基于计算思维的Scratch课堂教学模式实践研究

摘   要：Scratch是小学阶段培养学生思维能力的热门编程语言，同时，也是小学信息科技地图版教材第五单元《探究活动——编程世界探秘》中的教学内容。文章结合日常教学活动，探索基于学生计算思维的Scratch课堂教学模式，使学生可以根据条件的不同，从不同角度思考问题，促进学生思维活动多元化，养成良好的学习方法和思维习惯，提升学生计算思维能力，更好地指导学生解决问题与操作实践。

关键词：教学模式;计算思维;Scratch课堂教学

中图分类号：G434         文献标志码：B         文章编号：1673-8454（2022）06-0111-06

Scratch是小学三年级信息科技教材（地图版）2019年新增的一部分教学内容，是适合小学生学习和实践操作的入门编程语言。教师在Scratch课堂教学中培养学生的计算思维，在培养学生计算思维的过程中探索Scratch课堂教学模式，相辅相成，相得益彰。目前，Scratch课堂没有固定的教法和定论，大多教师都在摸索探究，寻求最好的教学方法和策略。探索基于计算思维的Scratch课堂教学模式，有益于系统规范地整合Scratch课堂教学，有益于为小学阶段编程教学提供更多支持，有益于大幅度提升学生的计算思维。

一、实践背景

（一）培养学生思维能力的必要性

现在的信息科技课堂中教师过多地关注学生某些技能的操练与落实，学生仅仅停留在教师怎么演示操作就怎么模仿的简单技能训练阶段。而对小学生而言，信息技术教育的主要目标不仅仅在于识记知识、提升动手技能，更重要的是培养创造力和创新力。而创新能力的培养关键是思维的训练。程序思维方法本质上是对问题进行分析和解决的方法，是一种非常重要的思维训练思路，是和物理学、传统数学相结合的思维方式。小学生开展程序设计教学并不是为了培养编程高手，而是通过程序的学习体验和亲手编写，提升学生对问题的分析能力和解决能力，增强学生的创造力和创新力，在思维层面上帮助学生去思考、分析、解决问题。学生在小学阶段的智力和思维日益成熟，通过开展程序设计课程，不但可以提升学生的计算思维，还可以减少学习的障碍。

（二）Scratch 教学实践的可行性

从应用的软件工具层面来看，将编程语言作为一种工具纳入小学生课程内容具有较高的可操作性。一方面编程语言的难易度在降低，另一方面编程语言的学习有利于开拓学生思考问题的思路。现阶段，编程语言持续发展，其难度不断下降，学生的接受度相对较高。[1]例如，本文的Scratch 语言的结构比较简单，即便计算机学习能力不足的学生依然可以掌握，小学生可以比较快速地掌握相关知识和技能，进而提高对内容的应用能力，有利于扩展思维，为后续的发展打下坚实基础。

从学生的心理发展阶段来看，运用Scratch编程语言培养学生的计算思维有较好的可行性。小学生从具象思维逐步向抽象逻辑思维过渡，可是，这类抽象思维能力在很大程度上仍然取决于实践经验，具象思维的成分仍然较高。[2]传统程序设计语言在逻辑层面上具有一定复杂性，在语法结构层面上具有一定烦琐性，进而导致学生对学习编程语言失去兴趣，纳入小学课程的难度较高。相对而言，Scratch编程语言可以采用堆积木的形式，形象地将繁杂语言简化成积木块。这样，虽然没有将程序代码纳入课程，但是其编程思维并没有改变，小学生更容易接受也更容易上手操作。

二、实践研究

编程教学是信息科技课堂中培养学生计算思维的主要方式之一。但大多编程软件都比较专业，代码的编写都不适合青少年学生操作。Scratch软件的可视化编程界面，积木堆积式程序编写大幅度降低编程的门槛，提升学生学习编程的信心。运用Scratch软件课堂教学时，学生面对实际或情境中的问题，进行分析，提出解决方案，编程并测试修改方案，归纳总结同类问题的解决方法，这一学习过程都在培养和提升学生的计算思维。

