諶婷婷

〔摘? ? 要〕如今信息技術(shù)對(duì)于人類的影響越來(lái)越深刻，學(xué)生信息科技的教育也越來(lái)越受到重視，特別是當(dāng)今國(guó)際環(huán)境緊張，我國(guó)高精尖行業(yè)承受巨大的發(fā)展壓力，我們更加明白對(duì)于祖國(guó)未來(lái)人才的培養(yǎng)方向已到了不得不改變的地步。國(guó)內(nèi)基于Scratch的學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的研究又非常匱乏，而學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)更是迫在眉睫，計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)作為基礎(chǔ)教育的重要維度之一。本研究通過(guò)對(duì)義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)內(nèi)外對(duì)于計(jì)算思維的研究找到切入點(diǎn)。主要涉及布魯納認(rèn)知層次理論、“做中學(xué)”理論和任務(wù)驅(qū)動(dòng)理論，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)Scratch教學(xué)案例。

〔關(guān)鍵詞〕計(jì)算思維；Scratch；教學(xué)案例；設(shè)計(jì)

〔中圖分類號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? （2023）? 08-0026-04

2022年版《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出了核心素養(yǎng)的內(nèi)在要求。現(xiàn)將信息技術(shù)課更準(zhǔn)確地稱為信息科技課，從課程更名中我們可以看出這不僅僅是一門技術(shù)類的學(xué)科，更是一門具有科學(xué)意義的學(xué)科，更加注重培養(yǎng)創(chuàng)新性與計(jì)算思維的能力。在新時(shí)代背景下，我們迫切需要?jiǎng)?chuàng)新型科技人才，信息科技課的核心素養(yǎng)主要包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任。

國(guó)外對(duì)于Scratch的研究比較早而且研究較為深入，美國(guó)作為Scratch的開(kāi)發(fā)國(guó)，在運(yùn)用它來(lái)表達(dá)學(xué)生思維特點(diǎn)和想法上更是游刃有余。我國(guó)對(duì)于Scratch研究最早在2010年才進(jìn)入中小學(xué)，例如我們現(xiàn)在Scratch課程于2013年6月才正式進(jìn)入教育薄弱地區(qū)。此外，在這些地區(qū)素質(zhì)教育不受重視，經(jīng)常被語(yǔ)數(shù)主科占課，本身專任教師的缺失和專業(yè)培養(yǎng)的缺失更加導(dǎo)致基礎(chǔ)教育對(duì)Scratch的研究不足。

一、計(jì)算思維培養(yǎng)目標(biāo)

國(guó)內(nèi)外各知名學(xué)者對(duì)計(jì)算思維的定義各有側(cè)重點(diǎn)，而計(jì)算思維概念最早是2006年周以真教授提出的。這里的計(jì)算思維是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)進(jìn)行問(wèn)題解決的一系列思維活動(dòng)，具體包括問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、理解人類行為。現(xiàn)今我們探索的計(jì)算思維以Scratch軟件作為載體，在Scratch這個(gè)以面向小學(xué)生的趣味性很強(qiáng)的編程軟件設(shè)計(jì)里，也同樣提出了計(jì)算思維的概念。美國(guó)麻省理工媒體實(shí)驗(yàn)室成員布倫南和雷斯尼克從過(guò)程設(shè)計(jì)實(shí)踐的角度又將計(jì)算思維分為計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐和計(jì)算觀點(diǎn)三個(gè)維度來(lái)解釋。在義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)中具體把計(jì)算思維的問(wèn)題解決過(guò)程也就是計(jì)算實(shí)踐部，分成抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)等思維活動(dòng)。結(jié)合布倫南、雷斯尼克的觀點(diǎn)與義務(wù)教育的具體要求我們可以把它們進(jìn)行整合，得到核心素養(yǎng)下的計(jì)算思維培養(yǎng)目標(biāo)，見(jiàn)圖1。

