王滬林

計算思維是學生適應21世紀人工智能時代的必備思維方式。計算思維的培養(yǎng)是學校核心素養(yǎng)落實的關鍵環(huán)節(jié)。培養(yǎng)學生計算思維的有效途徑之一就是通過程序設計組織，而依托Scratch圖形化編程教學，能體現(xiàn)學生在信息技術課堂中解決問題的關鍵能力。本文在Scratch教學設計過程中融入計算思維的五要素，旨在幫助學生提升計算思維能力。

陶行知說：“活的人才教育，不是灌輸知識，而是將開發(fā)文化寶庫的鑰匙，盡我們知道的交給學生?！苯陙?，隨著信息化的發(fā)展，信息技術教學中知識與技能的傳授已逐步減弱，計算思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)越來越受到人們的關注。作為一名從教近20年的小學信息技術教師，筆者認為，將計算思維的元素滲透到小學信息技術課堂中，特別是Scratch圖形化編程教學中，是小學生計算思維能力培養(yǎng)的重要媒介。

一、什么是計算思維

計算思維是運用計算機學科的知識、規(guī)則來求解問題、設計系統(tǒng)，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。例如，今天家里要來客人吃飯，你該怎么辦？首先你要考慮做什么菜，對應著需要購買什么材料，接著你會通過手機等查閱做菜的步驟。然后你會計算做菜的時間，對菜品制作有個先后順序的排列。在明確關鍵細節(jié)后，你會開始實施做菜的各個環(huán)節(jié)。炒菜過程中出現(xiàn)問題，如太咸了，你會馬上灑一些水進行補救。這時你知道炒一盤菜大概需要多少鹽比較合適，最后這個數(shù)據(jù)形成一個固定數(shù)值。以后再做菜時，就不容易犯同樣的錯誤了。其實這就是日常生活中用計算思維去解決問題，在這些描述中就包含了計算思維的五要素，即分解、抽象、算法、調試、泛化。

二、計算思維與Scratch的關系

小學生計算思維的培養(yǎng)有多種途徑，而程序設計教學是非常有效的途徑之一。蘇教版五年級《信息技術》引入了Scratch圖形化編程軟件，它是美國麻省理工學院開發(fā)的一款非常受學生喜愛的模塊化編程軟件。圖形化編程軟件不需要輸入復雜難懂的代碼，而是直接通過模塊化的命令積木塊拼接，實現(xiàn)程序的快速編寫。它的素材表現(xiàn)力直觀，有自帶的資源庫素材，也可以導入網(wǎng)絡下載的資源。學生可以根據(jù)場景選擇喜歡的角色創(chuàng)造交互式故事、動畫、游戲等。

Scratch圖形化編程不是簡單地培養(yǎng)學生編程技巧，而是更注重培養(yǎng)學生在解決問題時，綜合運用邏輯運算、數(shù)據(jù)結構等常用的計算方式和思維能力。學生在學習程序編寫的過程中需要厘清各個事件發(fā)生的先后順序，以及它們之間的邏輯關系，在此基礎上完成各個模塊的搭建、修改，由此深入淺出地解決問題，從而提升學生的計算思維能力。

三、如何培養(yǎng)計算思維

以蘇教版五年級《信息技術》第9課《賽車游戲》為例。本課通過“問題驅動—分析歸納—腳本搭建—調試問題—延伸拓展”五個步驟，引導學生思考和操作，重點培養(yǎng)學生運用計算機解決問題的能力。

（一）問題驅動? 激發(fā)興趣

首先播放“無人駕駛的汽車”視頻作為導入，讓學生了解無人駕駛技術已經(jīng)由夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。接著詢問學生無人駕駛技術是如何實現(xiàn)的？有哪些關鍵因素？我們能否在Scratch中模擬無人駕駛？通過幾個問題建立聯(lián)系，引導學生思考，激發(fā)學生學習、探究無人駕駛技術的興趣。

（二）分析歸納? 掌握概念

學生通過網(wǎng)絡搜索獲知：無人駕駛實現(xiàn)的關鍵是用強大的計算機代替人腦進行各種數(shù)據(jù)運算;用精準的傳感器代替人眼識別路標和各種障礙;編寫的自動駕駛程序系統(tǒng)處理各種情況下的汽車行駛的狀態(tài)。對無人駕駛技術有了一定的了解之后，大家又一起分析能不能在Scratch中模擬無人駕駛。我?guī)е鴮W生一起分析。首先，信息技術課堂不缺的就是計算機;其次，Scratch是計算機編程軟件，能夠運用偵測和判斷語句編寫具有自動駕駛功能的程序;最后，只需安裝上模擬傳感器應該就能實現(xiàn)無人駕駛。通過這樣的分析，學生對原本陌生的無人駕駛技術有了較詳細的了解，同時對在Scratch中模擬無人駕駛充滿了信心。

