计算思维融入创客教育的实践与思考

徐新中

【摘 要】当前，Scratch教学已深入我国中小学课堂，其对提升学生信息技术学科核心素养的作用得到普遍认可，尤其是Scratch教学与学生计算思维、创新能力的促进融通更是得到广泛关注。本文结合基于计算思维的创客教育理念，依托教学实例，运用Scratch教学“六步法”即“制订问题、角色分析、画流程图、搭建脚本、调试程序、分享与再创作”进行了详细的诠释解读。

【关键词】计算思维;创客教育;Scratch教学

【中图分类号】G434  【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2021）06-047-03

Scratch的内容设置属于“算法与程序设计”模块，是让计算思维落地生根的一个很好的平台。计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动，是一个问题解决的过程。该过程包括制订问题、分析数据、抽象、设计算法、选择方案和推广等6个步骤。我们把它对应落实在Scratch教学的各个环节，即制订问题、角色分析、画流程图、搭建脚本、调试程序、分享与再创作。本文以江苏版小学信息技术五年级教材Scratch单元“赛车游戏”一课为例，尝试探析基于计算思维的小学创客教育实践运作策略。

创设问题情境，交流创见

新课程改革推进到今天，在课堂教学中创设恰当的情境，激发学生求知的兴趣和主动性，让学生在富有生活气息、贴近已有认知的氛围中探求新知，已成为提高各学科教学效率的重要环节，信息技术学科当然也不例外。信息技术学科有自己的特性和优势，可采用一些更加个性化的方式方法。笔者认为一般可以根据教学内容创设游戏、故事、任务等情境来拓宽学生视野，体验学习乐趣。在“赛车游戏”教学中，我们采取了“两步曲”的形式，层层激趣、交流所见、启迪智慧。

一是视频感知。上课伊始，播放一段反映当前无人驾驶技术应用的视频，视频中的汽车“聪明”地转动方向盘、灵活地穿行在大街小巷，让学生不由得发出啧啧惊叹之声。教师不失时机提出问题“你了解这种汽车吗”，学生们纷纷举手，交流自己的所见、所闻、所思。虽然学生们认知程度不同，但激活课堂气氛的目的已然达到。

二是游戏迁移。在学生的兴趣都聚焦到无人驾驶技术上后，教师又抛出了“其实很多同学早已玩过‘无人驾驶——遥控玩具，但这与我们刚才视频里见到的汽车有着本质的区别，你知道是什么区别吗？”这一富有挑战性的问题。遥控汽车、遥控飞机等都是孩子们喜欢且熟悉的玩具，它们表面上的“无人”究竟和实质上的“无人”有什么差异，教师投下的“一石”激起“千层浪”，学生联系自己的生活经验展开了热烈的讨论、交流，形成了基本共识：遥控玩具实质是人在观测、操控，是“有人驾驶”。

科学分析角色，确立创意

在学生对“遥控”与“无人”有了实质性认识后，教师及时把学生的注意力吸引到本课的教学重点上，帮助学生理解“无人驾驶”的技术原理，科学分析实现自动驾驶的关键角色设置。

现实中的无人驾驶汽车集视觉计算、自动控制、人工智能等众多技术于一体，是建立在智能控制技术、计算机科学高度发展的基础之上。一般理解就是采用各类车载传感器探测车辆周边环境，并依据探测所获得的车辆位置、道路和周围各类障碍物信息数据，自动调控车辆的方向、速度等，从而确保车辆能够正常、安全地行驶在道路上。在Scratch教学中，我们采用“化难为易”的策略引导学生深入研究尝试，对赛道、赛车、传感器等角色进行科学分析与定位，开展创造性思考、设计。经过讨论交流，大家归纳出可以通过给赛车绘制两个色块来模拟传感器，由于赛道为黑色，草坪为绿色，赛车左右两个传感器可以分别设为黄色、蓝色，赛道终点线设为红色，不同的颜色便于区别判断。在人工智能领域，真正的探测配件可以采用“紅外传感器”当作一部赛车的循迹探头。循迹探头有发射端和接收端，发射光线如果遇到白色区域时，光线被反射回来，判断后输出高电平;如果遇到黑色区域，则不会被反射，判断后输出低电平。接下来通过控制赛车的左右电机即可实现循迹了，道路一般用黑色胶布来铺设，又称黑线循迹。

探究规范流程，鼓励创新

从事编程设计的人士普遍认为使用图形表示算法是一种极好的方法，有着“千言万语不如一张图”的说法。在小学Scratch单元学习中，学生大都是初次接触流程图知识，课堂上应该从学生已有经验出发，紧密联系现实生活，引导学生认识到要圆满完成Scratch主题任务必须先有科学的规划，领会流程图在规划中的重要作用，帮助学生设计出既能顺利稳妥地完成相关活动任务，又可灵活创新地安排科学合理的流程，实现“条条大路通罗马”的效果。

在教学中，我们一般主张采用“个体思考—小组讨论—汇报设想—形成思路”的形式来组织学生探究出具有可行性、创新性的流程图。首先组织学生从刚才赛道模拟的直观感受中得到启发，确定好流程图的起始设置，围绕全程运行中的实际情况考虑应对各种路况的方法，再用小组代表汇报的方式班内交流各组的设想，尤其注意收集和分析不同的意见想法，最后提炼形成具有典型性的若干种规范流程图，可以用板书的形式供全体学生参考借鉴。