（一）基于计算思维的Scratch课堂教学模式

2006 年美国卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University，简称CMU）周以真教授提出：计算思维是一种运用计算机科学基本概念求解问题、设计系统、理解人类行为的一系列思维活动，它包含抽象、分解、模式识别、算法思维、概括五个核心元素。[3]当今社会，数字化和计算化已滲透到人们日常生活的各方面。要培养信息化时代的人才，就要培养学生适应现代信息化时代发展的思维能力——计算思维。计算思维能帮助学生高效地将复杂棘手的问题化为简单可处理的问题，并通过计算机操作归纳整合类似难题的解决方案，科学有效地解决学习和生活中的困难。计算思维在学生的学习与生活中起到很重要的作用。本文通过课堂教学实践，归纳基于小学生计算思维培养的Scratch课堂教学模式，如表1所示。

（二）基于计算思维的Scratch课堂教学案例

研究以“穿越迷宫吃小鱼”为例，介绍Scratch课堂教学模式在日常教学中的运用。小猫只有穿越复杂的迷宫才能到达终点吃到心爱的小鱼，在路上碰到黑色的迷宫墙壁就会失败回到起点，并在游戏过程中统计失败次数，如图1所示。

1.情境体验、提取问题

有趣的情境引人入胜，使学生在学习的过程中充满兴趣、主动思考、大胆想象、勇于创新。

教学片段1：

师：一只饥肠辘辘的小猫在到处觅食，它饿得眼冒金星，不小心闯进了一个机关重重的迷宫。但塞翁失马，焉知非福，它得到迷宫出口有一条小鱼的消息。它多想走出迷宫，饱餐一顿啊！

师：我看同学们都迫不及待想帮助小猫吃小鱼了，那我们一起来体验这个迷宫小游戏吧！

（学生体验“穿越迷宫吃小鱼”Scratch小游戏）49A3527E-EBC1-47E4-99B7-D2E3C5CA7EFE

师：谁能分享一下，你的小猫顺利地吃到小鱼了吗？又是如何穿越迷宫吃到小鱼的呢？

生：我的小猫吃到小鱼了。我按键盘上的上下左右键控制小猫往上下左右四个方向移动。穿越迷宫时要注意不能碰到黑色的迷宫墙壁，如果不小心碰到，小猫就会被打回原处，我的小猫被打回了两次，上面的失败次数就显示2。不过，我的小猫第三次的时候终于吃到小鱼了！

师：这个Scratch小游戏是如何制作的呢？这节课让我们一起来探讨吧。

在体验“穿越迷宫吃小鱼”的游戏过程中，学生不仅能亲身体验Scratch编写游戏的趣味，还感受到成功闯出迷宫吃到小鱼的乐趣，利于激发学生编写程序的愿望。此环节教師可将情境带入编程环境，用自然语言过渡到程序语言，为接下来的Scratch编程学习打下一定的基础，提升学生由具体到抽象的计算思维。

2.主动思考、分析问题

计算思维是将复杂的问题分解成一个个学生可以解决的问题。“穿越迷宫吃小鱼”的游戏显然不是一两句代码就能实现的，需要学生清楚准备哪些素材、哪些关键的操作能完成游戏。笔者基于日常的Scratch教学总结出“素材表”和“关键步骤操作汇总表”，体现这堂课学生的反馈情况，如表2、3所示。

素材表能让学生明确地知道需要准备的素材，提前搜集或绘制。关键步骤汇总表其实是帮助学生分解复杂的程序，用自然语言描述流程，为接下来的程序语言编写奠定基础。理清“素材表”和“关键操作步骤汇总表”，有利于学生分解难题、分析程序、降低编程的难度。学生在课堂中发散思维，有序有目的地思考，这也是提高分解、模式识别思维不可或缺的一个过程。

