Scratch融入教學對計算思維能力培養(yǎng)研究

全耀 莫青云

摘? 要：計算思維作為教育部新提出的中小學信息技術(shù)課程核心素養(yǎng)之一，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵。當代小學信息技術(shù)教師需要思考如何在教學中更好地培養(yǎng)小學生的計算思維。而Scratch作為一款簡易的圖形化編程軟件，易于被初學編程知識的小學生所接受掌握。通過對正處于初學編程知識階段的兩個小學班級進行教學對比，發(fā)現(xiàn)Scratch融入教學比傳統(tǒng)的教學能更有效地培養(yǎng)小學生計算思維能力。

關(guān)鍵詞：信息素養(yǎng);Scratch融入教學;小學生;計算思維

中圖分類號：G623.58 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）07-0186-03

Research on the Cultivation of Computing Thinking Ability by the Integration

of Scratch into Teaching

——Take Primary School Teaching as an Example

QUAN Yao，MO Qingyun

（Guangxi Normal University，Guilin? 541006，China）

Abstract：As one of the core qualities of information technology curriculum in primary and secondary schools newly proposed by the ministry of education，computational thinking is the key to cultivating innovative talents. Contemporary primary school information technology teachers need to think about how to better cultivate pupilscomputational thinking in teaching. Scratch，as a simple graphical programming software，is easy for elementary school students to grasp. Through the teaching comparison of two primary school classes that are in the initial stage of programming knowledge，it is found that Scratch integrated teaching can cultivate the computational thinking ability of pupils more effectively than traditional teaching.

Keywords：information literacy;integrate scratch into teaching;primary school students;computational thinking

0? 引? 言

計算思維是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊豁椝季S能力，能夠在處理某些復雜的專項問題時，使問題迎刃而解。2017年7月我國國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確指出要“實施全民智能教育項目，在中小學階段逐步推廣編程教育”。因此，要求個體掌握計算思維能力的時間點被大幅提前。目前，我國大部分小學信息技術(shù)課程都會進行簡易的編程教學，試圖為初學者建立起運用計算思維解決問題的觀念。但是，小學生接受能力有限，過于深奧的編程知識教學效果往往不佳。信息技術(shù)課堂是培養(yǎng)小學生計算思維的場所之一，結(jié)合廣西師范大學教育學部教育技術(shù)學專業(yè)背景，在桂林市某小學開展基于Scratch提升小學生計算思維的教學實踐研究，意在探索Scratch圖形輔助教學軟件對小學生計算思維能力培養(yǎng)的影響效果，為小學信息技術(shù)教師提供實驗參考和借鑒。

1? 計算思維研究動態(tài)

1.1? 國外研究動態(tài)

計算思維（Computational Thinking）這一概念最早是2006年卡內(nèi)基梅隆大學的周以真教授所定義，最初指的是運用計算機科學基礎(chǔ)概念求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為[1]。但是，隨著社會的發(fā)展，計算思維不再專屬于計算機領(lǐng)域的科學家們，而是成為了每個人應當具備的基本技能。

美國國家科學基金會提出全面改革美國計算機教育，指出計算思維必須像閱讀，寫作，算術(shù)一樣普及，成為每個合格公民的必備素質(zhì)。澳大利亞、新西蘭、新加坡等國家近幾年也從國家政策層面開始推動面向青少年的計算思維培養(yǎng)計劃[2]。

綜上所述，對國外教育領(lǐng)域中計算思維研究現(xiàn)狀進行分析，我們可以了解到，許多發(fā)達國家的計算思維培養(yǎng)都是從基礎(chǔ)教育階段展開的，并且出臺了比較權(quán)威的政策以及相對完善的培養(yǎng)框架，這些舉措為中小學生計算思維的培養(yǎng)提供了保障。

1.2? 國內(nèi)研究動態(tài)

2016年《高中信息技術(shù)課程標準（修訂稿）》中明確指出，計算思維成為信息技術(shù)學科的核心素養(yǎng)之一，納入教學培養(yǎng)計劃。之后的一段時間，我國對于計算思維培養(yǎng)的重點主要集中在高中和大學階段。