二、案例設(shè)計(jì)原則

（一）以學(xué)生為中心的原則

新課改下不再是教師一言堂，要充分尊重學(xué)生的主體地位，這里不是把課堂完全交給學(xué)生，而是指教師有的放矢地引導(dǎo)學(xué)生逐步解決困難，把大的問(wèn)題分解成一個(gè)個(gè)小問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)解決問(wèn)題的目的。在平時(shí)的教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)兼顧學(xué)生個(gè)體差異，同時(shí)需重視學(xué)生的能力培養(yǎng)。要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，把學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂學(xué)習(xí)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得學(xué)生可以進(jìn)入深層次的學(xué)習(xí)。

（二）最近發(fā)展區(qū)原則

設(shè)置的任務(wù)符合學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)原則，根據(jù)維果茨基的最近發(fā)展區(qū)原則，他認(rèn)為學(xué)習(xí)者的發(fā)展水平分為現(xiàn)有水平和潛在水平兩類。人們能獨(dú)立完成任務(wù)且不需要他人幫助的水平被稱為現(xiàn)有發(fā)展水平，而通過(guò)他人幫助或者協(xié)助獲得解決問(wèn)題的水平被稱為潛在發(fā)展水平。根據(jù)這個(gè)理論需要我們教師在設(shè)置課程難度上充分地去分析學(xué)情，既不可設(shè)置得太過(guò)簡(jiǎn)單讓學(xué)生思維難以得到鍛煉，也不可設(shè)置得難度太大讓學(xué)生難以完成，適當(dāng)讓他們通過(guò)多人協(xié)作或者在老師輔助的情況下能夠解決當(dāng)下的問(wèn)題，這便是課堂設(shè)置難度掌握最好的方式。

（三）“做中學(xué)”理論

教育家杜威提出的“做中學(xué)”理論總結(jié)為教育即生活，教育即對(duì)現(xiàn)有生活的總結(jié)學(xué)習(xí)，而不是僅僅談?wù)搶W(xué)校教育。學(xué)習(xí)不是為以后的生活做準(zhǔn)備，學(xué)生時(shí)代的生活與步入社會(huì)以后的生活同樣重要。而我們這里要談?wù)摰摹白鲋袑W(xué)”理論就遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有杜威學(xué)者提出的那樣高深，對(duì)于一門技術(shù)性和科學(xué)性學(xué)科而言，在課堂上對(duì)于學(xué)生動(dòng)手能力的鍛煉是不可缺少的，對(duì)于學(xué)生邊做邊學(xué)的要求幾乎是每堂課的要求。

（四）布魯納認(rèn)知思維層次

人對(duì)于事物的認(rèn)識(shí)是基于主動(dòng)構(gòu)建的過(guò)程，但在認(rèn)識(shí)客觀規(guī)律時(shí)也同樣受學(xué)習(xí)者生活環(huán)境以及之前的生活經(jīng)驗(yàn)所影響。根據(jù)布魯納的理論我們知道，人對(duì)于知識(shí)的理解大致可以分為六個(gè)層次。知道、領(lǐng)會(huì)、運(yùn)用為低層次思考，分析、綜合、評(píng)價(jià)為高層次思考。處于低層次思考時(shí)通常對(duì)于知識(shí)的掌握是不夠牢靠，或者屬于假性學(xué)習(xí)狀態(tài)，例如僅僅對(duì)知識(shí)能夠形成知道，即簡(jiǎn)單地聽(tīng)別人陳述一件事，屬于知道階段，簡(jiǎn)單的機(jī)械性背誦也屬于此階段。能夠?qū)χR(shí)內(nèi)化成自己的理解并不只是簡(jiǎn)單地運(yùn)用，而是通過(guò)深度分析，把知識(shí)遷移到其他的場(chǎng)景中，并且能夠?qū)τ趹?yīng)用的內(nèi)容和方法，進(jìn)行客觀公正的評(píng)價(jià)，反思不斷優(yōu)化的過(guò)程，我們可以把此階段的學(xué)習(xí)稱為高層次思考。而學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中則應(yīng)盡量避免低層次思考，多進(jìn)行高層次思考。教師在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中同樣要考慮學(xué)生從低層次思考轉(zhuǎn)向高層次思考的過(guò)程，從知道、背誦、陳述到分析轉(zhuǎn)化、應(yīng)用、評(píng)價(jià)的過(guò)程，所以教學(xué)設(shè)計(jì)中教師應(yīng)該層層遞進(jìn)且難度適中。

