讓計(jì)算思維在Scratch思維樹上舒枝散葉

張曉明

摘 要：小學(xué)信息技術(shù)Scratch編程模塊側(cè)重于核心素養(yǎng)計(jì)算思維培養(yǎng)。而計(jì)算思維的系統(tǒng)性和邏輯性使信息技術(shù)學(xué)科有限的課堂教學(xué)往往走入片段的步驟式思維訓(xùn)練誤區(qū)，流于表面而無法在學(xué)生大腦中落地生根。整合編程流程圖和思維導(dǎo)圖，在教學(xué)中嘗試設(shè)計(jì)Scratch特色思維樹，讓計(jì)算思維有形有序地在思維樹上舒枝散葉、開花結(jié)果。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù);計(jì)算思維;思維樹

一、小學(xué)信息技術(shù)核心素養(yǎng)的核心是計(jì)算思維

人工智能時代機(jī)器和人類競爭中，機(jī)器優(yōu)勢在于大數(shù)據(jù)處理和計(jì)算思維方式，人類的優(yōu)勢在于自身思維的創(chuàng)造性。人類只有學(xué)習(xí)了解機(jī)器的程序設(shè)計(jì)思維，才能不被機(jī)器人替代。國外孩子都在學(xué)編程，但確切的說他們學(xué)習(xí)的就是編程的思維。我們提出小學(xué)信息技術(shù)核心素養(yǎng)的核心將是計(jì)算思維，而Scratch教學(xué)更應(yīng)緊緊圍繞這個核心開展。

二、思維樹讓計(jì)算思維有形有序

筆者一直認(rèn)為編程教學(xué)計(jì)算思維的訓(xùn)練離不開傳統(tǒng)的編程流程圖或現(xiàn)在提倡的思維導(dǎo)圖。程序流程圖能幫學(xué)生理清思維的脈絡(luò)，是思維的“骨架”，思維導(dǎo)圖更形象，更能激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維，是思維的“發(fā)膚”。但應(yīng)用到教學(xué)，大多信息技術(shù)老師會產(chǎn)生不少困惑。

但脫離了流程圖和思維導(dǎo)圖的計(jì)算思維訓(xùn)練是不系統(tǒng)的。簡單計(jì)算思維訓(xùn)練的課堂看似完成了教學(xué)任務(wù)，但實(shí)質(zhì)離內(nèi)在的教學(xué)目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。往往出現(xiàn)一種情況，當(dāng)堂教學(xué)效果很好，但假以時日，很多學(xué)生即使重做學(xué)過的這個例子，也會出現(xiàn)思維散亂，無從下手。這是學(xué)生上課時只是依樣畫瓢，對程序沒有系統(tǒng)的概念造成的，漏了一塊積木整個大廈就爛尾了。

筆者的Scratch教學(xué)在流程圖和思維導(dǎo)圖中徘徊一段時間后，通過嘗試，將思維導(dǎo)圖和流程圖整合成特殊的思維樹。使思維樹上有流程圖的影子，流程圖也能如簡筆畫般讓學(xué)生形象感知。整合出的思維樹，使思維看得見，能讓學(xué)生的計(jì)算思維沿著思維樹舒枝散葉，學(xué)生的創(chuàng)造思維也在思維樹上開花結(jié)果，經(jīng)歷了思維樹成長的過程，切實(shí)地提高了學(xué)生的編程計(jì)算思維，時間再久，學(xué)生就能重新種出一棵屬于自己的新苗。

三、如何在計(jì)算思維訓(xùn)練過程中設(shè)計(jì)思維樹

那么，思維樹該如何設(shè)計(jì)？下面筆者結(jié)合信息技術(shù)計(jì)算思維核心要素，結(jié)合案例，具體闡述Scratch實(shí)例教學(xué)中如何使用思維樹展開計(jì)算思維訓(xùn)練。

