基于计算思维的scratch课堂教学模式实践研究

当今社会，数字化和计算化已渗透到人们日常生活的各方面。要培养信息化时代的人才，就要培养学生适应现代信息化时代发展的思维能力——计算思维。计算思维能帮助学生通过计算机操作归纳整合类似难题的解决方案，科学有效地解决学习和生活中的困难。编程教学是信息科技课堂中培养学生计算思维的主要方式之一。而Scratch以其可视化编程界面、积木堆积式程序编写的优势大幅度降低了编程的门槛，成为适合小学生学习和实践操作的入门编程语言。目前，Scratch课堂没有固定的教法和定论，大多教师探寻最好的教学方法和策略。探索基于计算思维的Scratch课堂教学模式，有益于系统规范地整合Scratch课堂教学，大幅提升学生的计算思维。

实践背景

（一）培养学生思维能力的必要性

现在的信息科技课堂中教师过多地关注学生某些技能的操练与落实，而忽略了学生创造力和创新力的培养。小学生开展程序设计教学是为了通过程序的学习体验和亲手编写，提升学生对问题的分析解决能力，增强学生的创造力。

（二）Scratch 教学实践的可行性

从应用的软件工具层面来看，现阶段，编程语言持续发展，其难度不断下降，学生的接受度相对较高，且编程语言学习利于开拓学生思考问题的思路。从学生的心理发展阶段来看，运用 Scratch 编程语言培养学生的计算思维能帮助小学生从具象思维逐步向抽象逻辑思维过渡。

实践研究

（一）基于计算思维的Scratch课堂教学模式

2006 年美国卡内基梅隆大学周以真教授提出：计算思维是一种运用计算机科学基本概念求解问题、设计系统、理解人类行为的一系列思维活动，它包含抽象、分解、模式识别、算法思维、概括五个核心元素。研究通过课堂教学实践，归纳基于小学生计算思维培养的Scratch课堂教学模式，如表1所示。

表1 基于小学生计算思维培养的Scratch课堂教学模式

（二）基于计算思维的Scratch课堂教学案例

研究以“穿越迷宫吃小鱼”为例，介绍Scratch课堂教学模式在日常教学中的运用。

1.情境体验、提取问题

有趣的情境引人入胜，使学生在学习的过程中充满兴趣、主动思考。此环节教师可将情境带入编程环境，用自然语言过渡到程序语言，为接下来的 Scratch 编程学习打下一定的基础。

2.主动思考、分析问题

计算思维是将复杂的问题分解成一个个学生可以解决的问题。笔者基于日常的 Scratch 教学总结出“素材表”和“关键步骤操作汇总表”，帮助学生分解难题、分析程序、降低编程的难度，如表 1、2所示。

表1“穿越迷宫吃小鱼”素材表

表2“穿越迷宫吃小鱼”关键操作步骤汇总表

3.提出方案、绘制流程

完成作品分析后，进行程序设计。流程图是帮助思考、编写程序最实用的辅助工具。学生在 Scratch 课堂中经历思考、探索、寻求解决方案的完整过程，计算思维中的分解、算法思维得到很好的锻炼。

4.编程测试、修改程序

程序优化是对解题方法进行选择并证明为策略的过程。在程序优化的过程中，教师需要指导学生解决为什么要优化、优化的目标是什么、哪些部分需要优化三个问题。学生在思考这三个问题的过程中，思维的方向不再停留于问题解决的可行性与合理性，更要趋向理解、调和问题的各种解决方法。在测试 Scratch 程序的过程中，任何一个积木块的运用都可能导致最后的结果和预期不一致。笔者认为此时就要用好“程序优化表”，如表3所示。

表3 “穿越迷宫吃小鱼”程序优化表

5.同类归纳、交流分享

在规划和制作作品之后，学生在班级内分享作品，以及制作作品过程中碰到的困难及其解决方法。整个交流分享的过程不仅锻炼学生语言表达能力，促进其整理思路，还可以总结归纳这类问题的解决方法。

实践成效

研究根据计算思维的要素，设计两组14个题目，为期一个学期，在Scratch教学开始和结束时分别通过问卷星进行测试并对比数据，描述性统计分析如表4所示。根据实施课堂教学前后的两组测试数据对比看出，均值增高，方差变小，说明通过一段时间的Scratch课堂学习，学生总体计算思维水平有所提高。

表4 分数描述性统计分析

实践反思

• 提出多解方案，编程测试，提高学生的计算思维
• 革新课堂模式，探究尝试，增强师生创新能力

教师只做抛砖人，以情境或实际问题导入，引导学生思考，在适当的时候提供学生探究的学习支架，给学生足够的思考时间和探究空间。而学生成功解决问题也给教师提升创新课堂的信心和动力，此为一个良性循环，师生共同增强创新能力。

• 回顾实施情况，反思分析，优化课堂教学方式

教师选择合适的教学内容，以程序设计为突破口，设计更多适合学生的课例。利用更加有效的过程性评价工具或方式去跟踪、指导学生计算思维的变化过程。

上述研究归纳了基于小学生计算思维培养的Scratch课堂教学模式，以小学信息科技地图版教材第五单元《探究活动——编程世界探秘》中“穿越迷宫吃小鱼”一课为例，详细介绍了该模式在日常教学中的运用。所示案例，教学流程完整，紧紧围绕计算思维的五个核心要素展开，充分发挥学生的主观能动性，促进了学生计算思维的发展，为scratch相关课程的开展提供了宝贵的实践经验和建议。