三、基于計(jì)算思維培養(yǎng)的Scratch教學(xué)案例設(shè)計(jì)

（一）Scratch的特點(diǎn)

Scratch2.0界面簡(jiǎn)潔，而且以模塊化的語(yǔ)言作為基礎(chǔ)，學(xué)生以類似于搭積木的形式就能完成簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)，不會(huì)讓學(xué)生一接觸編程化語(yǔ)言就有畏難情緒，而且多以有趣的場(chǎng)景、生動(dòng)的角色、趣味性聲音為主，可供學(xué)生選擇的范圍較為廣泛。

（二）教學(xué)案例設(shè)計(jì)思路

注重創(chuàng)設(shè)的情境。情境創(chuàng)設(shè)有時(shí)對(duì)于一節(jié)課的成功與否甚至能夠起到?jīng)Q定性作用，本研究中的Scratch課程設(shè)置為小學(xué)五年級(jí)的下冊(cè)。根據(jù)小學(xué)生11歲左右的心理以及行為特點(diǎn)，心理學(xué)家皮亞杰研究得出7～12歲的學(xué)生正處于具體運(yùn)算階段，即能憑借具體事物或形象進(jìn)行分類和理解邏輯關(guān)系。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心以及求知欲，在情境中要注意找尋學(xué)生的生活實(shí)例。同時(shí)注意學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與合作式學(xué)習(xí)，教師要學(xué)會(huì)適當(dāng)放手，準(zhǔn)確引導(dǎo)。讓學(xué)生做課堂的主人，真正發(fā)揮他們的創(chuàng)造能力和發(fā)散性思維的能力。

分析問(wèn)題、抽象化模型。以任務(wù)為導(dǎo)向，讓學(xué)生明確任務(wù)，再根據(jù)任務(wù)線，一步一步完成。但剛接觸到程序設(shè)計(jì)時(shí)，由于學(xué)生沒(méi)有計(jì)算思維的能力，需要教師慢慢引導(dǎo)。分析問(wèn)題，運(yùn)用計(jì)算思維的方法把大的問(wèn)題拆分成一個(gè)個(gè)子問(wèn)題，通過(guò)解決一個(gè)個(gè)子問(wèn)題，最后實(shí)現(xiàn)解決大問(wèn)題的目的。分析問(wèn)題是計(jì)算思維在問(wèn)題求解里最基本的能力要求，需要學(xué)生在循序漸進(jìn)中逐步養(yǎng)成這樣的思想，進(jìn)而提高運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)解決問(wèn)題的能力。抽象化模型，即我們?cè)趯?duì)一個(gè)問(wèn)題描述要求時(shí)，有時(shí)候僅僅用文字是不夠的，很容易產(chǎn)生歧義，這時(shí)我們?yōu)榱吮苊猱a(chǎn)生這樣的問(wèn)題，便可以通過(guò)流程圖的設(shè)計(jì)來(lái)表達(dá)我們的意思，能一目了然地展現(xiàn)我們的功能需求。

動(dòng)手操作、優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于程序的設(shè)計(jì)不是一蹴而就的，在完成基本功能以后我們需檢查整個(gè)設(shè)計(jì)的合理性、美觀性、邏輯性等，在不斷地修正過(guò)程中形成知識(shí)更高階的理解與發(fā)散。

展示評(píng)價(jià)。對(duì)于一堂課而言，評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)大家并不陌生，但是在課程設(shè)計(jì)中卻往往會(huì)忽視此環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)在布魯納的理論中恰恰是對(duì)知識(shí)最高階的理解，在同學(xué)們互相評(píng)價(jià)與教師評(píng)價(jià)中才能產(chǎn)生更多的對(duì)知識(shí)的高層次理解，以提高學(xué)生的審美、批判、多角度思考的能力。

