基于计算思维的Scratch项目式教学策略研究

陶双双 王戈

【摘 要】“计算思维”与读写算一样，是学生需要掌握的必备技能之一。为了能培养这种思维能力，本研究选用Scratch作为编程工具，运用项目式教学策略，让学生体验“需求分析—总体设计—编程实现—分享拓展”的项目开发全过程。通过反复经历“分解、抽象、概括、算法、评估”，最终提升其计算思维能力。

【关键词】计算思维;Scratch;项目式教学

【中图分类号】G434  【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2019）02、03-077-04

从2006年3月美籍华人周以真教授提出“计算思维”概念以来，学者们便开始对其内涵及落实的策略进行研究。周以真教授对计算思维进行了概念性和操作性两个维度的专业界定，由于本研究着眼于基础教育教学，因此，主要从计算思维的操作性维度来理解其内涵。

笔者通過文献追踪了国内外K-12教育中相关成果，从操作维度看，计算思维的组成元素包含如下5个方面[1]：算法（Algorithmic thinking）、评估（Evaluation）、分解（Decomposition）、抽象（Abstraction）、概括（Generalization）。

谷歌中国教育合作项目推出了《面向教育者的计算思维课程》[2]，把计算思维划分为如下4个组成要素：分解（解构）、模式识别、抽象（模式归纳）、算法开发。

为理解和研究的方便，笔者按照项目开发流程把计算思维的组成要素重新排列为：抽象（理解任务）、分解（分解任务）、概括（运用已有知识）、算法（设计步骤）、评估（检验算法）。当然，在实际问题解决过程中，这五个要素并不是遵循严格的线性关系，可能很多时候是互相叠加的。

Scratch项目式教学策略设计

Scratch教学中的项目可以是游戏、动画或者应用软件。按照软件项目开发过程，本研究中将项目教学分为四个环节，分别是需求分析、总体设计、编程实现和分享拓展。我们以“迷宫寻宝游戏”为例来说明。

1.需求分析

需求分析是项目开发的首要环节，其目的是能明确用户需求，真正理解项目的功能。

（1）理解需求。在实际软件开发过程中，项目多是来源于客户需求，作为开发者，需要多与客户交流，了解客户对于项目的要求有哪些，争取尽可能多地理解用户需求。对于学习者来说，除了有来自老师的要求外，也有很多自我创意的部分，无论项目来源于哪里，都需要能明确项目到底要做什么，包括哪些具体功能。

（2）描述需求。在理解了项目需求后，可以用“六要素”法将需求描述出来，有利于提升学生的抽象能力。“六要素”是指：时间、地点、人物、起因、经过、结果。比如：游戏何时开始、何时结束、有无限定时间、游戏发生的地点、人物有哪些、起因、经过和结果是什么，等等。如表1所示。

（3）分析需求。根据功能描述，将所有的名词和动词找出来，将他们互相匹配，即为动词找到主语（名词），最终在匹配成功的名词里确定哪些适合作为角色，如表2所示。接着，再找到和数据有关的词语去确定变量，找到“如果……那么”和重复，确定程序的逻辑和流程。

经过这种逐层抽象后，接下来，可以再用思维导图把分析结果表示出来，对项目由上到下、由粗到细做了大致分解，形成了几个功能模块，该环节有利于提升学生的分解能力。篇幅所限，这里仅展示“小猫”的行为设计，如图1所示。

2.总体设计

该阶段包括两个环节，一是划分功能模块，二是总体流程设计。

（1）划分功能模块。画好角色行为设计图后，项目包含的模块基本清晰可见。该项目包括“背景设计、小猫移动、宝贝出现（将计分合并）、障碍物旋转”四个模块。划分出功能模块后，就会对项目有总体上的把握。

（2）总体流程设计。该环节主要是从用户的角度，根据程序运行过程，设计出模块之间的逻辑关系，形成总体流程设计图，如图2所示。该环节的设计有助于提升学生的系统设计能力。

图2 总体流程设计

3.编程实现

完成项目设计后，就开始对每个模块进行编程实现，而编程之前先要进行算法设计，即先要明确解决某个功能或问题的步骤，然后据此编写程序。

（1）算法设计。这一环节属于编程的核心，也是难点，设计工具是绘制流程图，用以表达程序中的顺序、选择以及循环等逻辑结构。图3所示是“迷宫寻宝游戏”中小猫移动过程中的各种情况处理对应的算法流程图。

