利用Scratch编程培养小学生计算思维.pdf

2022 年第 30 期 286 探 索 争 鸣 利用 Scratch 编程培养小学生计算思维 郑海英 福建省莆田市涵江区第二实验小学 福建莆田 351100 摘要：现代科学技术的进步下，信息技术得到快速发展和广泛应用，同时也让信息技术学科素养培养成为当前教育教学开展提出新的要求。计算思维是信息技术学科当中重要的核心素养之一，同时也是现代人才培养标准中优秀人才必备的核心素养之一。为此，我国教育领域极为重视对学生计算思维的培养，而当前我国在计算思维理论研究方面已经取得了一些成果，但仍处在不断的探索和改进阶段。本篇文章将从主题模型建构、脚本设计、创新分享等几个角度，针对如何利用 Scratch 编程培养小学生计算思维做出简要的讨论。关键词：Scratch 编程；小学生；计算思维 如今早已是高速发展的信息化时代，互联网技术、计算机技术在各行业当中不断渗透，尤其计算机技术、大数据技术、云计算技术和神经网络等多项技术的的融合研究下，“人工智能”已经不再只出现于科幻影视剧当中。而计算思维是信息技术学科中三大科学思维之一，从本质上讲，计算思维指的是利用计算机科学理论来解决一些高新难题所必须具备的能力，包括问题解答、系统设计和人类行为理解等一系列具有较高广度和深度的思维训练，其训练内容几乎包含了整个计算机学科的所有内容。为此，如何利用多种方式方法进行学生计算思维成为各地区学校所重点研究的课题，并积极将其纳入到信息技术课程及其他课程教学架构当中，使这些课堂教学与计算思维相融合，打造科学的培养方案。我国基础教育阶段中，结合小学信息技术学科知识内容，参考麻省理工学院关于少儿编程工具 Scratch 成熟经验，以培养学生分析问题、解决能力为核心，借助于 Scratch 编程教学，培养小学生计算思维，为其未来的良好发展奠定坚实的基础。一、通过分析主题，培养学生计算思维的逻缉能力 对于小学生阶段来讲，其正处在心理和生理成长发育的初期，同时也是培养学生计算思维的黄金阶段。计算思维的培养核心在于提高学生分析问题能力和解决问题能力，要想寻找到正确的解决问题方法，首先必须要能够准确定位问题，编程教学中，可以帮助学生掌握确定问题的方法，即为利用模型建构，实现自然语言所描述的问题转变成为可使用计算机进行处理的模型，但其有着较高的抽象性，对小学生而言有着不小的难度，这就要求教师能够帮助学生，使其具备较好的逻辑思维，通过容易被学生理解的生活主题置放于导入环节，使学生由浅入深的掌握问题的、了解问题、寻找解决问题的方法，借助生活化教学进行模型建构，并清楚地认识到其中问题的含义，从而更加有效的培养学生计算思维的逻辑能力。对于 Scratch 教学而言，其授课对象主要为 8 岁到16 岁的学生，依据年龄划分，学生的认知能力和整体水平也需要有着明确的层次和逻辑性，这就需要将程序编程设计划分为不同的教学任务和计划。并将学生置于熟悉的特定情境中，激发学生学习的热情，明确学习任务1。例如操控键盘比车速一课，以神奇的四驱车为主题的课堂教学，可以选择播放一些关于四驱车比赛的视频，如现实生活中的 F1 赛车、越野赛车大赛，从而让学生去观察赛车，分析和讲述赛车在赛道中行驶所具有的特点，包括动态的赛车和其外观，并让学生根据自己的喜好参照视频中的赛车进行四驱车的运动编程，在进行四驱车的动态运动分析过程中，要能够让小学生清晰地了解赛车运动的特点，初步扫清学生在思维上所存在的障碍，再进行总结与分析四驱车智能行驶所面临的问题，有针对性的寻找解决问题的方法，通过对所获取信息以及分析思考与整理之后，有效解决问题，而这一过程中，教师需要帮助学生逐渐明确学习主题和能力目标，使学生明白课堂的整个过程不止是学习如何进行scratch 程序设计，还要将所学习到的知识、分析问题的方法灵活运用到生活中，从而掌握解决生活实际问题的思维和能力。例如，教师以智能行驶汽车的程序设计为项目实践主题，让学生可以根据智能行驶汽车的特点和动态特征 注：本文系福建省电化教育馆教育信息技术研究课题小学生计算思维与 Scratch 编程教学实践研究”（闽教电馆 KT21018）的研究成果。2022 年第 30 期 287 探 索 争 鸣 去进行问题的观察、总结、分析，并积极研究如何解决这些问题的方法，但在此过程中，教师要能够帮助学生将其中的问题进行设计，使复杂的问题简单化，最大程度上吸引小学生的注意力和好奇心，使其能够期待解决问题的结果。在清晰的了解学习目标和学习任务后，教师要能够帮助学生进行学习目标的细化，使其寻找到与计算机模型构建的每一个环节相对应的部分，学会分析设计过程中所涉及四驱车运动需要包括哪些对象，需要达到哪些动作效果，从而懂得如何进行计算机模型的构建，理清编程思路，梳理流程图，使学生的思维可以得到逐步地理顺，明确每一步的操作，从而提升其思维能力2。