例談初中SCRATCH教學(xué)中的計(jì)算思維培養(yǎng)

王嵐

摘要：新課標(biāo)指出：信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)由信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)基本核心要素組成。計(jì)算思維作為重要核心素養(yǎng)之一，在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育中的意義日益引起教育界的關(guān)注和重視。本文結(jié)合Scratch教學(xué)實(shí)踐，針對(duì)如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，談?wù)勛约旱囊恍┳龇ê腕w會(huì)。

關(guān)鍵詞：Scratch教學(xué)；計(jì)算思維；核心素養(yǎng)

計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人類(lèi)行為理解等過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科的核心思維，它不是計(jì)算機(jī)科學(xué)家獨(dú)有的，而是每個(gè)人的基本技能。計(jì)算思維的具體內(nèi)容包括思維與歸納、程序與算法、抽象與自動(dòng)化、分解與建模、測(cè)試和調(diào)試等。

Scratch采用搭積木的方式編程，程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單直觀，具有較強(qiáng)的趣味性和可學(xué)性，對(duì)初中學(xué)生理解程序結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)思想非常有幫助。在初中信息技術(shù)課堂開(kāi)展Scratch教學(xué)，不但能提高學(xué)生編程能力，促進(jìn)計(jì)算思維培養(yǎng)，使學(xué)生從思維層面和能力層面得到提升，還能有效地訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，為學(xué)生終生發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

一、認(rèn)識(shí)變量，計(jì)算思維初體驗(yàn)

變量來(lái)源于數(shù)學(xué)，是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中能存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果或能表示值抽象概念。在Scratch中，常常需要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，比如打地鼠的數(shù)量、獲得的分?jǐn)?shù)，時(shí)間的變化等，這些都是不斷變化的量，我們可以用變量來(lái)表示。

案例 猴子接香蕉（游戲）

情景描述：在森林中，猴子在規(guī)定時(shí)間內(nèi)接香蕉，每接到一個(gè)香蕉得2分，同時(shí)如果接到的是炸彈減1分，游戲結(jié)束后顯示最終得分。

分析：這個(gè)例子中需要用到三個(gè)變量積木，“將變量XX的值設(shè)置為_(kāi)_”，“將變量XX的值增加__”，“將變量XX的值設(shè)置為_(kāi)_”，“顯示變量XX”。游戲開(kāi)始前設(shè)置變量初始值，“將變量得分設(shè)置為0”，“將變量時(shí)間設(shè)置為60”；游戲中，運(yùn)用“將變量得分的值增加2”，“將變量得分的值增加-1”實(shí)現(xiàn)計(jì)分，運(yùn)用“將變量時(shí)間的值增加-1”實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)；游戲結(jié)束“顯示變量分?jǐn)?shù)”顯示最終得分。

在教學(xué)中要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)常用的變量積木，通過(guò)練習(xí)熟悉這些變量的使用方法，使學(xué)生對(duì)于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)有了直觀印象和初步概念，同時(shí)也初次體會(huì)了程序設(shè)計(jì)的思維方式。

二、精細(xì)分析數(shù)據(jù)，將抽象化為具體

在Scratch學(xué)習(xí)中，計(jì)算思維體現(xiàn)在邏輯的組織和分析數(shù)據(jù)上，并且通過(guò)模型和模擬等抽象來(lái)表示數(shù)據(jù)。想要完成程序的編寫(xiě)，要對(duì)程序的每項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行分析，把抽象的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成具體的程序任務(wù)，再根據(jù)各個(gè)任務(wù)要求思考解決方案，并設(shè)計(jì)出適合自己需求的指令算法。

案例：時(shí)鐘

任務(wù)說(shuō)明：先定義秒針，將“秒針”初始值設(shè)為零，并將指令“將變量秒針的值增加1”加入到秒針循環(huán)語(yǔ)句中。再定義分針，在分針腳本中要不斷判斷“秒針”的值，當(dāng)秒針值等于60時(shí)，才執(zhí)行旋轉(zhuǎn)命令，所以要加入判斷語(yǔ)句，并且在執(zhí)行之后，要將變量“秒針"的值歸零。時(shí)針的定義和分針類(lèi)似，分針值等于60時(shí)執(zhí)行旋轉(zhuǎn)命令，同時(shí)執(zhí)行之后將分針值歸零。

分析：要實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘效果，首先要理清秒針、分針、時(shí)針三者之間的關(guān)系，這對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)沒(méi)有什么難度，但落實(shí)到編程往往無(wú)從下手。因此在編寫(xiě)腳本前需要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)秒針、分針、時(shí)針?lè)謩e進(jìn)行算法分析，將思維條理化、精細(xì)化，同時(shí)將三者之間的關(guān)系用編程語(yǔ)句表達(dá)出來(lái)。