（三）腳本搭建? 建立算法

在了解了無人駕駛的原理后，學生自主添加任務角色，并在賽車前方分別安裝了兩個傳感器。然后開始嘗試搭建程序腳本：當左側傳感器檢測到障礙物時應控制賽車向右轉向，當右側傳感器檢測到障礙物時控制賽車向左轉向。想要讓程序運行起來，還需要在事件模塊中找一個觸發(fā)積木塊，同時添加重復模塊，點擊運行按鈕，看看運行效果吧！腳本搭建的過程就是學生思維提升的過程、算法建立的過程。

（四）調試問題? 優(yōu)化方案

基本程序腳本搭建完成后，學生會發(fā)現(xiàn)，當賽道轉角較大時會有沖出賽道的情況。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？引導學生調整腳本數(shù)據(jù)后得出：是賽車速度與轉角度數(shù)不匹配造成的，可以通過降低車速或增加旋轉角度解決。學生通過這樣的過程訓練，形成思維能力，再碰到類似的問題，相信學生能夠運用經(jīng)驗來解決問題。因此，調試程序腳本就是一個方案優(yōu)化、完善的過程，也是人的計算思維提升的過程。

（五）延伸拓展? 建構體系

通過賽車游戲的設計，學生清楚了傳感器的重要性，也明白了無人駕駛技術的關鍵，更重要的是學生提升了運用計算機技術來思考、解決問題的能力。其實，關于傳感器的應用比比皆是，如空調里需裝有溫度傳感器，防盜報警器中有紅外線傳感器，掃地機器人中有超聲波傳感器，等等。于是我給學生布置了課后作業(yè)：了解掃地機器人里安裝了什么傳感器，并在Scratch中模擬掃地機器人工作。通過課后作業(yè)的練習，讓學生對所學知識泛化、迭代，建構知識與技能體系，促進計算思維能力的形成。

四、計算思維存在的誤區(qū)

（一）錯把計算思維當計算機的思維

計算思維是人像計算機一樣思維還是培養(yǎng)人的思維？有的教師之所以有這樣的疑問，歸根結底是他們對計算思維理解不夠。計算思維是指人們能運用計算機知識來思考、規(guī)劃解決問題。歸根結底，計算思維是人的思維，是任何人都可以學習、掌握的基本技能。這種能力不只屬于計算機科學家，也屬于普通人。和人的閱讀、寫作、算術等能力一樣，它是人類未來分析和解決問題的重要能力。

（二）狹隘地將編程看作計算思維

至今仍有很多教師認為培養(yǎng)計算思維就是培養(yǎng)學生的編程能力。這種誤解的根源可以追溯到計算思維培養(yǎng)的早期。當時，受計算機編程熱潮的影響，認為學會了編程就擁有了計算思維能力;后來圖形化編程的出現(xiàn)，更加劇了這種偏見。圖形化編程通過較直觀性的模塊堆積，極大地激發(fā)了中小學生學習編程的興趣，讓“談編程變色”時代不復存在。然而，在生活和學習過程中，我們還可以借助各種軟件來解決問題，這些都是計算思維能力的培養(yǎng)。因此，計算思維不只是編程，編程思維的全過程只是計算思維的一個重要方面。

（三）誤將計算思維認為是少數(shù)學生的天賦

“計算思維是少數(shù)高智商學生才具有的天賦！”這是不少剛接觸計算思維的教師的誤區(qū)。早期的中小學信息技術教材多以技術傳授為主，在一定程度上忽視了中小學生的年齡特征和學習興趣。學生跟著教師示范，機械、重復地操作，導致他們產(chǎn)生了厭學的心理，只有少數(shù)學生能夠接受這樣的“魔鬼”訓練模式。如今的信息技術課堂更加注重以學生為中心，通過各種情境、任務激發(fā)所有學生的興趣，學生也樂于運用計算機來解決各種問題。其實，這就是學生計算思維能力的形成。因此，計算思維的訓練是適合所有學生的。

五、結語

計算思維是人的思維，更是人類適應未來社會的一種必備能力。計算思維能力的培養(yǎng)和提升可以采取多種形式多種渠道。小學信息技術課堂只是其中之一，也可以與語文、數(shù)學等學科相結合，這些都是促進學生計算思維能力發(fā)展的有效途徑。事實上，小學生計算思維能力的培養(yǎng)是一個漫長的過程，需要所有教育工作者共同努力。只有所有教育工作者都認識到計算思維的重要性，不斷提升教學能力、改進教學策略，才能讓所有學生的計算思維能力得到質的提升。