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        思維可視:Scratch教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的重要視角

        2021-12-22 08:23:24黃麗娟
        求知導(dǎo)刊 2021年40期

        摘 要:近年來(lái),隨著計(jì)算思維價(jià)值和意義的日益突顯,如何在課堂教學(xué)實(shí)踐中有效落實(shí)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng),成為當(dāng)前教育界廣為關(guān)注的話題。文章針對(duì)當(dāng)前Scratch教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的典型問(wèn)題,從“思維可視”的視角出發(fā),將各類(lèi)可視化工具有機(jī)融入計(jì)算思維培養(yǎng)的三大階段,使項(xiàng)目情境結(jié)構(gòu)化、抽象內(nèi)容形象化、煩瑣過(guò)程序列化,把原本隱性的思考方法及路徑進(jìn)行顯性呈現(xiàn),以促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的有效培養(yǎng)。

        關(guān)鍵詞:計(jì)算思維;思維可視;Scratch教學(xué)

        中圖分類(lèi)號(hào):G427 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):2095-624X(2021)40-0085-02

        引 ? 言

        《江蘇省義務(wù)教育信息技術(shù)課程綱要(2017年修訂)》中將“計(jì)算思維”作為信息技術(shù)學(xué)科的四大核心素養(yǎng)之一后,計(jì)算思維的培養(yǎng)成為教育界廣為關(guān)注的熱點(diǎn)。美國(guó)麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的Scratch編程軟件給信息技術(shù)學(xué)科注入了新的活力,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)、創(chuàng)新能力及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力有積極意義,是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的有效載體之一。

        一、現(xiàn)狀審視:當(dāng)前Scratch教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的問(wèn)題列舉

        計(jì)算思維指向識(shí)別與分析問(wèn)題,抽象、建模與設(shè)計(jì)系統(tǒng)性解決方案。在當(dāng)前的Scratch課堂教學(xué)中,不少教師采用了項(xiàng)目式、主題式、范例式、游戲式等教學(xué)方式來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維,但從大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)效果來(lái)看,他們的計(jì)算思維呈現(xiàn)出“倒U型”的發(fā)展態(tài)勢(shì)[1]。筆者經(jīng)觀察分析發(fā)現(xiàn),主要有以下幾類(lèi)問(wèn)題(以下“思維”特指“計(jì)算思維”)。

        (一)無(wú)視思維發(fā)展,將“完成任務(wù)”視為課堂教學(xué)的最終目標(biāo)

        “任務(wù)驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)法是Scratch教學(xué)中的一種常用方法,“完成任務(wù)”被一些教師當(dāng)作一堂課的終極目標(biāo)。但完成任務(wù)的關(guān)鍵并非局限在程序代碼本身,更多地體現(xiàn)在計(jì)算思維如何滲透在問(wèn)題求解中?!敖鉀Q問(wèn)題”和“思維發(fā)展”是Scratch教學(xué)的“一體兩翼”,是課堂推進(jìn)的明線和暗線。思維發(fā)展可以促進(jìn)問(wèn)題的解決,問(wèn)題解決又可以促進(jìn)思維的發(fā)展,因此,兩者的關(guān)系一定是雙線并進(jìn)、雙向滲透、雙邊發(fā)展的。

        (二)架空思維發(fā)展,將“預(yù)設(shè)路徑”作為課堂推進(jìn)的主要策略

        授課之前,教師往往會(huì)對(duì)授課過(guò)程做出詳盡的預(yù)設(shè),將任務(wù)的設(shè)計(jì)思路與步驟剖析出來(lái),在課堂上通過(guò)啟發(fā)、引導(dǎo),按照“預(yù)設(shè)”逐層推進(jìn),讓學(xué)生跳進(jìn)一個(gè)個(gè)預(yù)先設(shè)置好的“陷阱”。學(xué)生深陷思維之井,只見(jiàn)知識(shí)點(diǎn)而不見(jiàn)結(jié)構(gòu)體,只見(jiàn)局部而不見(jiàn)全貌,貌似有思維參與,但始終由教師引導(dǎo),是碎片化的。對(duì)學(xué)生而言,這不是主動(dòng)的思維建構(gòu),只能稱(chēng)為被動(dòng)的思維跟隨。