（一）抽象建模 問題分解化葉

所謂抽象，是指通過忽略可有可無的細(xì)節(jié)來降低難度，將一個現(xiàn)實(shí)問題轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以處理的問題。抽象分解很多時候是種逆向思維倒推。在Scratch編程教學(xué)中，合適的案例起始，筆者總會完整演示程序過程，這既能激發(fā)學(xué)生興趣，在演示后也有助于讓學(xué)生學(xué)會抽象分解問題，更容易找到切入點(diǎn)，能更好地理清程序思路。也可對具體教學(xué)環(huán)節(jié)中某個難點(diǎn)重點(diǎn)進(jìn)行問題分解。

演示完案例，筆者總會先讓學(xué)生嘗試化抽象為具體，先將動畫或游戲的環(huán)節(jié)具體化，用簡化的語言將問題分解成具體的步驟，并寫到橢圓的葉子上貼上黑板。如在《青蛙過河》教學(xué)中，學(xué)生就將動畫的過程分解成以下幾片樹葉（如圖一）。

抽象分解的過程又是程序設(shè)計(jì)的過程。學(xué)編程需要養(yǎng)成先設(shè)計(jì)的習(xí)慣，學(xué)生自己創(chuàng)作前需要對自己的程序有個總的提綱，這樣具體計(jì)算思維的展開才能讓學(xué)生從“無序”變?yōu)椤坝行颉?，學(xué)生才能很好理清程序角色之間的關(guān)系、移動的軌跡、出現(xiàn)的順序，計(jì)算思維才有邏輯性。

（二）凝練算法 簡化系統(tǒng)成樹

當(dāng)問題分解成具體的樹葉后，算法的設(shè)計(jì)凝練將是樹的主干，《青蛙過河》的主干是直接向下一個位置移動的順序算法，流程簡單，可以直接排列成樹。每一片葉子的繼續(xù)抽象具體化就是“移到”或“滑行”，也就具體到了Scratch具體使用的“積木”。 而Scratch培養(yǎng)的是兒童最基本的指令式編程思維，較難實(shí)現(xiàn)一些遞歸算法，所以在教材案例中，主要的處理算法結(jié)構(gòu)就是“重復(fù)”和“如果”，也就是循環(huán)和分支。

圖二展示的是《穿越迷宮》這一課的思維樹，案例中，穿越迷宮的具體算法分解成三片葉子，就是重復(fù)循環(huán)判斷三個條件，碰到黑色就回到起點(diǎn)，碰到鼠標(biāo)就前行，碰到箭頭就是到達(dá)終點(diǎn)“WIN”。借助思維圖，學(xué)生一目了然，思維清晰。在具體的程序搭建過程中，就很容易理解重復(fù)的算法下，三個如果判斷是并列關(guān)系，不會出現(xiàn)將它們串燒嵌套等情況，也能感受編程中重復(fù)循環(huán)的具體使用方法。

順序、循環(huán)、分支三種算法的選擇區(qū)分對小學(xué)生來說很容易產(chǎn)生一種似有似無的感覺，在Scratch搭建中三者在選擇中使用，但受到年齡特征的制約，又很難說清，而借助思維樹，教師可安排對比異同之處，不同結(jié)構(gòu)算法的思維樹便能深植學(xué)生腦海。

（三）調(diào)試糾錯 遷移歸納散枝

Scratch編程調(diào)試糾錯環(huán)節(jié)很容易被教師忽視，教師具體可以對照思維樹，指出具體出問題的環(huán)節(jié)所在，讓學(xué)生根據(jù)思維樹的過程自己從源頭梳理。程序不能完全是改出來的，特別對于小學(xué)生，程序的修改還是要在系統(tǒng)的主干上梳枝散葉，“梳”理錯誤，萌發(fā)新葉。學(xué)生糾錯后調(diào)試成功更能提高學(xué)生的計(jì)算思維編程能力。

而總結(jié)利用已有解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關(guān)問題，最終抽象歸納出結(jié)論的思維過程在計(jì)算思維中也是重要的最后環(huán)節(jié)。

例如，《畫正多邊形》的思維樹設(shè)計(jì)，從畫筆初始化開始，采用重復(fù)循環(huán)設(shè)計(jì)正三邊形，然后讓學(xué)生知識遷移，自己畫出正四邊形的思維樹，以此樹導(dǎo)引完成正四邊形的腳本。最后很自然，學(xué)生便能自主歸納出正N邊形的畫法。這棵思維樹看似枝葉茂盛，但主干清晰，毫無叉枝，學(xué)生的計(jì)算編程思維也該如此。

