基于计算思维的Scratch课例分析

查德清

随着核心素养的提出，计算思维作为核心素养之一，越来越受到广大信息技术教学工作者的重视。在信息技术课例开发和设计时，充分利用Scratch编程这个载体，有效开展信息技术主题活动，帮助学生建构真实的问题情境，形成抽象思维，并与数学学科整合，加深对算法的理解，通过计算模拟、可视化思维，实现学生计算思维能力的提升。下面以江苏凤凰科学技术出版社（2015版）五年级教材Scratch模块的主题活动一课为例，紧扣计算思维的内涵，分析如何在Scratch教学中培养学生的计算思维。

一、认识计算思维

2006年周以真教授首创了“计算思维”的概念。随着计算思维概念的提出，国内计算机科学领域对计算思维开始关注，有多位院士参与其中（李国杰、陈国良等），同时基础教育界也在反思信息技术教育的核心价值，对计算思维持开放态度。高中新课程标准修订版中，以核心素养为总纲，将计算思维列为核心内容之一。在此背景下，小学信息技术也随之把计算思维作为学生的信息素养之一，开始在课堂教学中渗透落实。

那到底什么是计算思维，周以真教授在2011年把计算思维定义为形式化表达问题和解决方案，使之成为能够被信息处理代理有效执行的思维过程。在信息技术学科中，计算思维就可以理解为学生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。简言之，计算思维其本质就是解决问题的一种过程。

二、课例设计

在《中小学综合实践活动课程纲要》中明确指出，信息技术的学习，旨在全面提升学生信息素养，帮助学生掌握信息技术基本知识与技能，增强信息意识，发展计算思维、提高数字化学习与创新能力，树立正确的信息社会价值观和责任感。

Scratch程序设计，是一款由麻省理工学院（MIT） 设计开发的面向少年的简易编程工具。Scratch构成程序的命令和参数通过积木形状的模块来实现，可视化的程序设计有助于锻炼学生的逻辑思维能力，有利于培养学生的创意思维。Scratch程序设计是培养学生计算思维的重要载体。

（一）教材分析

《设计Scratch游戏——抢数大战》是江苏凤凰科学技术出版社《小学信息技术·5年级》教材Scratch模块的主题活动课。本课是在学生初步学完了本单元編程新知的基础上，进一步的深入学习。本课紧贴学生的生活实际，趣味性较高，所涉及的数理算法学生比较熟悉。重在要求学生在理解“抢数大战”游戏蕴含的算法基础之上，完成“抢数大战”的程序控件的堆叠与优化。

从计算思维角度看，学生要通过分析游戏蕴含的数理知识，在逆推算法的帮助下，实现界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织代码，将问题模型转化为计算机能够识别的计算模型，最后通过计算机程序自动化执行来解决问题。从程序设计上看，学生需要学习次数循环语句对程序进行迭代和优化；同时，本课要求学生从“抢数大战”游戏出发，总结出编写程序的基本方法。

（二）课例分析

本课例，根据本课的教学内容和教学重难点，结合学生的认知规律，重在培养学生的计算思维。通过问题导向学习方式，在程序设计的过程中，促进学生计算思维的养成。通过游戏体验，增强学生分析程序代码的能力，并理解算法在计算机程序设计中的作用。

1.激趣导入

激趣导入是达成课堂教学目标的良好开端。在本课教学一开始，设计了一个人机对话的游戏。让学生挑战机器人，比一比谁先可以报到10。

抢数游戏让学生对本课的学习内容有了浓厚的兴趣，更是激发了学生强烈的求知欲，进而教师引领学生开始步入计算思维之路。

2.新知探究

①定义问题：

两人轮流报数，每人每次至少报1个数，最多报2个数，从1到10按顺序连续报数。谁先抢到10谁就获胜。思考如何可以取胜？

学生活动一：全班同学以同座位两人为一组，进行游戏。通过游戏发现并识别问题，学生进行界定问题。

②建立计算模型：

根据同桌抢数游戏，分析Scratch模拟抢数游戏所需要的角色和变量，将数学推理问题进一步转化成计算机能够执行和运算的问题。

学生活动二：学生阅读范例，理解各程序段的功能。通过读程序发现1、4、7、10四个关键数字，通过逆推，理解“抢10大战”游戏的算法，从而建构游戏程序中每轮间隔3的算法模型。接着利用已建构的算法模式，推导抢11、抢12程序的算法。

③算法设计：

将计算模型进一步用数学方法归纳出来，并用程序语言进行表述。

学生活动三：学生在“抢10大战”游戏基础上修改程序，完成“抢数大战”游戏。

计算思维：将问题的本质抽取出来，从“抢10”游戏程序的算法，构建抢其他数的算法模型，通过对算法的抽象，为后续自动化程序设计提供准备。通过Scratch相互验证程序功能，实现计算机程序自动化执行。

④算法实现：

在设计算法的过程中反思问题解决方案，不断改善和优化程序。

学生活动四：在抢10游戏程序基础上进行修改，完成抢其他数游戏的程序。

计算思维：算法是指解决问题的途径，它是一系列明确指令的组合。学生将抽象出来的问题，通过类比的方法将程序语言转化为计算机指令。

通过本活动，学生可以形成完整的Scratch趣味编程的思路及实现方法。学生的计算思维能力在整个编程过程中不断得以提升。

学生活动五：引导学生关注程序模块的相同性，用一个程序来解决类似的多个问题。利用循环语句来优化程序。