另一种方式是“化碎为整”，在Scratch学习过程中，最常见的问题是程序过于琐碎，学生学习的过程中容易遗漏知识点，且由于流程图知识有相当突出的专业性，小学生的知识储备尚未完全到位。教师可在教学前设计相应的知识结构，如将赛车游戏的相关控件以流程图的形式预先展示给学生，再一步一步实现最终的目标，让学生预先知晓自己所做的是什么动作，并在此过程中逐步领会各个流程之间的关系，形成对问题解答的知识结构体系。

两种教学流程图的方式针对的是不同基础的学生，前一种偏重对学生自主合作、探究创新能力的培养，后一种以教师的“导”为主，需要教师因人、因时合理选择，教无定法，贵在得法。

构建基本脚本，实践创作

在学生对流程图有了清晰认识后，就进入了搭建脚本这一实践操作环节，由学生在各功能模块中选取相应的控件进行脚本的构建，我们结合本课教学要求设计了“争做合格赛车手”活动。

本活动主要安排学生自主完成赛车游戏程序的编写，教师可提醒有困难的学生查阅教科书相关章节或浏览课前准备的有关操作要点的参考视频资源等。学生在操作中及时发现、反馈问题，并与教师和同伴交流。我们主张信息技术课不必上成“静悄悄的”，而应该是“热腾腾的”，只要学生的思维没有偏离学习目标，课堂上的交流讨论、走动观摩等都是学生个性的张扬与表露，对Scratch编程而言更是智慧火花的碰撞，在这种宽松有序的氛围中，学生一定能创作出非常科学有效的脚本。当然，教师的指导、点拨也必须到位，如何把流程图上的美好设想转化为脚本区五颜六色、功能各异的控件组合，相当于由“纸上谈兵”转入“沙场实战”，发现普遍性的问题进行集中评议讲析，发现个例问题则单独辅导，让学生感受到教师是可亲可靠的课堂参与者、合作者。

运行调试程序，开拓创举

在Scratch編程教学中，对程序的运行调试其实是自搭建脚本起就时刻都在进行的，这里阐述的主要是整体脚本已构建好之后的综合调试、修改，根据赛车游戏的特点，我们也安排了以下两个步骤。

一是测试程序可行性。前文我们倡导在画流程图时可以“创新”，在搭建脚本时可以“创作”，期望学生作品能有“殊途同归”的精彩，而在调试中能否让小车顺利、高标准地走完赛程就是检验是否“创”成的试金石。在课堂上，我们看到的赛车可谓姿态万千，有些稳稳当当驶完全程，有些走出几步就冲入草坪，最为常见的是一些赛车在转弯时失控转圈。依托看似相近的脚本设计为什么赛车的行驶会有那么大的区别，这是非常值得师生思考、辨析的问题，此时教师可组织学生开展对比研究、讨论交流，帮助学生探索发现赛车的速度快慢、转向角度大小等因素都能影响行驶的状态，从而体悟到编程需要的严密逻辑与精准设置。

二是争当优秀赛车手。在通过修改速度、转向角度等相关数值，确定赛车都能正常行驶后，我们把要求进一步提高，让赛车真正具有竞技的气息。此时，Scratch“侦测”模块中的“计时器”控件就可大显身手。通过引入此控件，赛车行驶时间即时呈现，本已“热腾腾”的信息技术课堂犹如加入了柴薪，比学赶超、奋勇争先的激情洋溢课堂，“为什么他的速度比我慢，却比我少用1秒”“速度、角度是独立设置，还是可相互配合”……一个个极具思考性、挑战性的问题在课堂上掀起了新一轮讨论热潮。

分享推广作品，完善创优

学习成果的分享推广也是新课程改革所提倡的，对于信息技术学科而言，更有其先进、便捷的信息化平台与形式。Scratch软件提供了“录制成视频”“分享到网站”等功能，同时学生还可运用Scratch社区工作室、微信、QQ等进一步宣传推广自己的作品。我们认为，合理地分享推广作品至少可以起到以下两个作用：一是让学生富有成就感。自己的作品达到网络小游戏的水平，得到别人的认可，其内心肯定是喜悦且满足的，也对下阶段持续学习Scratch、学习编程知识提供了心理保障，激励学生持续创优。二是提升作品质量。通过分享，大家会用各种形式评议、反馈已有作品，集众人智慧促进作者进一步修改完善，持续提高，使作品的质量达到更高的层次。

计算思维不能是空中楼阁，而必须蕴含在程序设计等实际教学之中，程序设计关注的重点是逻辑与创造，因此教师必须科学引导学生领悟程序设计的内涵，进行具有拓展性、创造性的思考辨析，逐步形成解决问题的逻辑思维和创新理念。以上仅是以“赛车游戏”为例按照Scratch教学的常用步骤予以肤浅的解读。在实际教学中，环节间的整合重组、轻重取舍都应根据实际情况进行调整。

作者单位：江苏宜兴市实验小学