（三）旋轉(zhuǎn)色彩教學(xué)案例設(shè)計(jì)

1.創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)疑啟思

教師：“上節(jié)課我們已經(jīng)初步了解了Scratch編程軟件的魅力，并且已經(jīng)知道了在Scratch中角色、背景的基本應(yīng)用，這節(jié)課我們一起來(lái)繼續(xù)暢游在Scratch編程的魔幻魅力中，大家在網(wǎng)上玩小游戲時(shí)用的畫筆是什么樣的？有沒(méi)有非常特別的畫筆給同學(xué)們介紹一下吧！我們平時(shí)用的畫筆都過(guò)于單一，種類不多。今天我們來(lái)自己設(shè)計(jì)一個(gè)你喜歡的筆刷類型，讓它能夠旋轉(zhuǎn)起來(lái)畫畫?！?/p>

在情境創(chuàng)設(shè)中運(yùn)用學(xué)生熟悉的網(wǎng)上小游戲畫筆來(lái)與Scratch中要設(shè)計(jì)的畫筆產(chǎn)生自然連接，一下子與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)連接起來(lái)，使學(xué)生更易于理解。

教師演示筆刷的種類設(shè)計(jì)，同時(shí)請(qǐng)學(xué)生發(fā)揮想象力畫出自己喜歡的筆刷種類，多元智能理論中美學(xué)只能是人的八大智能，此時(shí)我們就可以鍛煉學(xué)生的美學(xué)智能。

2.分析問(wèn)題，抽象化模型

教師：“本節(jié)課我們的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)畫筆讓它跟隨鼠標(biāo)指針旋轉(zhuǎn)起來(lái)畫畫，我們已經(jīng)完成筆刷的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在我們還需要一個(gè)指令跟隨鼠標(biāo)，考慮如何讓它旋轉(zhuǎn)起來(lái)，接下來(lái)我們就一起完成流程圖的設(shè)計(jì)：讓筆刷畫畫、程序開(kāi)始、分解任務(wù)（設(shè)計(jì)筆刷、旋轉(zhuǎn)起來(lái)、跟隨鼠標(biāo)）、程序結(jié)束?！?/p>

教師展示今天需要完成的任務(wù)一：讓筆刷旋轉(zhuǎn)起來(lái)。此時(shí)讓學(xué)生觀察動(dòng)畫中有什么，考查、鍛煉學(xué)生的直觀細(xì)致觀察能力，學(xué)生可以看到筆刷在旋轉(zhuǎn)、鼠標(biāo)移動(dòng)到哪里筆刷便跟隨到哪里，點(diǎn)擊停止按鈕筆刷才停下來(lái)。

教師：“從流程圖里我們明確了我們的每一個(gè)步驟，把整體任務(wù)分解成子任務(wù)，我們就可以根據(jù)子任務(wù)來(lái)完成整個(gè)程序設(shè)計(jì)。在此過(guò)程中我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)新的概念圖章工具，它在畫筆功能模塊里，圖章就是我們平常理解的復(fù)制的作用，就相當(dāng)于蓋印戳，可以蓋一個(gè)或者無(wú)數(shù)個(gè)?！?/p>

3.學(xué)生動(dòng)手操作、優(yōu)化設(shè)計(jì)

在學(xué)生根據(jù)教師的展示中完成第一個(gè)簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)以后，分成小組討論：“我們的程序設(shè)計(jì)里你覺(jué)得可以有哪些改進(jìn)的地方，有哪些不合理的地方？”學(xué)生思考，通過(guò)討論得出，筆刷的種類是否可以隨意切換而不是在畫的時(shí)候只能用一種筆刷，筆刷跟隨鼠標(biāo)指針移動(dòng)時(shí)能不能按下鼠標(biāo)指針才畫圖，不按下的時(shí)候不畫圖，能不能在畫布畫滿時(shí)把畫布清空重新畫？筆刷旋轉(zhuǎn)的角度能否更換呢？根據(jù)討論最終得到完善的程序，如下圖。