（四）分享沉淀 創(chuàng)新設(shè)計(jì)開花

Scratch強(qiáng)調(diào)分享，跟同學(xué)交流，只有在分享中才能有更多頭腦風(fēng)暴，更能進(jìn)一步的糾錯調(diào)試。在實(shí)際每一個案例教學(xué)結(jié)束時，要允許學(xué)生對案例圍繞主干進(jìn)行再創(chuàng)造，每一個創(chuàng)新的設(shè)計(jì)都會使這棵思維樹綻放。

圖三是《青蛙過河》的思維圖，但是原本的順序算法結(jié)束后，筆者讓學(xué)生對這個小動畫進(jìn)行了再創(chuàng)造的交流。有學(xué)生提出的讓青蛙空中翻跟頭動作和跳到河里隱藏然后從水里跳到荷葉上，這些創(chuàng)造性的想法無疑使這堂課靈動起來。預(yù)設(shè)到學(xué)生的創(chuàng)新，教師有意識地在課前準(zhǔn)備了部分花朵，這棵原本只有主干的思維樹配上花朵頓時豐富了起來。學(xué)生的積極性更高了，頭腦風(fēng)暴頓起，思維觸點(diǎn)也會向更遠(yuǎn)的地方延伸。在編程軟件學(xué)習(xí)中，成熟的創(chuàng)新能力是計(jì)算思維達(dá)到一定深度后的必然產(chǎn)物。

四、思維樹應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)應(yīng)該注意的問題

思維樹在計(jì)算思維過程中的合理使用，能促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展，教師教學(xué)過程的開展也能水到渠成。經(jīng)過在實(shí)踐教學(xué)中研究探索，筆者感覺思維樹的使用還要注意以下幾方面。

（一）教師要靈活使用思維樹，采用不同呈現(xiàn)方式展示

思維樹可以在備課中預(yù)設(shè)，教學(xué)中可作為板書使用。同時針對不同案例，不一定按照計(jì)算思維的過程全部先抽象分解問題后全部呈現(xiàn)，也可以在教學(xué)過程計(jì)算思維逐步展開中，慢慢一片片葉子舒展。甚至可以在結(jié)束時展示，幫助學(xué)生總結(jié)理清思路，延伸思維的觸角。但所有的呈現(xiàn)方式，在教學(xué)過程中必須隨著學(xué)生主動的思維展開。成功使用思維樹的課堂，黑板上的思維樹應(yīng)該主干分明，枝繁葉茂。

（二）學(xué)生必須親自動手畫思維樹

在教學(xué)中要讓學(xué)生主動參與思維樹設(shè)計(jì)，同時案例可以讓學(xué)生自己在紙上畫思維圖。學(xué)生制作自己的作品，要讓學(xué)生在創(chuàng)作前先畫畫思維樹，進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，而不能讓學(xué)生走到山前才有路。只有讓學(xué)生將計(jì)算思維有形地落到紙上，才能真正植根于大腦。

在上完《畫正多邊形》，借助思維圖，成功使用重復(fù)嵌套畫出復(fù)雜圖形后，有個學(xué)生專門到講臺前跟筆者說：“老師，原來編程就是重復(fù)再重復(fù)?！痹掚m簡單，但這個孩子卻已經(jīng)具有了樸素編程思維、初步的計(jì)算思維。而這，就是我們Scratch編程教學(xué)真正的面向全體學(xué)生的教學(xué)目標(biāo)，正是筆者希望將思維樹深深烙印在學(xué)生腦海深處的初衷。

參考文獻(xiàn)：

[1]樓佳群.在Scratch教學(xué)中培養(yǎng)小學(xué)生的計(jì)算思維[J].中國信息技術(shù)教育，2015（23）：39-42.

[2]張靜.思維導(dǎo)圖：開拓兒童Scratch趣味編程學(xué)習(xí)新路徑[J].教育觀察，2018，7（16）：36-38.

編輯 王亞青