及多种算法，如表示算法、分析算法、验证算法等。

（5）测试评估。

教师采用多样化评价方式评估学生作品，引导学生反思作品。

（6）归纳总结。

教师归纳总结本节课的教学内容，鼓励学生将问题解决方法迁移到其他类似问题的解决中，解放学生思维，启发学生创新。

二、基于Scratch的初中生计算思维能力培养方案

学校开设Scratch课程，结合学生学情设定初级教学、中级教学和高级教学任务，确立培养学生计算思维能力的课程教学目标，制定培养行动方案。

1. 初级教学行动方案

初级教学任务行动方案流程为：良构问题特征—容易算法—问题解决方案—流程图—解决问题。初级教学任务共开设8个课时，运用Scratch图形化编程软件完成基本操作。教学内容包括变量控制角色、掷骰子比大小、算计运算和逻辑预算、等差数列求和、猴子吃桃等。教学目标是让学生熟悉Scratch图形化编程软件，引导学生运用已经掌握的算法解决问题。在教学过程中，教师要运用计算思维能力培养策略，以达到预期的教学效果。

2. 中级教学行动方案

中级教学任务行动方案流程为：劣构问题特征—较难算法—问题解决方案—流程图—解决问题。中级教学任务共开设12个课时，主要围绕“问题抽象”组织教学活动，教学内容包括国王发金币、百钱买百鸡、微生物增殖、龟兔赛跑、守望者的逃离等。教学目标是让学生巩固Scratch图形化编程软件的操作，能够针对劣构问题提取信息，在筛选和过滤信息的过程中提升学生的问题抽象能力，以及熟练运用算法、流程图解决问题的能力。

3. 高级教学行动方案

高级教学任务行动方案流程为：问题特征—很难算法—问题解决方案—脚本设计—流程图—解决问题。高级教学任务共开设12个课时，主要为围绕“问题分解”组织教学活动，教学内容包括狐狸找兔子、抢十八、常胜将军、汉诺塔等。教学目标是让学生掌握运用计算机思维解决问题的方法。

三、基于Scratch的初中生计算思维能力培养实践

下面以“猴子吃桃”初级教学行动方案为例，对基于Scratch的学生计算思维能力培养行动方案的教学实践进行分析，运用培养策略，合理安排教学活动。

1. 教学过程

（1）情境创设。

教师呈现猴子吃桃的情境，提出问题：第1天猴子到底摘走多少个桃子？通过问题情境引发学生主动思考，明确需要解决的关键问题。

（2）问题分析。

引导学生以小组为单位分析问题，将问题形式化表述出来，培养学生的转化、形式化表述的计算思维能力。

（3）方案探讨。

学习小组讨论问题解决方案，集思广益形成综合性方案，培养学生转化、概括和系统设计能力。

（4）编程制作。

教师引导学生从递推、递归两种算法出发解决问题，出示制作流程图，让学生参考流程图运用Scratch图形化编程软件解决问题，帮助学生扎实掌握计算思维方法。

（5）测试评估。

教师展示学生作品，鼓励学生完成自评、互评，再由教师评价作品，提出修改意见，培养学生自我反思、自我完善的能力。

（6）归纳总结。

教师归纳总结本节课的授课内容，启发学生创新算法，培养学生的归纳分析能力和创新思维能力。

2. 教学反思

学生能够在解决问题的过程中运用计算思维能力，如运用Scratch图形化编程软件设置角色和舞台，并在设置中融入自己的想法，有助于拓展学生运用算法解决问题的思维广度。但是，學生对问题解决的自我完成度不高，仍然需要教师在今后的教学活动中教授更多的算法设计，锻炼学生应用算法、流程图、图形化编辑解决问题的计算思维能力。

四、结束语

学校要基于Scratch图形化编程软件推进信息技术课程体系的改革发展，全面开展适合初中生计算思维能力发展的校本课程，从初级、中级和高级三个层次出发设计教学内容，运用计算思维能力培养策略优化组织课堂教学活动，从而提高学生运用计算思维解决复杂问题的能力，促进学生核心素养的发展。

基金项目：2021年度甘肃省平凉市教育科学规划课题——基于Scratch图形化编程的初中学生计算思维能力培养的研究（[2021]PLG055）。

参考文献：

[1]刘彭. Scratch教学中学生计算思维能力的培养策略[J]. 课程教育研究（学法教法研究），2017（22）.

[2]张晓晴，李鹏，文昌，等. 基于Scratch校本课程对初中生计算思维培养的研究[J]. 中国教育信息化，2019（10）.

[3]刘军，张继蓉，王毅，等. 运用Scratch培养中学生计算思维策略研究[J]. 中国教育技术装备，2019（17）.