3.提出方案、绘制流程

完成作品的分析之后，就可以着手开始设计程序。流程图是帮助思考、编写程序最实用的辅助工具;是自然语言和程序语言的无缝对接最坚固的桥梁。本作品中最难的一步是程序一直循环做无限次数的判断：判断是否按下上下左右键，判断小猫是否碰到黑色的墙壁，直到小猫吃到小鱼。流程如图2所示。

教学片段2：

师：谁能用自己的话说一说小猫是如何根据上下左右键进行移动的？

生：当按下一次上键的时候，小猫面向0度方向（上）移动10步;当按下一次下键的时候，小猫面向180度方向（下）移动10步……

师：那电脑是怎么判断你是否按下键盘、按下的什么键呢？

生1：我猜电脑一直在不停地侦测、在判断。

生2：不停侦测可以用循环语句，判断不同的按键可以用判断语句。

师：同学们说得都非常好。

……

从上一环节学生用自然语言描述关键步骤，到这一环节运用流程图清晰地展现程序流程并分段编写代码，学生在探索中较轻易地就实现了作品的程序设计，这一过程体现出将复杂的问题简单化的思维。其中，在判断是否按下上下左右键时，一个按钮成功，其他三个按键皆可寻求相同的规律进行代码编写，这体现出计算思维养成过程中通过计算机操作归纳整合类似难题的解决过程。学生在Scratch课堂中经历思考、探索、寻求解决方案的完整过程，计算思维中的分解、算法思维得到很好的锻炼。

4.编程测试、修改程序

程序优化是对解题方法进行选择并证明为策略的过程。而策略的产生及其正确性被证实的过程，又常常被视为创造的过程或解决问题的过程。在程序优化的过程中，教师需要指导学生解决为什么要优化、优化的目标是什么、哪些部分需要优化三个问题。学生在思考这三个问题的过程中，思维的方向不再停留于问题解决的可行性与合理性，更要趋向理解、调和问题的各种解决方法。因此，在程序优化的过程中，教师需要指导学生从解决问题的方法集合中选择最佳方法，或者将诸多解决问题方法的步骤择优并重新组合，提升问题解决的质量和效率，促使学生的思维从发散重新回归到收敛，从而培养思维能力。[4]

而程序设计不可能是一次就实现预期效果的，总要经过几轮测试和优化。在测试Scratch程序的过程中，任何一个积木块的运用都可能导致最后的结果和预期不一致。笔者认为此时就要用好“程序优化表”，结合本课学生的反馈，如表4所示。

在对程序的调试过程中，学生不断进行测试、查错、纠正、完善，反复磨练和思考，大幅度提升实践能力和算法思维。

5.同类归纳、交流分享

在规划和制作作品之后，学生在班级内分享作品，以及制作作品过程中碰到的困难及其解决方法。在“穿越迷宫吃小鱼”的交流分享中，要求学生分享作品设计思路及制作过程，其他学生认真倾听并同时思考，根据作者的分享提出修改意见，寻求更好的程序设计方案。整个交流分享的过程不仅锻炼学生语言表达能力，促其整理思路，还可以总结归纳这类问题的解决方法。计算思维中概括这一理念更是得到淋漓尽致的体现。

在Scratch课堂教学五个环节中，无不与计算思维的五个核心元素（抽象、分解、模式识别、算法思维、概括）一一对应、紧密相连。基于计算思维的Scratch课堂教学模式初步成型。

三、实践成效与反思

笔者在Scratch课堂中，运用以上教学模式开展教学，收获颇丰，教师和学生熟悉课堂流程，教和学都开展得有条不紊。

（一）提出多解方案，编程测试，提高学生的计算思维

学生对一个问题多种解法的探求过程本身就是计算思维运用的过程，教师要对学生进行启发引导，学生分解问题、提出多种解决方法，通过编程测试解决问题，最后梳理解决问题的过程，总结经验，此过程中提高计算思维。

笔者根据计算思维的要素，设计两组14个题目，为期一个学期，在Scratch教学开始和结束时分别通过问卷星进行测试并对比数据，第一次回收218份，其中有效问卷为210份，有效率达 96.3%，第二次回收215份，其中有效问卷为 205份，有效率达 95.3%。分数描述性统计分析如表5所示，测试题例如图3所示。49A3527E-EBC1-47E4-99B7-D2E3C5CA7EFE

