Scratch环境下对学生创新能力的培养

Scratch环境下对学生创新能力的培养
作者：杨骏乐
来源：《中国信息技术教育》2017年第11期
从2014年起，笔者所在团队的研究课题“Scratch与学生创新能力培养的实践研究”从虚拟应用走向实践行动，实践的方式有：一是通过游戏、动画等虚拟媒体创作项目激发引导学生开展相关媒体的创新创作；二是将一些电子硬件引入程序教学，创设以Arduino等电子器件为基础的创新项目，引导学生开展基于实际生活任务来实现各类创新项目的开发与研究，带领学生利用编程、搭建，实现一个个与生活实践紧密结合的项目。

笔者所在团队主要将虚拟同现实融合，将原理同功能整合，将学习同创新结合，逐步培养学生勇于实践、敢于创新的精神，并提炼出Scratch虚实项目开展的基本要素及具体实施策略。

● Scratch虚实项目开展的基本要素
1.整合运用基础知识，夯实创新能力基石
创新能力应具备的知识结构包括基础知识、专业知识、工具性知识或方法论知识以及综合性知识四类。

Scratch作品创作的过程是一个对各类知识体系的综合运用、整体检验的过程。

Scratch学习本身就包含了编程基础知识、计算机智能化等专业知识，运用程序设计工具解决难题的工具性知识或方法论知识，以及综合运用各类知识解决问题的能力。

Scratch的指令模块大致涵盖动作、时间、外观、控制、声音、侦测、画笔、数字和逻辑运算、数据、硬件拓展等十大类模块。

每个模块的熟悉使用不仅是对编程基本流程控制思想的学习，也是对计算机处理信息的方式等知识的实践化学习。

Scratch工具的整体化应用培养了学生对工具性知识的熟练掌握；同时，学生需要对各学科的知识融会贯通，并综合运用这些知识创造出实际作品。

2.解放课堂联系实际，倒逼创新意识的培养
应试教育模式是束缚学生创新思维的枷锁，因此，要打破枷锁就要创新课堂、解放课堂。

教师要解放教学内容、教学模式、教学工具、教学环境、教学目标。

笔者认为，创新能力是在一定知识积累的基础上训练出来、启发出来的，甚至是可以“逼出来”的。

3.创设求新求变环境，磨练创新思维品质
教师通过引导学生不断发问，激发学生对原有事物求新求变、不断完善，从而不断磨练学生的创新、创造思维。

例如，教师通过设计赛车游戏，在学生完成基本赛车操作的基础上，引导他们对赛车进行更多操控方式创意、对赛道进行更多障碍方式的变革等，激发学生对新事物的渴求，不断磨练其创新思维。

4.加强实践项目研究，煅铸创新技能利器
创新需要以实践为基础，因此教师在教学中需要培养学生在实际环境中解决问题的能力，进而磨练他们的创新技能。

学生受家庭及学校教育的影响，往往动手能力比较欠缺，在制作或创作作品时，往往会出现有想法、没能力的尴尬局面，因此培养学生敢动手、会动手、巧用工具、统筹设计等方面的实践能力尤为重要。

笔者所在团队将与实际紧密结合的创新项目引入的目的也是想通过项目作品的制作开发，让学生重拾工具，参与真正的生产生活，培养其缺失的创新实践动手能力。

● Scratch虚实项目实施策略
创新能力综合反映创造者的智力技能、感情技巧和动作技能，主要包括观察能力、系统分析和决策能力、理解力、发现问题的能力、动手实践操作能力等诸多能力。

