基于计算思维培养的 Scratch编程教学的实践与研究

张瑜

【摘 要】计算思维是当前全球教育领域备受关注的话题，在一些欧美国家被誉为现代社会人才所必须具备的能力之一，从而引发众多学者对计算思维教育的研究。Scratch采用可视化、模块化的编程方式，只需要将预先设定好的积木组合到一起，就可以构成程序代码，完成特定的任务，使编程如同搭积木一样简单且有趣。本文以“勇闯迷宫”为例，从创设情境、有效抽象、合理分解、设计算法和编写程序五个方面，探讨如何在Scratch编程教学中培养学生的计算思维。

【关键词】计算思维;Scratch编程教学;思维导图

【中图分类号】G434  【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2022）02、03-083-02

计算思维作为信息时代学生认识世界、改造世界的方法论工具，也是信息技术学科核心素养的重要成分。计算思维以解决问题为目的，问题抽象是解决它的前提，达到自动化则是目的。计算思维的培养有着举足轻重的作用。Scratch编程软件是一种培养学生计算思维的热门工具，初中信息技术学科选择Scratch进行编程教学，让学生通过简便的积木式指令模块的操作，学习程序组建，学会分析问题、解决问题的思维方法，进而发展计算思维能力，这对于信息科技核心素养的培育很有必要。

2018年1月，教育部印发《普通高中信息技术课程标准（2017版）》，首次将计算思维纳入了信息技术学科核心素养。该课程标准指出，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。

在基于计算思维培养的Scratch编程教学的实践与研究中，笔者以“勇闯迷宫”游戏创编为明线，以计算思维形成的过程为暗线，明暗交织、环环相扣，让学生在游戏创编中不断感受人机交互的乐趣，提升计算思维能力，提高信息意识。

创设情境，引出游戏问题

创设情境，以游戏体验激发学习兴趣，启发编程思维，引出如何设计“勇闯迷宫”程序的问题。“勇闯迷宫”游戏的剧情是由学生设计的，剧情内容是勇士穿越迷宫，获得能量石，拯救仙女。学生通过游戏体验，能够简单地描述游戏的规则：使用方向键控制勇士的上下左右四个方向的移动;当勇士碰到能量石时，提示信息：“获得能量石！”游戏结束。

有效抽象，设计迷宫地图

所谓有效抽象，是指依据计算模型，对现实世界中涉及的问题通过忽略一些次要的内容进行抽象和形式化表达，为编写程序提供依据。有效抽象是解决问题的关键步骤，学会有效抽象，可以更容易地找到解决问题的切入点。教师组织“勇闯迷宫”游戏的需求分析，引导学生结合游戏规则，有效抽象问题，设计个性化游戏迷宫图。学生亲手设计迷宫，画出迷宫中形形色色的通道，设置勇士和能量石角色的初始位置，为后续进一步解决问题奠定了基础。

合理分解，构建思维导图

所谓合理分解，是指将一个大的问题分解成若干个简单部分或模块，使复杂问题转化为一个个可解决的小问题，助力学生更好地分析、解决问题。在Scratch编程教学中，教师引导学生对“勇闯迷宫”游戏这个大问题进行分解，探讨游戏的背景、角色以及角色的主要动作，构建思维导图。通过问题的合理分解，学生发现“勇闯迷宫”游戏实现有两个关键问题：一是勇士上下左右行走的控制问题，二是勇士碰到迷宫墙壁的退回问题。

设计算法，简化执行流程

算法是计算思维中的重要概念，是一系列解决问题的清晰指令，它代表用系統的方法来描述解决问题的一种策略机制。学生经过有效抽象问题和合理分解问题后，对于“勇闯迷宫”游戏的编程有了一定的基础。这时候使用流程图可以将复杂的游戏问题更直观化，加深学生对该程序的理解。

为了设计符合学生认知规律的活动，教师可以为初中学生提供部分执行流程，留出一部分内容让学生去填空，降低编程的难度，增加编程的趣味性。笔者以勇士不能穿越迷宫墙壁的部分流程为例（图1），通过学生填写Y坐标值的变化情况，使学生更高效地设计算法，深入了解程序执行的过程，提高后续编写代码的效率。

编写程序，调试优化脚本

程序调试是指将编写的程序进行测试，修正语法或逻辑错误的过程。调试、优化是保证程序更加正确合理的必不可少步骤。在Scratch编程教学中，教师为学生提供了探究单，引导学生自学模块功能，并结合流程图，利用“控制”“动作”“外观”“事件”等Scratch模块中的指令，编写“勇闯迷宫”游戏。在编写程序的过程中，教师要注重指导学生通过观察Scratch程序运行的及时反馈，引导学生从“勇闯迷宫”游戏的功能、程序复杂度等方面重新审视该程序，并不断调试、优化程序。如勇士不会随着运动方向调整角度，如何优化？勇士运动过快或者过慢怎么办？根据测试Scratch程序时所发现的问题，学生做出进一步的诊断，找出原因、想出办法。学生通过不断调试程序，理解程序的执行逻辑过程，提高用信息技术解决问题的能力，提高计算思维能力。

计算思维是信息技术学科核心素养的关键要素。教师是学生深度学习的引导者，教师需要立足学生发展，精准把握学情，创设问题情境，巧设项目活动，致力于促进学生自主性学习和教师针对性教学相融合，切实提升学生计算思维能力，发展学生的思维品质。

参考文献

王荣良. 计算思维：一种新的学科思维方式[J].中国信息技术教育，2012（6）.

谢忠新，曹杨璐. 中小学信息技术学科学生计算思维培养的策略与方法[J]. 中国电化教育，2015（11）.