基于学生计算思维培养的小学Scratch课堂活动设计

潘舒婷

【摘 要】在小学信息技术课程实施过程中培养学生的计算思维，是一线教师关注的热点内容。本文简述了计算思维的概念，根据计算思维包含的算法、评估、分解、抽象、概括思维这五大要素，分别设计了基于计算思维某一方面培养的单个课堂活动以及通过整体课堂设计多个课堂活动，落实对学生计算思维的培养，希望给一线教学工作者带来一些共鸣。

[关键词】计算思维Scratch教学 活动设计

一、         计算思维的概念

计算思维（Computational Thinking）这一概念，最早 是在2006年3月，美国卡内基·梅隆大学的华裔科学 家周以真教授在计算机权威期刊Communications of the 上首次提出的。她将计算思维看作除读、写、算之 外每个人都必须具备的另一种基本技能。她对计算思维 的界定是：运用计算机科学的基本概念去求解问题、设 计系统和理解人类的行为。通过约简、嵌入、转化和仿真 等方法，把一个看起来困难的问题重新阐释成一个我们 知道怎样解决的问题。

计算思维的提出，引起了学界的广泛共鸣。2013年， 南安普敦大学的两位博士提出计算思维包括算法、评估、 分解、抽象、概括这五个方面的要素。计算思维实质是人 的思维，是一种描述当我们思考如何利用计算机来解决 问题时所釆用的过程和方法，是人类求解问题的一种途 径，是一种人们都具备的思维方式。

二、         Scratch是培养学生计算思维的重要载体

计算思维已成为小学信息技术学科的核心素养之 一，在2018年3月颁布的《江苏省义务教育信息技术课 程纲要》中，已将计算思维的培养列入课程总目标。

Scratch是一款面向儿童的编程软件，其积木式指令 直观易懂，趣味性强，在学习的过程中，学生们能够有机 会去思考、去表达、去推理、去创新，让他们在设计与思维 间不断寻求平衡与挑战。Scratch作为小学信息技术教 学内容之一，成为对学生进行计算思维训练的有效载体， 能有效地训练学生的创新意识，培养其解决问题的能力。

三、         Scratch教学中培养学生计算思维的策略

本文借助南安普敦大学两位博士关于计算思维的五 要素——算法、评估、分解、抽象、概括，围绕这五个方面 的思想培养作活动设计。

在Scratch教学中，教师可以根据课堂教学内容，设 计课堂某个教学活动，关注计算思维的某一方面进行培 养;也可以设计多个教学活动，关注计算思维的多个方 面进行培养。

（-）基于单个计算思维培养的课堂活动设计

1.      算法思维培养的课堂活动

算法思维是一种通过明确定义的步骤来解决问题的 方法。算法的本质是一系列清晰明确的指令，只要有规 范的输入，计算机就会执行相应的指令，在有限的时间输 出结果。

如在学习X、F坐标概念时，可以借助“青蛙过河”（见 图]）这样一个实例，即要让青蛙从起始位置跳到第一片荷叶上，再到第2片、第3片，直至对岸，要完成这样的任 务，如果用前面学习的移动步数来实现显然不科学。这 时就需要知道荷叶的位置，这个位置是用X、X来表示的， 只要正确确定荷叶位置的值，然后按照第一、二、三片荷 叶的顺序，搭建脚本，青蛙就能顺利到达河对岸O

2.      分解思维培养的课堂活动

分解是对整体任务进行合理的功能模块划分，将总 任务分解成可以单独进行理解、开发的子任务，减少一次 要处理的任务负荷，使复杂的问题得以比较容易地解决。

比如，在理解“造型”这个概念时，我们借助“火柴 人跳舞”（见图2）这一实例，上课时，教师可以先请会跳舞的学生上台表演，然后通过慢动作对舞蹈动作进行分 解，让学生体会连贯的舞蹈其实是由一个个分动作构成 的，学生会很快明白“火柴人”之所以能跳舞，是因为“火 柴人”这一角色有三个不同的动作，即三个造型。设计 三个造型，然后通过控制命令到下一个造型，“火柴人” 就有了连续的动作，达到了跳舞的效果。