中國科學院院士陳國良認為計算思維是從計算機科學領(lǐng)域發(fā)展出來的一種能力，強調(diào)計算思維就像我們小孩子入學受到的各種教育，是每個人自身發(fā)展所必需的能力。2017年7月，國務院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出“人工智能的迅速發(fā)展將深刻改變?nèi)祟惿鐣睢⒏淖兪澜?。要搶抓人工智能發(fā)展的重大戰(zhàn)略機遇，構(gòu)筑我國人工智能發(fā)展的先發(fā)優(yōu)勢，加快建設(shè)創(chuàng)新型國家和世界科技強國”。我國針對中小學生進行計算思維能力培養(yǎng)的事業(yè)就此起步。[3]

綜上所述，我國中小學計算思維教學目前仍處于實驗探索階段，如何有效提升小學生的計算思維能力成為我國教育界學者討論的一個熱點問題。

2? Scratch融入小學教學提升計算思維能力實例探究

2.1? 研究對象選取

本實踐的研究對象為桂林市某實驗小學的兩個五年級班級，兩個班級的學生均有一定的編程基礎(chǔ)。其中五年級A班為實驗班，實驗班的學生使用Scratch教學軟件進行輔助教學;五年級B班為對照班，對照班的學生采取傳統(tǒng)的編程教學法進行教學，教學實踐研究的總時長為16課時。

2.2? 實踐過程和方法

文獻法用于實踐前期的理論基礎(chǔ)儲備，授課前后采取問卷調(diào)查法，實踐過程采取行動研究法。實驗授課前，給兩個班級的學生發(fā)放同一份適齡階段的計算思維測量試題，收集兩班學生計算思維能力以及運用情況的前測數(shù)據(jù)。授課行動研究結(jié)束后，對兩個班級的學生發(fā)放另一份計算思維能力測量試題，收集后測數(shù)據(jù)。使用統(tǒng)計軟件SPSS對前后兩次數(shù)據(jù)進行處理分析，觀察Scratch應用于教學對小學生計算思維能力培養(yǎng)的效果。

2.3? Scratch教學課程設(shè)計示例

由于實踐對象已在四年級時初步接觸計算機，掌握了部分簡易的編程知識，因此本實踐研究選定的教學內(nèi)容為：Scratch軟件使用教學、判斷語句的使用、循環(huán)語句的使用以及語句的嵌套四個部分。下面為實驗班A班學習循環(huán)語句中某一節(jié)課使用的教學設(shè)計：

本節(jié)課演示部分，教師介紹本節(jié)課學習的主要內(nèi)容為編程語法中的循環(huán)語句，向?qū)W生展示教學所用道具：三根棒棒糖、三個小盒。將班里學生分為四組，由組長和一名組員進行“游戲”演示，組長發(fā)出指令，指揮組員根據(jù)地磚避開障礙物進行移動，并取得三個盒子中所有的棒棒糖即視為成功。實際操作階段，學生坐回自己的座位，教師講解如何使用Scratch完成循環(huán)語句的指令。引入案例：小蜜蜂在果園里采蜜，它要將所有花朵里的花蜜都采出來。教師通過介紹并拖拽循環(huán)模塊告訴學生這是循環(huán)語句塊，將通過它來實現(xiàn)小蜜蜂成功采蜜的過程。教師演示完后，讓學生在電腦上使用Scratch軟件動手操作，讓小蜜蜂成功采取到花蜜。教師巡堂檢查每個同學完成的情況，對有困難的同學進行輔導。課程總結(jié)部分，回顧整堂課程，進行綜合性總結(jié)，提問學生今天所學的內(nèi)容是什么語句，啟發(fā)性提問學生在日常生活中什么時候會使用到循環(huán)語句，教師布置課后作業(yè)。對有困難的學生及時進行輔導教學，對感興趣且能力強的學生布置額外的訓練試題。

循環(huán)語句作為編程語法中最基礎(chǔ)的語法之一，是非常重要的知識點。在這節(jié)堂課中，教師先將“循環(huán)”這個抽象的概念用具身體驗的方式，轉(zhuǎn)化為“游戲”進行解釋，讓學生更好地理解循環(huán)的內(nèi)涵：反復執(zhí)行某一串指令。即在“游戲”中將棒棒糖從每一個盒子中拿出。接著，教師導入蜜蜂采蜜案例實施Scratch教學。

