立足三大环节，培育计算思维

黄丽娟

摘 要：培育学生的计算思维，需要不断向理论求索、向实践深潜、向课堂扎根。在新课标指引之下，要致力于把程序结果的教学转变为程序过程的教学，以过程的夯实带动结果的评估应用。苏科版小学信息技术五年级Scratch模块《克隆飞机大战》一课，立足问题界定、抽象建模、调试完善三大环节，以问题解决为载体，带领学生在提高解决问题能力的同时，培育计算思维。

关键词：小学信息科技；计算思维；Scratch；《克隆飞机大战》

计算思维作为信息科技课程核心素养之一，是指“个体运用计算机科学领域的思想方法，在問题解决过程中涉及的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动”^［1］。培育学生的计算思维，需要不断向理论求索、向实践深潜、向课堂扎根。笔者认为，在新课标指引下，要致力于把程序结果的教学转变为程序过程的教学，以过程的夯实带动结果的评估应用，培育学生的计算思维。在编程教学中，教师可以立足问题界定、抽象建模、调试完善三大环节，以问题解决为载体，带领学生在提高解决问题能力的同时，培育计算思维。本文以苏科版小学信息技术五年级Scratch模块《克隆飞机大战》一课为例，来具体说明。

一、问题界定：用自然语言描述真实情境下的项目需求

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》倡导真实性学习，以真实问题或项目驱动，引导学生经历思维过程，建构知识，提升问题解决能力。^［2］一个好的项目问题，往往源于对现实情境中项目需求的深入挖掘。因此，在确立问题时需要交代清楚需设计什么样的问题，根植于这样的情境土壤，再明确项目的具体需求。

（一）融通生活，创设真实情境

一般来说，教材情境是教学内容的重要依托。一方面，我们可以基于教材，深入理解教材的“本意”和“原汁原味”，用教材教；另一方面，我们还可以融通生活，创设真实情境，使教学内容更具真实感、意义感。

《克隆飞机大战》一课，教材中的情境是下落的飞机与火炮之间的大战（见图1），情境设置比较简单。在实际授课时，教师以新冠肺炎疫情为切入点，将教材上的飞机角色替换成驾驶飞机的病毒，将火炮角色替换成疫苗，从原来的“飞机火炮大战”变为“疫苗病毒大战”。教师出示图2，激趣设疑：“新冠肺炎疫情停课期间，杨同学创新开发了这款抗疫小游戏，你们想不想用Scratch软件把它制作出来呢？”

通过真实情境的创设，展示疫苗与病毒之间的顽强斗争，表达“抗疫有我，众志成城”的坚决，赋予课题以现实意义。

（二）逐级分解，描述项目需求

在提出问题情境之后，教师带领学生将其逐层分解为一个个小问题，直至分解到最小的问题单元。学生采用自然语言或流程图的方式描述需求，再依据解题逻辑，自下而上逐层递归来解决问题。

本课中，教师带领学生从“疫苗病毒大战”的问题情境出发，按照角色分解任务和需求。学生用自然语言分别描述出各角色的行为状态、角色与角色之间的互动关系等，得到下页表1。

学生用自然语言描述的过程，也是思维逐步清晰的过程，为接下来程序语言的转化打好了基础。

二、抽象建模：用程序语言建构问题解决中的算法过程

Scratch教学中的抽象是引导学生将真实复杂问题与场景抽象、简化，提取出相应的角色与舞台，并进行归纳、整理，分析它们各自的表现行为，用自然语言进行描述。这在上述环节中其实已有提及。接下来，就要通过控件转化，将学生的自然语言描述变为程序语言——这就是建模。抽象建模思想是计算思维的重要本质内涵。

（一）理解“控件”，奠定抽象之基

要让程序教学成为“有米之炊”的活动，则必须要以适当的知识积累为基础，这样学生才有进一步探究的依据和资源。“控件”作为一项知识，是程序脚本组成的最小单位，是学生解决问题、发展计算思维的基础材料，类似于写作中的字和词。

其实，不仅仅局限于本课，在Scratch教学初期，我们都采用“读一读”“译一译”“归归类”“搭一搭”等活动，让学生熟悉10个模块中的具体控件，并形成整体的初步印象，使之成为学生日后进行抽象建模随时调用的材料。当这些零碎的材料通过有机组合，嵌入有意义的情境中，用来解决实际问题时，它的价值就实现了。