3.      抽象思维培养的课堂活动

抽象是采用计算机可以处理的方式界定问题，是一 种使问题更容易思考的方式，它是指摒弃复杂的细节问 题，抽取并关注对象的本质特质，使得问题在没有任何损 失的情况下变得更容易。

比如，在学习“闯迷宫”游戏时（见图3 ），小球如何 从起始位置成功到达终点呢？这里将小球抽象成角色 1，将由上向下落的动态小黑棒抽象成角色2，将迷宫抽 象成舞台背景，将小球移动，抽象成程序中用方向键控制 运动，将小球碰到黑色回到起始点抽象成程序中重复侦 测循环结构。

4.      概括思维培养的课堂活动

概括是基于先前已经解决的问题，将其概括作为通 用解决方案，以便于推广到更广泛的问题情境中。当遇 到新问题时，可以根据先前的解决方案进行组合或者改 造，快速解决新的问题。

比如，学生在学完“攔球”这一课后，知道了拦球的 关键脚本在侦测语句，知道了解决问题的方案，然后就可 以脑洞大开，利用这些关键语句的作用，设计出丰富的作 业（见图4）。

5.   评估思维培养的课堂活动

评估确保一个算法的解决方案是最佳方法，各种算 法的性能都需要进行评估，比如，答案是否正确？速度是 否合适？是否方便人们使用？因为_个理想的解决方案 不可能完美地满足所有这些条件，所以需要综合考虑多 个指标对算法进行评估。

比如，在设计抢红包游戏时，如果红包下落的速度和 福袋移动的速度设置得不合理，则游戏就缺少应有的挑 战性或趣味性。在评估之前，各个算法的逻辑没有问题， 抢到多少金额，计数器就会增加多少，但在功能评估时， 红包速度设置得不恰当，导致要么速度太快，抢不到，要 么速度太慢，没有挑战性，用一般的移动方法甚至出现红 包经过福袋时的计数出现了问题。经过多次试用，意识 到红包下落的状态用Y轴的变化比较合适，且采用随机 函数，每次增加在-3到-10之间的范围，福袋移动的速 度在10个单位，体验者在使用时舒适感比较好（见图5 ）o

（二）基于多个计算思维培养的课堂整体教学活动 设计

在Scratch教学过程中，教师除了有针对性地设计有 关计算思维某方面思维培养的活动外，也可以针对具体 教学内容，在整体设计一节课的课堂教学活动时，充分发

表1计算思维培养的相关教学活动 掘计算思维的各方面内容，利用多种思维方式来设计课 堂教学活动。

比如，在学生学完教材内容的主要内容后，设计一节 综合应用课“我是游戏设计师”，本课涉及多个计算思维 培养的相关教学活动（见表1 ）

从上述完整课堂教学案例中可以发现，基于计算思 维的具体内容来设计课堂教学活动，能更好地让学生理 解与掌握Scratch相关模块命令。比如，通过算法思维 把问题分解成具体的有序、详细的步骤，培养学生利用 Scratch进行分析问题与解决问题;通过归纳（概括）思 维，把利用Scratch解决问题的方法迁移应用到更加广泛 的问题解决中，把对某种脚本的概念与原理的理解方法 迁移到其他类似概念与原理的理解中。另外，教师还要 充分发掘Scratch教学内容所蕴含的计算思维的相关内 容，在学生理解与掌握Scratch相关知识与技能的同时， 培养学生的计算思维。

Scratch教学软件作为有趣的教学内容深受学生的 喜欢，教师在教学过程中应根据学生的学习兴趣，通过 Scratch教学实践与理论有机结合，采取有针对性的训 练，加强学生的计算思维能力培养，让学生在Scratch学 习过程中慢慢养成思维的好习惯，从而使学生的程序优 化能力、创新能力都有所提高。

【参考文献】

[1]    袁开榜.二十一世纪，人们应该具有计算思维能 力E.计算机教育，2011（3）.

[2]    黄伟.在Scratch教学中培养小学生信息素养的 尝试与思考[J].新課程·中旬，2016⑷.

[3]    郭守超，周睿，邓常梅.基于App Inventor和 计算思维的信息技术课堂教学研究[J].中国电化教育， 2014 ⑶.