        二、思維可視:Scratch教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的應(yīng)然視角

        實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家赤瑞特拉(Treicher)通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明,人類(lèi)在接受信息時(shí),通過(guò)視覺(jué)獲得的信息占 83%,這說(shuō)明視覺(jué)是人們接受信息的主要通道。綜觀計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程和人類(lèi)解決問(wèn)題的過(guò)程,其最大的區(qū)別在于人類(lèi)掌握了大量包含個(gè)人經(jīng)驗(yàn)在內(nèi)的隱性知識(shí),而計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程要求進(jìn)行清晰的定義和描述問(wèn)題。因此,我們需要通過(guò)對(duì)問(wèn)題的層層抽象,將學(xué)生的隱性知識(shí)顯性化、思維過(guò)程可視化,從而有效提升其計(jì)算思維能力。因此,Scratch教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)需要開(kāi)展可視化教學(xué),讓思維可視成為計(jì)算思維培養(yǎng)的應(yīng)然追求。

        可視化教學(xué)將各種可視化工具植入課堂,利用圖示、表格、思維導(dǎo)圖等可視化表征,調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和動(dòng)手能力,把原本不可視的思考方法和思考路徑呈現(xiàn)出來(lái),使其過(guò)程清晰可見(jiàn),助力學(xué)生梳理思維、具化思維,更利于學(xué)生理解、建構(gòu)和內(nèi)化知識(shí)。

        (1)任務(wù)情境結(jié)構(gòu)化。教師可以利用可視化技術(shù),將冗長(zhǎng)的任務(wù)情境簡(jiǎn)練化、結(jié)構(gòu)化,便于學(xué)生更加系統(tǒng)、深入、發(fā)散地解讀任務(wù)情境,讓?zhuān)ㄗ樱┤蝿?wù)與(子)任務(wù)之間、角色與角色之間的關(guān)聯(lián)一目了然。

        (2)抽象內(nèi)容形象化。抽象建模環(huán)節(jié)能將抽象出的舞臺(tái)、角色與形象化的圖片對(duì)象一一對(duì)應(yīng),將其各自的行為、動(dòng)作的發(fā)展用自然語(yǔ)言與程序控件進(jìn)行一一對(duì)應(yīng),有助于學(xué)生從自然語(yǔ)境向程序語(yǔ)境過(guò)渡和轉(zhuǎn)化。

        (3)煩瑣過(guò)程序列化。腳本搭建環(huán)節(jié),能夠讓學(xué)生無(wú)序的思維過(guò)程得到梳理,借助可視化工具將搭建步驟序列化,處理好“先做什么,再做什么”的流程,同時(shí)助力學(xué)生不斷地將腳本與圖示進(jìn)行對(duì)照,從而轉(zhuǎn)變學(xué)生的認(rèn)知方式,讓學(xué)生重新理解學(xué)習(xí),促進(jìn)有意義的腳本建構(gòu)。

        可視化教學(xué)能讓思維可視,傳遞的不僅僅是一個(gè)圖形、一條線段、一項(xiàng)符號(hào),而是一種思維模式,一種基于大腦機(jī)制的思考。可視化教學(xué)讓教學(xué)對(duì)學(xué)生可見(jiàn),同時(shí)讓學(xué)生的學(xué)習(xí)、學(xué)生的思維動(dòng)態(tài)對(duì)教師可見(jiàn)。

        三、躬身入局:Scratch教學(xué)中思維可視的路徑探尋

        Scratch課堂教學(xué)中,項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是落實(shí)學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的主要教學(xué)形式。項(xiàng)目是來(lái)自生活中的真實(shí)問(wèn)題,以小組合作形式開(kāi)展。小組合作解決生活問(wèn)題的過(guò)程即學(xué)生獲取直接經(jīng)驗(yàn)、構(gòu)建知識(shí)體系和發(fā)展計(jì)算思維的項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程。通常來(lái)說(shuō),可以分成三階段六步驟:發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,抽象建模(角色分析、畫(huà)流程圖、搭建程序),調(diào)試與再創(chuàng)作(調(diào)試程序、分享與再創(chuàng)作)。