4.展示評(píng)價(jià)

每組學(xué)生完成作品以后，展示做得好的作品，并且其他組給予公正客觀的評(píng)價(jià)，在展示過(guò)程中鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力以及思辨能力，各組之間取長(zhǎng)補(bǔ)短，多角度思考問(wèn)題。

學(xué)生一：“我們組的筆刷設(shè)計(jì)外觀精美，在實(shí)現(xiàn)畫圖時(shí)能切換不同的筆刷，使得畫面更加精美?！?/p>

學(xué)生二：“我們組在筆刷的旋轉(zhuǎn)角度上做了更改，使得每朵花瓣畫得更大更美，這樣使得中間部分空出來(lái)，我們?cè)傧肽懿荒軗Q種筆刷把中間空心圓部分填滿，這樣一朵花瓣上就有兩種筆刷，使得花瓣更加絢麗?！?/p>

教師：“你們能根據(jù)自己對(duì)于知識(shí)的加工多角度完善程序，每組的想法都值得借鑒，同學(xué)們課下也可以試一試自己的想法，看看能否實(shí)現(xiàn)?！?/p>

在展示評(píng)價(jià)時(shí)部分學(xué)生可能不清楚應(yīng)該在哪些方面評(píng)價(jià)，所以筆者具體設(shè)計(jì)進(jìn)行如下幾方面評(píng)價(jià)：一是構(gòu)思，包含主題明確、作品完整；文字、角色、舞臺(tái)契合主題；作品有趣吸引人；作品運(yùn)行操作清晰。二是美觀性，包含界面布局合理，整體風(fēng)格統(tǒng)一；色彩搭配好，視覺(jué)效果好；文字、顏色大小搭配適宜。三是技術(shù)性，包含選用模塊合理，邏輯清晰流暢，代碼可讀性強(qiáng)；操作方便、易于控制；作品與讀者有交互。四是創(chuàng)新性，包含主題表達(dá)形式新穎；內(nèi)容創(chuàng)作注重原創(chuàng)性，構(gòu)思巧妙。

5.拓展

中華文化博大精深，我們的漢字漂亮又寓意深刻，能否試著實(shí)現(xiàn)用設(shè)計(jì)的筆刷讓程序自動(dòng)寫一個(gè)漢字呢？

在拓展部分基于核心素養(yǎng)下對(duì)于數(shù)字化創(chuàng)新部分提出要求，在中華文化的背景下，當(dāng)代中小學(xué)生更應(yīng)該堅(jiān)定我們的文化自信，同時(shí)提醒他們?cè)诔绦蛏系脑瓌?chuàng)性，做一個(gè)誠(chéng)實(shí)的好學(xué)生；這是提醒他們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)普及的當(dāng)下，信息社會(huì)對(duì)于新一代的學(xué)生而言有著不可推卸的責(zé)任，這也是教師傳遞美好品德及價(jià)值觀的重要契機(jī)。

本研究整合了新課標(biāo)下核心素養(yǎng)的要求、Scratch中計(jì)算思維概念的界定和周以真教授對(duì)計(jì)算思維的定義最終形成對(duì)學(xué)生三維目標(biāo)的要求。利用把案例分解成一個(gè)一個(gè)的小問(wèn)題來(lái)解決的科學(xué)方法，意在逐步培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的科學(xué)計(jì)算思維能力；利用杜威的“做中學(xué)”理論，讓學(xué)生鍛煉自己的動(dòng)手能力。運(yùn)用布魯納對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)思維圖，在案例設(shè)計(jì)中，讓學(xué)生從知識(shí)的知道到知識(shí)的運(yùn)用以及遷移，逐步掌握整個(gè)知識(shí)結(jié)構(gòu)的方式讓案例設(shè)計(jì)更加合理，在描述程序需求時(shí)我們借助了流程圖，更能幫助同學(xué)們清晰地理解程序要求。

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