（二）转化语言，明晰提取之源

抽象和建模是程序设计的核心步骤，关键在于将问题分解时的自然语言描述转化为程序语言。实际教学过程中，巧妙运用“关键词—关键控件”的方法，找到自然语言中的“关键词”，随后调用先前积累的“控件库”，提取相应的“关键控件”，从而获取搭建程序的基础材料。

本课中，学生找到了“很多个病毒”“碰到地面”“消失”“变成炸毁造型”等关键词，通过与“控件库”的链接，提取“克隆”“当克隆体启动时”“碰到边缘”“删除本克隆体”“切换到造型”等关键控件，完成了从自然语言到程序语言的转化。当然，能否顺利提取“关键控件”，还取决于学生对控件的熟悉程度以及与自然语言的勾连程度。

（三）搭建脚本，串联建模之线

教学至此，由自然语言转化后的“关键控件”，依然是零散的、孤立的，是各个互为意义的控件的简单堆叠。因此，需要有一根明确的主线，串联起这些“关键控件”，使之能结构化地指向问题解决，赋予其整体性和意义性。

一段完善的程序需要“关键控件”与“辅助控件”的组合。“关键控件”由前期自然语言转化而来，“辅助控件”则由后期调试得来，是对前期自然语言不完善之处的补充、修正与完善。本课中，图3中的“等待”“重复执行”等控件就起到“辅助控件”的作用。让学生参与到程序设计的建构中去，掌握单个控件与整体程序脚本之间的普遍联系，可以有效促进学生计算思维的发展。

三、调试完善：用“三化”策略迭代提升算法解决的实现效率

具备计算思维的学生，能尝试模拟、仿真、验证解决问题的过程，反思、优化解决问题的方案。^［3］因此，一段程序初步编写完成之后，还需要回溯，再调试、再加工、再打磨与再优化，是从“细化”到“简化”“优化”，最后到“模块化”的逐阶递进，不断地追求程序设计的最优化和程序运行的轻量化。在此过程中，循序渐进地培育学生的计算思维。

（一）内容细化，环环相扣

内容细化既着眼于脚本搭建的细微之处，同时又观照前后整体，包括每个角色之间的运行方式、相互关联等，更强调系统思维。以本课中的“病毒”角色为例，不仅要考虑其“克隆”后“克隆体”往下落的过程，还需要考虑其初始化时的位置，不能出现在“边缘”等角色自身的细节性问题，碰到“疫苗”角色后要切换“炸毁”造型并消失的角色间关联性问题。整个过程环环相扣，哪怕最微小的差错也不能被忽略，因为最微小的差错也有可能出现结果的“谬以千里”。

（二）结构简化，清晰精练

结构简化主要是针对程序流程上烦琐、冗长、臃肿的问题而提出的。例如，在对“很多个病毒从空中往下掉”这段自然语言进行程序语言转换时，大多数学生借助原有经验，很容易想到用“复制”来解决，这是一种方法。但这种方法就意味着，有多少个病毒掉下，就要复制多少个病毒角色，且后续如果脚本需要微调，这些复制品也一并都要修改，这无形中增加了大量重复操作的时间。而利用“克隆”控件对程序进行简化，就巧妙地避开了这些问题。

（三）控件优化，轻量适切

控件优化更倾向于追求控件运用的适切性。尤其是在两类具有相似作用的控件使用上，要依据程序轻量化、适切性等原则，进行合理选用。例如，“隐藏”与“删除本克隆体”控件的选用，本课中，学生知道了用“隐藏”控件雖然能让飞机消失，但它一直还在程序后台运行着，占用着电脑的内存，当飞机越来越多的时候，很可能出现卡顿的现象；而“删除本克隆体”就能让程序实现轻量化。控件优化依赖于迁移，而迁移的实现有赖于迁移源和迁移目标所共同具备的因素，而思维，恰恰“是一种自觉地理解共同因素的过程”。学生在迁移、辨析等活动中实现了思维的活化与深化，有效发展了计算思维。

参考文献：

［1］［2］［3］ 中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022：5，3，5.