圖1為五年級A班學生丙獨立完成的操作代碼塊。相較于傳統(tǒng)的信息技術(shù)課堂，我們能夠看到Scratch教學軟件的融入可以讓學生在可視化教學環(huán)境下進行實際操作。提供實景案例的好處就在于能夠使學生更專注于課堂，主動思考實踐并尋找最優(yōu)的解決方案。

3? 實踐數(shù)據(jù)處理和分析

3.1? 前測數(shù)據(jù)

五年級A班和B班在開展對比教學前均由同一名教師甲所授課，并且班級人數(shù)均為40人。研究選取適用于五年級年齡階段的國際計算思維測試題（Bebras）對兩班學生進行前測，以問卷的形式發(fā)放試題，用于獲取兩個班學生計算思維的初始水平，提高實驗信度。根據(jù)得到數(shù)據(jù)進行處理，結(jié)果如表1所示。

原始數(shù)據(jù)顯示，80名學生中最高分為72分，最低分僅有17分。通過觀察兩班測試成績的平均值和標準差可以發(fā)現(xiàn)：兩個班級學生的計算思維能力都較差，低于國際該年齡階段的計算思維水平。且A班的平均分稍差于B班，成績分布也較為分散。將學生的原始分數(shù)數(shù)據(jù)導入統(tǒng)計軟件SPSS中，進行獨立樣本T檢驗，檢驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)P>0.05，說明兩班學生計算思維能力并無顯著性差異。

3.2? 后測數(shù)據(jù)

距上次測試，經(jīng)過16課時的傳統(tǒng)課程教學和Scratch輔助教學后，再次對五年級A班和B班進行計算思維能力的測試。兩班的數(shù)據(jù)情況如表2所示。

通過對比表2和表3中的數(shù)據(jù)，可以看到經(jīng)過16個課時的編程計算思維學習和實操鍛煉后，五年級A班和B班學生的知識技能以及應用都有明顯的提高。并且，五年級A班學生的計算思維能力提升程度更大，A班的平均分從落后B班1.25分到超越B班6.93分。除此之外，A班低分數(shù)段頻數(shù)明顯減少，中高分數(shù)段頻數(shù)大幅度增加。從兩班成績的標準差可以判斷出A班分數(shù)較為集中即分層跨越較小，極端成績的人數(shù)少。綜合以上數(shù)據(jù)，證明使用Scratch軟件進行輔助教學比傳統(tǒng)方式下的編程教學效果更佳，學生的計算思維能力提升更為迅速。

4? 結(jié)? 論

新課程改革背景下，如何有效培養(yǎng)小學生的信息技術(shù)素養(yǎng)，提升他們的計算思維能力，是當今教育界關(guān)注的熱點問題。[4]本研究立足于小學信息技術(shù)課程融入Scratch輔助教學實踐，通過對比實驗班學生和對照班學生的計算思維水平前后測數(shù)據(jù)，得出Scratch輔助教學對小學生計算思維能力培養(yǎng)具有顯著促進作用這一結(jié)論。本研究意在為Scratch教學融入小學信息技術(shù)課堂研究提供借鑒實例，但是，本研究存在著實驗樣本數(shù)量偏少、行動研究時間較短、教學內(nèi)容簡單、計算思維能力量表可靠度待商榷等一系列的問題，這些局限和問題直接或間接地影響了實踐結(jié)果的信度和效度。因此，后續(xù)研究還需進一步深入改進。

參考文獻：

[1] 陳鵬，黃榮懷，梁躍，等.如何培養(yǎng)計算思維——基于2006-2016年研究文獻及最新國際會議論文 [J].現(xiàn)代遠程教育研究，2018（1）：98-112.

[2] BRENNAN K，RESNICK M.New frameworks for studying and assessing the development of computational thinking [C]//The 2012 Annual Meeting of the American Educational Research Association，2012：1-25.

[3] 韓杰.讓Scratch與“思維”碰撞——小學信息技術(shù)Scratch教學中計算思維培養(yǎng)實踐分析 [J].中國信息技術(shù)教育，2020（1）：27-29.

[4] 錢耀剛.Let′s think：例談小學Scratch教學中的計算思維培養(yǎng) [J].中國信息技術(shù)教育，2019（22）：43-45.

作者簡介：全耀（1996—），男，漢族，廣西桂林人，碩士在讀，研究方向：教育技術(shù)學;莫青云（1994—），女，漢族，廣西賓陽人，碩士在讀，研究方向：教育技術(shù)學。