虽然样本数量和测试题目存在局限性，但是根据实施课堂教学前后的两组测试数据对比看出，均值增高，方差变小，说明通过一段时间的Scratch课堂学习，学生总体计算思维水平有所提高。

（二）革新课堂模式，探究尝试，增强师生创新能力

传统的信息科技课堂更注重计算机操作技术的传授，教师示范、学生模仿，教师在常规讲授中失去课堂创新的动力，学生在模仿的过程中失去创新解决问题的能力。

笔者尝试改变传统教学模式，革新课堂模式。教师只做抛砖人，以情境或实际问题导入，引导学生思考，在适当的时候提供学生探究的学习支架，给学生足够的思考时间和探究空间。学生在碰到问题时，主动分析问题，提出解决方案，绘制流程图，用Scratch软件编写调试程序，最终解决问题并总结经验。教师给学生创新性解决问题的机会，提高学生创新能力，学生成功解决问题给教师提升创新课堂的信心和动力，此为一个良性循环，师生共同增强创新能力。

（三）回顾实施情况，反思分析，优化课堂教学方式

在Scratch课堂教学模式实践以来，学生计算思维水平得到提高，教师课堂新模式得到肯定。但是，在实践的过程中还存在一些现实问题，有待我们不断探索和改进，在实践中优化课堂教学模式。

1.教师选择合适的教学内容，以程序设计为突破口，设计更多适合学生的课例。生活中的实际问题能大幅度提高学生解决问题的兴趣，教师需要善于发现生活中具有程序特征的事物。例如，每天早上学生需测量体温后进班，假设今天没有人请假，变量为进入班级的学生数，条件判断为体温小于37度，条件成立则学生进入班级、变量数加一，循环这个判断直到变量等于这个班级的总人数。

2.利用更加有效的过程性评价工具或方式去跟踪、指导学生计算思维的变化过程。有力的科学数据有利于教师及时调整教学设计，利用过程性评价才能更好地体现学生计算思维的变化。例如，制定过程性评价表，多时间点记录学生成绩的变化，多方面记录学生习惯的变化。

在Scratch课堂中，学生自主分析问题、解决问题，提高计算思维;学生编程调试、自主探究，收获创新探究的乐趣。在Scratch课堂教学中注重学生计算思维的培养，学生充分发挥主观能动性，自主、合作、探究学习，为终生发展奠定良好的基础。

参考文献：

[1]王吉庆.Scratch课程的一种内在价值[J].中国电化教育，2013（8）：43-47.

[2]吴秋红.儿童编程软件Scratch教学应用[J].教学实践，2013（4）：13-14.

[3]张立国，王国华.计算思维：信息技术学科核心素养培养的核心议题[J].电化教育研究，2018，39（5）：115-121.

[4]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）：116-120.

作者简介：

蔡杰，二级教师，本科，主要研究方向为小学信息科技教学，邮箱：2045819249@qq.com。

Practical Research on Scratch Classroom Teaching Mode Based

on Computational Thinking

Jie CAI

（Dongmen Primary School， Chongming District， Shanghai 202150）

Abstract： Scratch is an attractive programming language which aims to develop students thinking skills in primary schools. Meanwhile， it is the teaching content of courses from the unit 5 exploratory activities which entitles “exploration of the programming world” in map version of information technology of elementary school. By connecting with the daily teaching activities， this paper explores Scratchs teaching mode based on students computational thinking ability that can enable students to think and solve questions from different conditions and standpoints， promote the diversity of students thinking activities， develop good learning methods and thinking habits， enhance their thinking ability， and better guide students in practical problems solving and actual operation.

Keywords： Models of teaching; Computational thinking; Scratch classroom teaching

編辑：王天鹏   校对：王晓明49A3527E-EBC1-47E4-99B7-D2E3C5CA7EFE