在分析及制作的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，想要達(dá)到不同的目的，就要設(shè)計(jì)不同的算法指令，在對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的思考中設(shè)計(jì)腳本，這就是計(jì)算思維中邏輯分析和抽象表達(dá)的體現(xiàn)。

三、設(shè)計(jì)個(gè)性游戲，計(jì)算思維的實(shí)現(xiàn)

游戲是學(xué)生十分感興趣的內(nèi)容，在Scratch教學(xué)中開(kāi)展游戲設(shè)計(jì)可以最大限度激發(fā)學(xué)生的成就感。在設(shè)計(jì)游戲時(shí)學(xué)生可以根據(jù)自己的想法定義游戲方式，靈活選用不同類(lèi)別的語(yǔ)言編寫(xiě)腳本，通過(guò)測(cè)試和調(diào)試修正程序，從而在設(shè)計(jì)、創(chuàng)建、實(shí)驗(yàn)和探究中逐步理解和掌握計(jì)算概念，內(nèi)化為計(jì)算實(shí)踐策略，形成計(jì)算思維。

案例：貓和老鼠游戲

任務(wù)說(shuō)明：首先設(shè)計(jì)貓能否在指令下抓住老鼠，控制器是鼠標(biāo)、鍵盤(pán)還是傳感器由學(xué)生自己設(shè)計(jì)。然后，讓學(xué)生設(shè)計(jì)場(chǎng)景，并逐步增加規(guī)則——老鼠碰到老鼠夾，會(huì)被困在（停止）；老鼠碰到甜甜圈，可以吃掉（隱藏）。最后為增加游戲的趣味性，可以增加計(jì)時(shí)、計(jì)分。

分析：貓抓老鼠這一經(jīng)典游戲，角色明確規(guī)則簡(jiǎn)單，但是稍作設(shè)計(jì)卻可以變化萬(wàn)千?？刂破饔惺髽?biāo)、鍵盤(pán)等多種選擇；老鼠活動(dòng)時(shí)除了遇到貓，還會(huì)碰到老鼠夾、甜甜圈；同時(shí)作為游戲還應(yīng)有計(jì)時(shí)和得分。這些動(dòng)態(tài)變化因素都可以由學(xué)生自行設(shè)定。

學(xué)生在教師引導(dǎo)下自主開(kāi)發(fā)游戲，在設(shè)計(jì)過(guò)程中以設(shè)計(jì)者的身份進(jìn)行創(chuàng)建、實(shí)驗(yàn)、探究、分享，于特定事件的情景之中學(xué)習(xí)抽象和模塊化的計(jì)算，培養(yǎng)計(jì)算觀念，使學(xué)生的思維和能力得以提升，逐步發(fā)展成為計(jì)算思維者和計(jì)算創(chuàng)造者。

總結(jié)與反思

1. 計(jì)算思維趨于概念化，它不只是簡(jiǎn)單的對(duì)計(jì)算機(jī)中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編程，而是應(yīng)用計(jì)算機(jī)教學(xué)中的理論知識(shí)對(duì)遇到的問(wèn)題進(jìn)行抽象的多層次的思考，提出合理的解決措施。同時(shí)，計(jì)算機(jī)思維是數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)和融合，它能使Scratch課程的教學(xué)更為靈活、有效。因此，在Scratch教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力有著非常重要的作用。

2. Scratch教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維應(yīng)遵循從循序漸進(jìn)的原則。通過(guò)認(rèn)識(shí)常用變量，使學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)有直觀印象和初步概念；在精細(xì)分析數(shù)據(jù)過(guò)程中，將抽象化為具體；最后在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中融入游戲設(shè)計(jì)，給學(xué)生足夠的自由發(fā)揮時(shí)間，以小組合作的學(xué)習(xí)方式自主學(xué)習(xí)，交流想法，選取合理、有效的解決方案，將計(jì)算概念內(nèi)化為計(jì)算實(shí)踐策略，形成計(jì)算觀念。

3. 作為一名信息教師，應(yīng)當(dāng)在教學(xué)中將無(wú)意識(shí)的計(jì)算思維訓(xùn)練變成有意識(shí)的計(jì)算思維訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生在信息活動(dòng)中采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問(wèn)題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)，通過(guò)判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決問(wèn)題方案，學(xué)以致用，將計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程與方法靈活運(yùn)用到其他問(wèn)題解決之中。

參考文獻(xiàn)

[1]《Scratch，初步認(rèn)識(shí)變量》.百度網(wǎng)-百度經(jīng)驗(yàn) 2017（10）；

[2]《高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂（草稿）》.豆丁網(wǎng)；

[3]《小學(xué)生Scratch學(xué)習(xí)計(jì)算思維培養(yǎng)》.郭雅蕓.《求知導(dǎo)刊》2015（13）；

[4]《基于計(jì)算思維培養(yǎng)Scratch教學(xué)三步曲》.韋國(guó).《中小學(xué)電教》2015（7）；

（作者單位：浙江省紹興市元培中學(xué)）