基于计算思维培养的Scratch编程教学

陈艳影

计算思维是信息技术学科的核心素养之一，培养学生的计算思维则是中小学信息技术课的重要目标之一。Scratch编程教学，能通过培养学生的计算思维，让学生发现问题、分析问题，寻找解决问题的方法，从而培养学生合作探究的意识，提高他们有效解决问题的能力。

一、计算思维的概念与内涵

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）将计算思维定义为“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”。具有计算思维的学生能够把一个看起来比较复杂的问题进行重新组织、分析，通过算法思想制订解决方案，然后实施方案，最后分析、验证方案。所以计算思维实际上结合了数学、工程学、计算机科学的思维方法。

二、基于计算思维的编程教学环节设计

“小猫走迷宫”这节课，学生需要学习设计一个迷宫的图案，通过程序让小猫在迷宫的通道中灵活地避开障碍物，在一定的时间内找到出口，以实现“小猫走迷宫”的游戏。根据计算思维的基础概念，笔者结合Scratch编程教学的特点，以“小猫走迷宫”一课为例，将教学环节分为“创设情境”“问题启发”“编写程序”“合作学习”“交流分享”五个环节。每个环节精心设计，既做到学生个体自主探究学习，又能进行小组合作学习;既有个人展示，又有集体交流，充分培养学生利用计算机解决问题的能力，以达到知识迁移和思维拓展的目标。

（一）创设情境，明晰问题

教师通过创设实际生活中的场景，让学生进行角色扮演，根据现实中的问题，启发学生主动思考，激发其学习的兴趣，使之勇于创新。虽然也可以在电脑上用程序模拟场景，但毕竟是虚拟的，学生对“走迷宫”难以有深刻的体会。为了把抽象的场景转化为具体的形象，教师在电脑室用课桌摆成了简单的迷宫形状，把班上的学生分成若干小组，让每组推荐一名学生来扮演小猫参加走迷宫比赛。这种小组合作竞赛的方式能充分调动学生参与游戏的积极性，增强学生的集的荣誉感。

1. 以任务驱动的方式，引导学生讨论，制订游戏的规则：（1）小猫只能在迷宫通道中行走;（2）如果小猫碰到迷宫的边缘，闯关失败，小猫被送回入口处;（3）如果走迷宫时间超过2分钟，闯关失败，小猫被送回入口处;（4）如果小猫顺利走到出口，游戏成功，顺利过关。

2. 通过游戏，迁移应用。学生在“走迷宫”的过程中，通过自己的观察思考以及和同学之间的交流讨论，发现了快速找到迷宫出口的方法与技巧，很自然地将现实生活中的经验迁移到对程序的理解中，激发了学习的欲望，变被动的“要我学”为主动的“我要学”，从而为后续的编程学习奠定了良好的基础。

（二）问题启发，需求分析

经过游戏的体验后，教师引导学生分析：“这个游戏中，我们主要需要解决哪些问题呢？”“我们要用哪些方案来解决这些问题呢？”从而引出探究的任务，并引导学生列出问题清单，利用思维导图，帮助学生分析教材中的实例，搭建编程建模的思维支架。

1. 问题清单。在这个阶段，教师主要是引导学生观看编程实例，启发学生通过观察、对比与思考，提出需要解决的问题。例如：（1）游戏开始时小猫怎样回到起点？（2）怎样让小猫自由移动？（3）小猫碰到迷宫边缘怎么办？（4）小猫行走超时怎么办？……

2. 思维导图。本节课教师利用思维导图把“小猫走迷宫”这个程序分解为动作、角色、背景、计时器四个部分，其中对动作这个部分又分解为“如何行走”“如何避开障碍”“如何表示到达出口”三个部分。这样就搭起学生构建算法、设计程序的思维支架。

通过问题清单和思维导图的运用，教师引导学生把一个看起来复杂的问题拆成几个相对简单的小问题，并寻找这几个小问题之间的联系，逐渐厘清角色的动作和编程的思路，体现了计算思维中的“分解”和“建模”的思想。

（三）自主探究，编写程序

在这个作品程序的设计中，如何让小猫避开迷宫墙是关键。为了解決这个问题，就需要先把合理的算法设计出来。本节课教师先用自然语言描述出来，接着根据语言描述设计相对应的流程图，最后再形成相应的程序指令。

解决了“避开迷宫墙”的问题，让学生熟悉了算法的设计过程，再启发学生“行走超时的处理”和“走出迷宫的处理”就比较容易了。整个作品的程序设计也就相对简单了。这种教学过程将自然语言、流程图、程序设计对应起来，同时把掌握的方法进行转化迁移，体现了计算思维中概括的思想。

（四）合作学习，调试改进

程序设计是一个不断修改，不断改善的过程。在本课中，教师指导学生用以下方法改进程序。

1. 自主阅读，添加注释。阅读是调试程序设计非常有效的方法，所以自主阅读是学生调试程序中不可缺少的环节，其中注释又是自主阅读中非常重要的部分。简洁明了的注释能方便学生在检查、排除程序错误的过程中快速定位，找到问题，减少不必要的弯路，节省时间。

2. 小组合作，完善程序。当自主阅读没办法找出程序错误时，小组合作是一种行之有效的方法。组内成员认真观察，相互讨论，群策群力，分析解决这些问题的方法，再修改程序，反复调整，直到完全正确为止。这种小组合作的模式发挥了每个学生学习的积极性，调动了他们的学习热情。

3. 问题启发，改进程序。在学生初步完善程序之后，教师不断提问，由易到难，层层推进，引导学生不断尝试改进并创作属于自己的个性化作品。学生在对程序方案不断优化的过程中，需要不断分析、寻找程序中存在的错误，并加以改进，使之更加完善。学生在对程序不断的否定、创新中认真探索，不断改进，提升了自我的能力。

（五）交流分享，迁移应用

交流分享，不仅是向同学大胆展示自己的创作思路和方法的过程，也是对别人作品的客观评价过程。对程序作品进行评价，不但让学生能借鉴其他同学的技术与创意，而且还有利于学生之间的交流。学生在交流的过程中完成对知识的归纳总结，也正是计算思维中的“概括”与“评估”的一种表现。如在“小猫走迷宫”这节课中，学生通过观察、思考，从作品的设计思路和脚本程序两方面提出自己的见解和改进的方案，同时反思自己的作品，改进自己的程序设计方案，这本身就是一种深入学习的过程。

（作者单位：福建省福州市长乐区金峰中心小学 责任编辑：黄晓夏）