基于Scratch的高中生计算思维能力培养策略初探

来源:用户上传      作者:梁春艳

　　摘要：《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》非常注重学科核心素养中计算思维能力的培养，但现阶段高中信息技术程序设计的教学内容过多强调程序设计的语法规则和实例应用，在计算思维能力的培养方面有所欠缺。笔者尝试在实践教学中使用Scratch进行编程教学，探究高中生计算思维能力的培养策略。
　　关键词：Scratch;高中生;计算思维能力;信息技术
　　一、引言
　　《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》把信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任列为普通高中信息技术课程核心素养。计算思维作为四大核心素养之一，是近些年国内高校及基础教育领域研究热点之一。具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、建立结构模型，合理组织数据;通过判断、分析和综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案;总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题解决中。
　　二、基于Scratch的高中生计算思维能力培养
　　无论是必修模块还是选修模块的编程教学，都必须把培养学生的计算思维能力作为核心的教学任务，引导学生使用算法描述解决问题的方法和步骤，并选择合适的程序语言进行程序设计，解决问题。
　　（一）Scratch教学与计算思维
　　Scratch教学以案例为主的教学有利于计算思维的培养，笔者分析了在Scratch教学中从不同方面渗透计算思维。
　　1.Scratch软件中的程序模块中渗透了计算思维
　　程序设计模块中的选择指令、循环指令、条件指令、运算符、数据等不同类型的指令能够从不同角度体现计算思维。程序设计者在设计作品的过程中通过拖动不同指令来实现效果，在使用不同指令的同时也训练了学生的计算思维。
　　2.程序设计者在编写程序的过程中涉及计算思维
　　设计作品不是一次性就可以完成的，而是在制定计划、实施和调整计划的过程中完成的，因此设计作品的过程也是提高学生问题解决能力的过程。在编写程序的过程中通过不断测试与调试来培养设计者的纠错和调试的能力。设计者通过对比不同指令的功能，对其进行评估，选择最佳指令解决程序问题。将计算思维渗透在案例中，通过对案例的分析达到思维的一种锻炼：通过对角色中脚本的编辑，体会到编程思维，从而上升到计算思维的一种锻炼;通过对已完成案例进行调试纠错的过程也是算法思维训练的过程。
　　3.构思Scratch作品需要计算思维
　　构思案例需要设计者具有系统规划和抽象建模的能力。对于整个作品的构思要求设计者具备算法思维、分解等多方面的计算思维。设计者从构思作品再到亲自动手制作作品的这一过程有利于计算思维的培养。
　　（二）基于計算思维培养的Scratch教学模式
　　Scratch这一编程工具需要通过“在设计中学习”的方式来掌握。教师要结合学生的具体情况，综合使用案例教学法、常规讲解法、任务驱动法等方法进行教学。
　　首先，要为学生创设恰当的情境，引出主题，让学生明确学习目标或任务;其次，要根据教学目标，通过分析案例，让学生理解并掌握案例中的算法。当学生明白算法之后，教师提出与案例相似的任务，也可以就案例让学生进行流程图设计，使学生能够梳理通顺作品的功能、指令、情景等。
　　（三）基于计算思维培养的Scratch教学案例
　　下面以“分支（判断）结构ifelse”一课为例说明Scratch教学模式，具体环节如下。
　　1.创设情境，明了主题
　　创设情境的目的是让学生知道本节课的主题，激发学生的学习兴趣。对于“分支（判断）结构ifelse”，教师可以从有关“判断”的生活常识人手，让学生知道“ifelse”的含义，如，如果走迷宫的时候没有出路，那么同学们会掉头走其他的路，否则就继续走;如果吃的食物坏了，那么我们会扔掉，否则就留着……创设情境时要充分考虑学生的年龄及理解能力，要与学生的真实生活密切相关，使他们明了主题。
　　2.案例分析，明白算法
　　案例分析的目的是让学生在明了主题后能够知道用什么样的思路和算法完成作品，帮助学生掌握计算概念，即Scratch中的编程指令。教师要根据学生的理解能力，以恰当的方式带领学生分析案例。以“小猫与运动员赛跑”的动画设计为例。教师向学生解释任务（可配合演示已完成的动画）：小猫和运动员赛跑，运动员领先，当小猫追上运动员时，运动员说“你追上我啦！”，然后立即加速，再次与小猫拉开距离。教师需要引导学生明白如下思路和算法：小猫跑步，可通过原地重复执行变换造型的指令实现;按下空格键，使运动员移动，领先小猫一段距离（如100步）;点击绿旗后，程序开始执行，运动员通过变换造型并移动，呈现出跑步的状态;由于小猫是原地“跑步”，所以“运动员被追上”的效果可以由“运动员向后移动”来实现;当运动员退到小猫的位置（画面效果是小猫追上了运动员），运动员说“你追上我啦！”，然后停止后退，执行向前移动100步的指令，与小猫重新拉开距离（画面效果是运动员加速再次领先小猫）。如此循环往复，表现出小猫与运动员你追我赶赛跑的情景。其中重复执行“下一个造型”，是为了使角色“跑”起来。
　　3.作品流程图设计
　　案例分析后，学生对“if else”有了一定的理解。教师采用任务驱动法，引导学生通过换角色并增加角色、换对话内容、换舞台等，模仿或创造出应用“if else”的作品。在学生设计和搭建脚本之前，要先在纸上画出作品的流程图。基础较好或理解得更好的学生，能很快掌握流程图，而对于基础较差的学生，教师需要耐心讲解，并给他们更多的时间在操作中体会。
　　4.作品功能设计和搭建脚本
　　作品功能设计包括角色设计、情境设计、舞台设计和指令设计，需要学生发挥想象力，根据自己的想法设计作品功能。在作品流程图和功能确定之后，搭建脚本阶段才会顺利，这也是学生计算实践能力得以提升的阶段。如，一名学生设计了一个小猫和蝙蝠的动画：蝙蝠飞行时撞到了小猫，赶快飞走了，而小猫却吓得边跑边喊“救命”。从中可见，学生已经理解并掌握了“if else”指令的用法，且不乏有趣的想象和创新之处。
　　5.修改交流及分享
　　在完成作品之后，可采用小组内讨论的方式，针对过程中的问题进行交流，反复修改作品，展示自己小组的作品，或上传到Scratch官网，这个过程有助于学生综合能力的提高和计算观念的养成。
　　三、结束语
　　在高中程序设计课程中，计算思维的能力要求主要体现在学生对于问题的分析、解决问题的能力的培养上，弱化程序语言本身的理论和语法，强化的是计算思维的培养和提升。教师要鼓励学生多考虑算法的多样性，培养学生的创新意识、探索精神和问题求解能力，还要引导学生对算法进行研究优化改进、提升效率，将计算思维的培养策略贯穿于程序设计教学的全过程，着力培养学生的计算思维能力，从而更好地提升学生的综合素养。
　　参考文献
　　[1]中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.
　　[2]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）.
　　[3]王荣良.计算思维对中小学信息技术课程的影响初探[J]中国教育技术装备，2012（27）.
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