郭巍丹

隨著Scratch教學(xué)的深入開展，教師在教學(xué)中經(jīng)常會遇到一些問題：學(xué)生躍躍欲試卻無從下手，學(xué)生反復(fù)調(diào)試卻效果不佳，學(xué)生學(xué)會了案例卻創(chuàng)意不足。分析這些現(xiàn)象的原因所在，深入思考Scratch教學(xué)的本質(zhì)，筆者發(fā)現(xiàn)，Scratch圖形化指令直觀明了，學(xué)生可以很快掌握這些指令，編寫簡單的小程序。但隨著學(xué)習(xí)的深入，任務(wù)變得復(fù)雜，角色開始增多，每個角色的功能增加，用到的指令越來越多，程序也越來越復(fù)雜，這時就需要運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題和設(shè)計系統(tǒng)，利用遞歸思維和啟發(fā)式推理來尋求解答，也就是如今所說的在Scratch教學(xué)中要培養(yǎng)小學(xué)生的計算思維。結(jié)合Scratch教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題和小學(xué)生的認(rèn)知水平，筆者認(rèn)為利用Scratch作圖的創(chuàng)作過程可以有效培養(yǎng)小學(xué)生的分解、遞歸等算法思維及概括、推理等計算思維。

● 分析任務(wù)：由外到內(nèi)逐層分解

充分理解案例、學(xué)會分析任務(wù)是解決任何編程問題的第一步。理解之后，可以做出一個大致的解決方案，然后將其劃分為多個主要任務(wù)進(jìn)行突破，幾個主要的任務(wù)又可以各自作為大任務(wù)再分解成小任務(wù)進(jìn)行解決，這樣的順序稱為由外到內(nèi)逐層分解。在用Scratch作圖時，教師經(jīng)常會用到這樣的分析方法，這種方法同樣也可以運(yùn)用到其他類別的Scratch作品的創(chuàng)作中。

例如，學(xué)生拿到“蜘蛛網(wǎng)”案例時，雖然直觀上感覺對圖形非常熟悉，也知道這是一個特殊圖形，但由于缺乏計算思維的訓(xùn)練，在編程時仍無從下手，而這正凸顯了動手編程前任務(wù)分析的重要性。在程序?qū)崿F(xiàn)之前，教師要引導(dǎo)學(xué)生對圖形進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)圖形生成具有的規(guī)律，幫助學(xué)生一層層地推理和分析。筆者以在Scratch中做出“蜘蛛網(wǎng)”圖形為例，引領(lǐng)學(xué)生一起分析，得出如下兩種圖形分解思路。

第一種（如上頁圖1）：從最外層分解，這個“蜘蛛網(wǎng)”圖形首先可以分成5個大的六邊形；再進(jìn)一步分解，每個大六邊形又可以分解成6個大小一樣的正三角形，最終歸到一個基礎(chǔ)圖形“三角形”。只要能畫出這個最小的正三角形，通過變換就能得到最小的正六邊形，再通過變換將小六邊形邊長增加，就可以制作成一個“蜘蛛網(wǎng)”圖形。

第二種（如上頁圖2）：將這個“蜘蛛網(wǎng)”圖形分解成六個大小一致的大正三角形；每個大正三角形由5個邊長依次增加的小正三角形組成，最終也是歸到小正三角形上。只要先制作出這個小正三角形，就可以通過程序指令生成一個“蜘蛛網(wǎng)”圖形。

從案例中可以發(fā)現(xiàn)，對復(fù)雜問題由外到內(nèi)逐層分解可以幫助學(xué)生化繁為簡，體驗(yàn)從復(fù)雜問題到具體問題的分解過程，學(xué)生掌握了這種分析任務(wù)的切入口，找到了解決問題的方法，就會從無從下手發(fā)展到躍躍欲試。

● 程序?qū)崿F(xiàn)：由內(nèi)到外逐層遞歸

通過前面由外到內(nèi)的逐層分析，能夠在復(fù)雜問題中分解出要解決的具體小任務(wù)。集中解決好復(fù)雜問題中的小問題，把各個細(xì)節(jié)問題解決好，再進(jìn)行合理的組裝，就能由內(nèi)到外一步步解決問題。因此，在這個程序?qū)崿F(xiàn)過程中，教師要著眼于具體的小任務(wù)。

在繪制“蜘蛛網(wǎng)”的案例中提到了兩種分解過程，筆者在這里用第一種思路講解如何由內(nèi)到外一層層編程，再結(jié)合問題分析結(jié)果。最內(nèi)層的過程就是實(shí)現(xiàn)正三角形的繪制，學(xué)生很快能夠編寫出繪制正三角形的程序：重復(fù)執(zhí)行3次移動數(shù)值（這里以100為例）和旋轉(zhuǎn)（120度）兩個指令。這就是解決任務(wù)中最內(nèi)層的過程，命名為Triangle。但考慮到外層過程中，正三角形的邊長是要變化的，不能固定100，所以Triangle中必須還有一個自變量length（如圖3）。

第二層過程是實(shí)現(xiàn)每旋轉(zhuǎn)60度繪制一個正三角形直至一周。只要每旋轉(zhuǎn)60度，執(zhí)行一次過程Triangle即可，將這個繪制正六邊形的過程命名為Hexagon，同樣要設(shè)置自變量length（如圖4）。

最外層過程是實(shí)現(xiàn)繪制5個依次增加邊長的六邊形。利用同樣的解決思路，重復(fù)執(zhí)行5次Hexagon。由于每執(zhí)行一次，變量length要增加一定的值，所以length需要用新的變量進(jìn)行控制，將這個頂層的過程命名為SpiderWeb。主程序只要調(diào)用最外層過程SpiderWeb，就能繪制出精美的蜘蛛網(wǎng)了（具體代碼如上頁圖5）。