        (一)第一階段:思維導(dǎo)圖——巧設(shè)項(xiàng)目,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

        項(xiàng)目來(lái)源大致有三種:第一種是教材上的項(xiàng)目,這是一種封閉式項(xiàng)目,讓學(xué)生在完成既定任務(wù)的基礎(chǔ)上,培養(yǎng)計(jì)算思維;第二種是基于教材項(xiàng)目的豐富和拓展,或基于已學(xué)控件或腳本的項(xiàng)目發(fā)散,這是一種半封閉式項(xiàng)目;第三種是學(xué)生自主創(chuàng)設(shè)的項(xiàng)目,這些項(xiàng)目源自學(xué)生的需求、興趣愛(ài)好、生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)等,基于這些豐富多彩的生活體驗(yàn),學(xué)生從多個(gè)角度對(duì)作品進(jìn)行創(chuàng)意想象與設(shè)計(jì),這是一種完全開(kāi)放式的項(xiàng)目。這三種項(xiàng)目的復(fù)雜程度遞次增加。教師可以用項(xiàng)目引出問(wèn)題,接著對(duì)問(wèn)題進(jìn)行正確的理解和表述。

        問(wèn)題的可視化表征大體有兩種方式。(1)由上至下式“分解”,即由一個(gè)大問(wèn)題進(jìn)行逐層分解,成為一個(gè)個(gè)小問(wèn)題,直至分解到最小的問(wèn)題單元,再由學(xué)生通過(guò)自己的分析及解題邏輯,采用自下而上逐層遞歸的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方式大多指向于完成某一個(gè)(類(lèi))給定的相對(duì)復(fù)雜的項(xiàng)目。(2)自下而上式“層疊”,即從最底層、最基礎(chǔ)的問(wèn)題單元出發(fā),從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,層層拓展、嵌套,提升任務(wù)的復(fù)雜度。程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程中,學(xué)生根據(jù)各自對(duì)任務(wù)的理解及想象,創(chuàng)造出效果不同的作品。這種方式經(jīng)常用于創(chuàng)作型項(xiàng)目。

        思維導(dǎo)圖依據(jù)類(lèi)似于大腦自身的思維方式進(jìn)行思考,能非常清晰形象地對(duì)以上“分解式”“層疊式”問(wèn)題進(jìn)行結(jié)構(gòu)化表征,將各類(lèi)大小問(wèn)題按層級(jí)排列,有助于學(xué)生有層次、有條理地對(duì)項(xiàng)目規(guī)則進(jìn)行理解和表述,培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整體思考、系統(tǒng)規(guī)劃、任務(wù)分解及想象創(chuàng)新的能力。這是學(xué)生能夠較好地完成項(xiàng)目的前提條件。

        (二)第二階段:行為框圖+流程圖——抽象建模,明確算法

        抽象是引導(dǎo)學(xué)生將真實(shí)復(fù)雜問(wèn)題與場(chǎng)景抽象、簡(jiǎn)化,提取出相應(yīng)的Scratch角色與舞臺(tái),它是計(jì)算思維的本質(zhì)之一。針對(duì)Scratch角色、舞臺(tái)進(jìn)行歸納、整理,分析它們各自的表現(xiàn)行為,這就是建模。抽象建模階段著重體現(xiàn)的是計(jì)算思維中的“系統(tǒng)思維”,可以稱(chēng)之為“最細(xì)化的角色(舞臺(tái))劇本”,包括每個(gè)角色之間的運(yùn)行軌跡、相互關(guān)聯(lián)等。

        教師應(yīng)利用行為框圖來(lái)梳理角色的行為線索,架構(gòu)起整個(gè)角色的行為發(fā)展,為學(xué)生接下來(lái)明確角色程序算法——畫(huà)流程圖,提供準(zhǔn)確的“文字腳本”。學(xué)生依據(jù)這樣的軌跡拾級(jí)而上,有助于“系統(tǒng)思維”的形成和發(fā)展。