（2）编写程序。编程时，首先需要考虑选用何种编程语言，这里选用的是Scratch。在学习Scratch的基本语法和指令后，就可以依据该算法编写出相应的程序。通过运行程序，观察结果，检测和评估算法的准确性，反复修改，如图4所示。

图3 算法设计

图4 编程实现

（3）调试程序。准确地说，调试是伴随编程的全过程，“出错”是编程的常态。甚至说程序出错是好事，因为出错了，我们才能发现自己到底哪里理解得不够，是语法错误，还是整个逻辑上的错误。所以，调试程序的过程其实是在检验自己的思维过程，帮助我们提升问题分析和解决的能力。

同时，在该过程中，学生会经历从起初的兴奋到遇到问题后的沮丧，从急躁到耐心，从自负到欣赏他人，从单纯的竞争到共同协作，能体会到编程过程中的互帮互助，这些都在潜移默化地培养学生良好的学习习惯。

4.分享拓展

为了让学生敢于正视不足并学会欣赏他人，设置“分享”环节，开展互玩程序活动。在体验别人程序的同时，学习他人的创意与思路，提出改进建议，同时展示说明自己程序的亮点及不足，提升总结与概括能力。

教学实践中发现，学生体验多次的展示分享后，更加地开放，会主动与同伴交流，会吸取更多的创意和更优化的思路及算法。比如：在实现迷宫寻宝游戏后，很多学生会考虑为游戏增加暂停、倒计时、设置不同难度级别等功能。

项目教学实施建议

1.花时间引导学生分析和设计

实际教学中，课时少，项目本身容量大，前期的分析和设计也要花大量的时间。教师们为了赶教学进度，经常把教学重点放在了“编程实现”环节，“分析和设计”环节很多时候浮于表面，甚至是教师代替学生去分解项目模块。这样的话，学生其实并没有体验到面对陌生问题时的无从下手，也体验不到从模糊到清晰的思维分析过程，計算思维培养其实并没有真正落地。因此，教学中需要为“需求分析”和“总体设计”两个环节花费时间，这两个环节做好了，学生后期编程时会有更多的积极性和目标性。

2.小步调地设计与编程

“需求分析—总体设计—编程实现—分享拓展”是一个纵向环环相扣的过程，但具体在教学实施过程中，并不建议严格地按照这样的环节来实施教学。因为做需求分析和设计不是一两节课能完成的，如果集中把这些工作做完再去编程，很容易让学生失去学习兴趣。所以建议采用“小步调设计与编程”策略，即设计一点儿实现一点儿展示一点，这样学生会始终带着目标和兴趣去学习。

3.开展小组合作学习

为有效开展小组合作学习，需要有共同的任务让大家参与，否则很多合作流于形式。在对项目做分析和设计时，可以让学生两人一组或多人一起描述和讨论游戏功能，一起在纸上绘制角色行为设计图。笔者运用了在线实时协作作图网站，在网站上建立小组，组长邀请成员，一起在线分工绘制思维导图，并实时显示结果，这种方法可以让每个学生真正体会到合作的力量。

4.线上线下混合式学习

在项目学习过程中，每位同学的任务完成进度不一样，遇到的问题也是五花八门，这时需要教师作为指导者，在学生出现问题时能及时参与并引导。为此，在教学中尝试搭建了Moodle自主学习平台，开发了项目课程，包括有关知识点和模块实现的微视频和课件，方便学生自主选用学习资源，这种线上线下混合式学习模式为项目教学的实施提供了资源支持。

参考文献

Computing at SchoolWorking Group. Developing computational thinking in the classroom：a framework[DB/OL].（2014）.https：//eprints.soton.ac.uk/369594/1/DevelopingComputationalThinkingInTheClassroomaFramework.pdf. [2018-12-01].

毛澄洁等.Google中国教育合作项目——Google计算思维课程（中文版）[DB/OL].http：//gur.zucc.edu.cn/curriculum/resource/5a0ba2c899dc9f2478aa35a8.（2016）.[2018-12-01].