由內(nèi)到外的程序?qū)崿F(xiàn)過程，給學(xué)生編程提供了明確的線索，幫助學(xué)生理清任務(wù)與任務(wù)之間、問題與問題之間的邏輯關(guān)系。在整個編寫過程中，就如同提供了一步步的腳手架，通過用計算機(jī)自動繪制出這些神奇的圖形，讓學(xué)生感受到計算機(jī)程序設(shè)計的強(qiáng)大魅力。

● 定義過程：減少程序的漏洞

簡單是程序設(shè)計的目標(biāo)，就像工廠里的流水生產(chǎn)線往往被劃分成若干個工位，每一個工位執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化、程序化的動作，這就是單一責(zé)任。在程序設(shè)計中，單一責(zé)任是指某個代碼的功能，應(yīng)該保證只有單一、明確的執(zhí)行任務(wù)。任務(wù)越單一，代碼越簡單，越簡單的代碼占用時間越少，漏洞越少，并且易于修改。當(dāng)其他功能部分發(fā)生變化時，也能夠盡可能降低對其他組件的影響。在“蜘蛛網(wǎng)”的案例中，將每個分步都定義為一個過程（如圖6），每個過程只做單一的任務(wù)，如Triangle只負(fù)責(zé)繪制某一邊長的正三角形。

定義過程不僅有利于學(xué)生理清編程的思路，也方便程序的調(diào)試。在調(diào)試程序的過程中，可以將總目標(biāo)分解成一層層由內(nèi)向外的過程進(jìn)行逐一調(diào)試。案例中可以先調(diào)試是否能畫出一個三角形，調(diào)試成功后，再調(diào)試是否能成功畫出六邊形。以此類推，直至成功。

● 應(yīng)用拓展：從范例學(xué)習(xí)到個性創(chuàng)意

Scratch的教學(xué)本身就是“為了創(chuàng)作而教”，無論什么主題的作品都不能忽視自由創(chuàng)作。在繪制圖形的案例中，學(xué)生主要是學(xué)習(xí)了問題的分解與具體問題達(dá)成的邏輯，重在方法的剖析，而非圖形本身。這為學(xué)生走出范例進(jìn)行個性化創(chuàng)作奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.修改變量過程，變化效果

幾何圖形的變換千姿百態(tài)，但核心思想不變。在圖形繪制中只需要修改某一個變量（邊長、邊數(shù)、旋轉(zhuǎn)角度）或者修改過程中執(zhí)行的命令，就可以帶來各種各樣的效果。當(dāng)然，修改之前需要先有總體的架構(gòu)，明確自己的目標(biāo)圖形。例如，在學(xué)生學(xué)會繪制正三角形和正三角形變換得到的蜘蛛網(wǎng)案例后，可要求其自行設(shè)計繪制正方形，并將繪制正方形的過程作為底層過程函數(shù)，創(chuàng)作更加復(fù)雜的圖案（如上頁圖7）。

2.巧用問詢模塊，實(shí)現(xiàn)交互

在繪圖的創(chuàng)作過程中，有學(xué)生提出不要固定繪制的圖案，如上面案例中實(shí)現(xiàn)實(shí)時繪制6個花瓣、7個花瓣……只要將第三個過程函數(shù)的重復(fù)執(zhí)行次數(shù)設(shè)為變量，并在主程序中加入問詢的指令（如上頁圖8），那么，當(dāng)回答不同的數(shù)值時，count的值就會不同，調(diào)用過程函數(shù)Rotated Squares后的圖案也會發(fā)生變化（如圖9）。

3.設(shè)置畫筆性質(zhì)，美化圖案

畫筆模塊中有多條與畫筆屬性相關(guān)的指令，學(xué)生將這些指令合理地添加到子程序中，就可以繪制出更加精美的圖案。例如，某學(xué)生在上面案例中的子程序Square中，每次執(zhí)行就增加畫筆的顏色值，并在Rotated Squares子程序中恢復(fù)畫筆起始顏色，成功繪制出了色彩豐富的花瓣（如圖10）。

幾何圖形的創(chuàng)作周期和需要考慮的內(nèi)容明顯小于一個好玩的游戲、動畫等互動性作品的創(chuàng)作，也正因?yàn)槿绱?，學(xué)生發(fā)揮的創(chuàng)意可以很小，也可以很大。但是，無論是簡單修改變量還是顏色，通過不同邏輯的嵌套后，最后的成品都是豐富多彩的。這樣簡單的操作，卻能收獲豐富的即時的可視化的作品，能更加激發(fā)學(xué)生對邏輯的探究，并體驗(yàn)到圖形繪制的趣味。

總之，由于Scratch軟件存在可視化編程環(huán)境、畫筆的多種性質(zhì)、過程函數(shù)的方便調(diào)用，以及可以結(jié)合其他指令達(dá)到更多交互功能等優(yōu)勢，使得Scratch作圖變得既有趣又簡單，大大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)作激情。幾何圖形的創(chuàng)作并不能涵蓋Scratch軟件的所有功能指令。因此，Scratch作圖旨在培養(yǎng)學(xué)生的編程思維，而非Scratch指令的系統(tǒng)學(xué)習(xí)。筆者希望學(xué)生通過對Scratch作圖的學(xué)習(xí)，學(xué)會分析問題、體驗(yàn)解決問題的方法，并將學(xué)習(xí)中滲透的計算思維運(yùn)用到Scratch指令的學(xué)習(xí)中，為Scratch作品的創(chuàng)作提供解決問題的策略。endprint