        在流程圖繪制過(guò)程中,學(xué)生首先根據(jù)要求確定好基本的程序結(jié)構(gòu)(順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)),然后將“文字腳本”逐步轉(zhuǎn)化為可利用的程序控件。這一過(guò)程是由自然語(yǔ)言向程序語(yǔ)言的進(jìn)一步過(guò)渡,是計(jì)算思維中“算法思維”的集中體現(xiàn)。

        確立了課程的三個(gè)核心問(wèn)題后,教師需要逐個(gè)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象建模及算法設(shè)計(jì)。如果說(shuō)思維導(dǎo)圖是整個(gè)項(xiàng)目的“總方案”,那么行為框圖+流程圖就是學(xué)生在搭建具體角色腳本之前的“導(dǎo)覽圖”和“步驟圖”,是學(xué)生分步解決項(xiàng)目問(wèn)題的參照和依據(jù)。教師建立行為框圖及流程圖,讓學(xué)生的隱性思維經(jīng)歷“文字腳本”梳理、“程序控件”轉(zhuǎn)化、“腳本結(jié)構(gòu)”三個(gè)階段,使其思維從隱性到可視,能夠有效促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

        (三)第三階段:作品檢視表——反復(fù)調(diào)試,創(chuàng)作分享

        為了確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,在項(xiàng)目創(chuàng)作過(guò)程中,教師需要經(jīng)常運(yùn)行和測(cè)試腳本以查看效果,如果效果不理想,則需進(jìn)行修改與調(diào)試。再創(chuàng)作是利用別人的智慧再發(fā)展,是在別人作品的基礎(chǔ)上進(jìn)行的二次創(chuàng)作。進(jìn)行二次創(chuàng)作時(shí),我們首先要對(duì)作品進(jìn)行深度分析,看哪些優(yōu)勢(shì)可借鑒,哪些不足需調(diào)整,接著就如何改進(jìn)與調(diào)整進(jìn)行新一輪的思考與重建。這兩者在思維可視的策略上有著異曲同工之妙,都是為了找“問(wèn)題”和“不足”,繼而修正、豐富、完善、重建腳本。

        作品檢視表就是這樣一張集“診斷”“回溯”“修正”“豐富”“重建”為一體的多功能信息收集表,能夠幫助學(xué)生對(duì)腳本進(jìn)行及時(shí)回顧與反芻、修正與完善、推翻與再建。思維留痕,有圖可依,有章可循,也利于小組其他成員理解作品再創(chuàng)作的意圖,以進(jìn)行有針對(duì)性的討論與再造。

        結(jié) ? ?語(yǔ)

        綜上所述,在Scratch教學(xué)中利用思維導(dǎo)圖、行為框圖、流程圖、作品檢視表等工具開(kāi)展可視化教學(xué),一方面能讓計(jì)算思維的培養(yǎng)清晰可見(jiàn),推動(dòng)學(xué)科核心素養(yǎng)的落地;另一方面能使學(xué)生有開(kāi)闊的編程視野,面對(duì)復(fù)雜項(xiàng)目有整體設(shè)計(jì)、序列實(shí)施的思維方式。當(dāng)然,可視化工具只是手段,為了可視化而去可視化,反而會(huì)阻礙學(xué)生思維的發(fā)展。教師應(yīng)科學(xué)對(duì)待,合理使用,讓可視化教學(xué)助力學(xué)生思維可視,在計(jì)算思維的培養(yǎng)全過(guò)程中聆聽(tīng)思維拔節(jié)的聲音。

        [參考文獻(xiàn)]

        王娟.基于Scratch的創(chuàng)意計(jì)算思維可視化研究[D].上海:上海師范大學(xué),2015.

        作者簡(jiǎn)介:黃麗娟(1986.11—),女,江蘇常州人,中小學(xué)一級(jí)教師,泰山小學(xué)教科室副主任,獲常州市“學(xué)科帶頭人”稱(chēng)號(hào)。

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