二、通过设计脚本，提高学生计算思维的优化能力 从本质上讲，计算思维是属于抽象和自动化范畴，学生在明确学习任务和目标之后，还需要能够让计算机运转起来，而如何将一个较为复杂难懂的问题，重新阐述为一个简单而容易理解的问题，这就需要通过脚本设计，通过对脚本设计的优化来培养学生计算思维的优化能力，运用聚焦指令和代入角色等方法实现问题的逐层递进，结合脚本设计的延展对问题逐个击破，从而使学生借助计算机处理复杂问题3。在编程教学过程中,让学生明确新指令块使用的具体条件，教师需注意提炼问题，利用问题指引学生可以准确寻找到正确的指令块。例如，在操控键盘比车速一课的教学设计当中，教师要能够让学生通过指令块的发现使其体验转化成为掌握使用要点，让学生可以更加深入地理解相关编程的知识和技能。如在四驱车赛道智能行驶这一实际设计主题中，关键的一步在于如何进行颜色的识别使四驱车在遇到颜色指令时可以做出正确的判断并按照预设指令做出相应动作。首先，教师需要引导学生进行赛道背景图的观察，并进行封闭赛道与赛道外侧背景、赛道内侧背景所具有颜色的分析，从而正确判断出四驱车在遇到特定条件位置时可返回赛道中所具有的状态，思考如何使四驱车正确判断应何时或遇到哪些情况需要返回赛道的指令块。在问题和思路的引导下，让学生能够逐渐将复杂的条件抽离，寻找到将小车需要返回赛道前的判断转化的方法，即让四驱车左前轮在识别出赛道外侧颜色、右前轮识别到赛道内侧颜色两种状态，从中可以看出，需要判断程序质量块具备侦测类别中颜色碰到颜色的程序，再利用聚焦指令将较为抽象的指令块进行具体转化，从而帮助学生理清思路，降低设计难度，使学生转化思维更加清晰，从而达到培养学生计算思维的目的4。其次，在实际编程过程中，学生要能够为赛车角色分配不同的按键，使其能够依据相关指令执行。其中要注意的是，如果决策动作低于标准难度，则学生进行编程过程中，就可实现顺利完成，但如果角色动作复杂程度相对较高，会使学生编程难度大大增长，从而降低其自信心和积极性。此时，教师可以让学生发挥想象力，以自己为想象的“主角”，作为 scratch 编程中的一个角色，再根据相应问题标准进行运动。在实践中，赛车应该向哪个方向进行旋转时，教师可以请学生将自己的角色带入到编程中，使学生分别扮演赛道外侧和赛道内侧，再找一位学生扮演四驱车，并按照前进的方向，分别做出四驱车左前轮和右前轮的动作，并进行说明，当左前轮碰上赛道外侧背景颜色时，扮演左前轮的学生做出转的动作，让其他同学来回答四驱车向哪个方向旋转，如此就能够形成指令块，使学生能够体验到思维转化的结果，问题自然就得以解决5。另外，还要注意在编程教学过程中，脚本搭建还需进行运行检验，目的是保证程序可以达到预期目标，也就是进行纠错和修正优化，但纠错与修正优化存在很多不确定性因素，所以，教师要注重对学生思维训练的启发，引导学生进行联想，从而使其具备启发思维。最后，调试校本。在调试校本中，当模型运行结果与预期不一致，则需纠错调整，可发挥 scratch 软件功能优势，找到其中所隐藏的逻辑错误。此时，教师可让学生提出假设，假定某一问题点存在逻辑错误，并进行纠错改正，再进行检查，逐步进行逻辑错误的清除，通过不断的求证纠错和就能够实现程序的优化6。三、通过创作和分享，培养学生计算思维的归纳能力 创作是培养学生创新能力与创新思维的“摇篮”，更是激发学生计算思维的重要方法之一。而 Scratch 方法相比传统编程软件繁琐的逐行编译代码，完全可以通过拖拽提前定义相关程序模块，以简单的“搭积木”就能够编写出正确的程序，这就需要教师重点注意培养学生的归纳能力，通过与程序模块的拖拽和搭建，衍生出更多的新思路、新创作，Scratch 编程过程不再只是学生“循规蹈矩”的集成命令组合，编程的过程如同有趣的搭建游戏。这对学生总体布局、各程序模块组合归纳能力有着很好的锻炼。此外，在 Scratch 的展示区，可以帮助学生自动进行程序演示，学生可通过更加直观的观察来获得脚本设计的直接效果，再结合各类问题与情境的创作和分享，逐渐掌握类似问题的分析和解决方法，不断总结经验后，自然也会产生一些独特的想法。小学生年龄阶段决定了其具有强烈的好奇心，同时随着知识的理解和掌握也能够激发出小学生的创作灵感，尤其小学生思维不会受到后期多种学科知识和规范行为化思想的束缚，往往 2022 年第 30 期 288 探 索 争 鸣 总是能够创造出很多新奇且带有强烈创新感的程序作品，而且通过创作与分享，为学生带来很大的满足感，在分享过程中又能够对创作的过程不断总结归纳，这无疑也是对学生计算思维培养、建立自信、形成归纳能力的有效方法。四、通过设计和实践，培养小学生计算思维的分析能力 学生在实际学习过程当中，需要以 Scratch 编程软件当中所有的环节为根本基础来进行科学的分析，并借助实际的分析过程产生的诸多问题为参考依据来刺激学生自主思考意识，最终构建出满足自身实际需求的程序指令。同时在教师的进一步指导下，让学生可以更加深入的理解程序的含义，并且以实际产生的条件来作为重要的依据，从而得出较为正确的判断。通过 Scratch 编程学生对运算符号的意义也可以做到充分的理解，在这一过程当中还可以促使学生更好地了解和掌握软件预算体系，对于 scratch 编程而言，其本身所具备的数据概念相对较多且较为繁杂，所以，小学生可以对列表和变量的真正意义予以真正深入的了解。教师在开展课堂教学活动过程当中，首先需要通过引导让学生对游戏内涵和技巧进行深入的分析，在学生对游戏构成元素予以探索时，掌握其中的关键点，在进行游戏设计过程当中，对软件模式予以探究，并对场景转换的相关技巧和方法予以全面了解，进而掌握与变量相关的内容。例如，教师在教学当中可以运用迷宫游戏设计来进行相关活动的开展，安排具体的学生对猫与老鼠两个角色可以扮演，教师设定最终目标，在对具体的设计思路予以探索。而在这一过程当中，需要教师与学生共同进行讨论，鼓励学生思考猫如何设法才能够抓住老鼠，而在确定设计方案之后，要反复的进行软件测试，在保证学生在大致了解的条件计算内容之后，再移动控制猫这一角色，学生可以依据自身的实际需求将合适的设备选取进来并展开操作。与此同时，教师可以通过引领的方式，进行迷宫模型的构建，并且将游戏规则添加进来，对猫的移动速度予以设置或改变。开展迷宫游戏的根本目的是培养学生的自主思维能力和分析能力。另外还可以将小动物过冬的游戏环节加入设计任务当中，并且要求学生对具体的动物角色功能进行分析之后，对各种不同动物之间的关系进行探索，最终将不同的动物呈现出来，而在这一时间之内，不同的小动物由于冬眠而消失，同时出现其他的动物，以此类推，游戏过程当中，教师可以对学生是否能够掌握不同动物的顺序来予以精准的划分，进而提高学生的思维逻辑能力和计算思维能力以及分析能力。再如，小学 scratch 编程教学指导当中，当脚本搭建完成之后，需要对程序运作是否与预期相一致来进行检测，所以，纠错改正的分析能力培养也是教学的重点。由于 scratch 编程系统的特点，学生往往会出现隐蔽性显著的逻辑错误，所以教师需要运用假设-求证的分析思维来训练学生。其中假设主要是针对程序调试期间所观察的非预期现象予以分析，并引导学生了解其中可能存在的一些问题，而求证则主要是对内容行程问题的重点要素予以分析，使学生排除其他影响的条件情况下可以适当的进行修整。例如，教师以赛车这一编程任务为例，其中小车冲出赛道的错误现象需在教师引导下分析其中的存在的相关影响因素，并对影响因素予以逐一验证，部分学生会提出：小车冲出赛道主要的原因在于车速过快，也有部分学生会提出：小车之所以冲出赛道是与旋转方向出现错误相关。在分析车速过快这一影响因素时，教师可以要求学生将移动十步的指令块参数逐步下调至移动一步，使小车在赛道当中的速度逐渐减慢，从而验证车速与小车冲出赛道是否存在直接关系。结束语：结合文章内容所述，在小学信息技术课程教学过程中，培养小学生计算思维有着很高的实践意义，利用scratch 编程教学来实现学生计算思维的潜移默化，帮助学生在课堂学习过程中逐渐形成计算思维，并在不断的深化、累计、拓展中积累更加丰富的经验，实现思维的升级，使学生可以掌握更多的发展能力，为未来的奠定坚实基础。参考文献：1熊秋娥,葛越.Scratch 游戏化编程培养小学生计算思 维 的 实 证 研 究 J.基 础 教 育（上海）,2019,016(006):P.27-35.2闻敏,张顺忠.Scratch 程序设计教学中培养小学生计算思维的研究J.电脑知识与技术,2020,16(07):166+172.3张松.建模与解模:探寻培养小学生计算思维的密码以小学 Scratch 编程课为例J.中小学信息技术教育,2019,209(05):88-90.4周开海.借助 Scratch 编程平台培养小学生计算思维 的 实 践 研 究 J.基 础 教 育 论 坛（综 合版）,2019,000(012):2-3.5梁永辉.Scratch 程序设计教学中培养小学生计算思维的研究J.教育信息技术,2018,000(007):83-86.6许绍丽.小学 Scratch 编程教学中学生计算思维能力的培养策略J.信息周刊,2019,000(044):P.1-1.