为了在Scratch虚实项目中有效培养学生的创新能力，笔者所在团队根据Scratch特点主要从以下三个方面入手。

1.以任务导向启动学习，提升系统分析能力
学生实践创新项目必须经历一个类似工程开发、项目实施的复杂过程。

Scratch作为一种对象编程、技术开发的手段，为学生设计系统化的程序作品项目提供了可能。

而在这个复杂的作品项目中，包含了角色艺术造型设计、故事或游戏情节设计、对象分析、脚本程序设计、硬件搭接、测试调试等多方面的任务。

要有序地实施整个作品项目，教师必须以顶层设计的理念引导学生经历系统分析、整体规划、分步实施的过程，并在此过程中培养学生系统规划和分析的能力。

2.以探究学习为主体，提升问题解决能力
创新实践的过程交织着各种未知的纷繁复杂的问题，探究教学就是要培养和引导学生主动参与到发现问题、解决问题的过程中去。

Scratch作为一种计算技术工具能够很好地将一些复杂问题化繁为简。

因此，在创新实践活动中，教师要巧妙地暴露问题，并启发学生用“慧眼”去发现问题，进而找寻解决问题的关键策略。

通过实践，笔者发现，尝试试用法和同类迁移法可以很好地引导学生自主探究，达到很好的教学效果，学生自主解决问题实现作品效果的达成度比较高。

3.软硬件有机结合，训练学生动手能力
Scratch与硬件的兼容性和开放性，为培养学生的动手实践能力提供了可能性。

因此，笔者所在团队深入研究，努力寻找既符合学生认知能力又能锻炼学生动手实践能力的项目，设计了一系列的动手实践项目。

如将摄像头与小纸棒相结合尝试制作体感游戏；将绘画、LED、电路图相结合构建纸电路，设计美丽的图画；超声波控制LED灯，声控智能电灯；各类传感器相结合制作神奇的贺卡；用声音控制动画；用手机控制游戏等。

这些项目基于Scratch的程序
设计教学，又引入了硬件操作，将虚拟与现实紧密联系起来。

动手实践项目不仅锻炼了学生学以致用的能力，还激发了他们的创新实践能力。

● Sc ratch虚实项目结合成果提炼
在姑苏区区域层面推进Scratch与硬件相结合的创新项目，突出培养了区域学生的创新能力。

在项目的开展过程中，笔者所在团队将STEAM教学理念与创新项目结合，整合了艺术、科学、技术、农业、军事、交通、游戏等方面的内容。

1.Scratch音乐
该项目是利用Scratch程序中的音乐功能配合Arduino控制器以及光、触感等，实现多种物品的触碰发声。

学生利用编程设定不同触发方式的发音，在一定的击打顺序下，能像弹钢琴一样在任意物体上弹奏出美妙的音乐。

学生将乐理知识与电子技术相互结合，创造出生活化、个性化的电子音乐乐器，演奏出美妙的音乐。

2.交互游戏
该项目主要是利用了手机与Scratch进行无线通信，并利用手机的重力平衡、触碰、手势、光感等功能来控制游戏角色。

学生可以自制或改编想玩的游戏，并利用手机这一常用又易用的设备实现一些高价交互游戏设备的功能，引导学生从对游戏表面的关注转向对游戏背后知识技能的学习。

该项目激发了学生对互动交互游戏的创作兴趣，在创作作品时调动了学生对硬件技术与游戏程序对接原理知识深入认识的渴望。

3.保卫钓鱼岛
该项目是利用Scratch和外部感测设备以及私服马达模拟，实现了军用雷达的基本功能，利用超声波探测设备按一定周期来回往复地旋转，实现扫描周围是否有飞行物体的目的。

该项目在Scratch界面中同步呈现扫描图像及飞行物体位置，进而为导弹反击指引目标，将军事领域与电子技术、信息处理技术结合，有效地调动了对军事感兴趣的学生的钻研热情。

4.智能灌溉
该项目是学生利用Scratch及外设的自动化控制功能初步实现了植物灌溉的动态控制，利用光感、土壤温湿度传感感测土壤变化，利用电子水阀控制滴管喷水，从而实现Scratch智能灌溉的基本功能。

如配合太阳能电池和雨水积攒器将使这个灌溉系统变得更加易于迁移。

该项目使学生明确通过技术创新能改变传统农业耕种模式，提高智能化水平。

5.智能交通
智能交通的作品创作灵感源于苏州每天早上拥挤的交通状况，苏州实行公交优先通行机制，但无公交车优先绿灯却占时的情况也时有发生。

因此，学生利用Scratch程序及超声波传感模拟尝试解决这一交通问题，即利用超声波感测公交车道是否有车，然后再利用程序判断并关闭公交专用灯，提前放行普通车道，节省车辆通行时间。

该创新项目是对城市管理问题的涉足，让学生运用所学信息技术知识结合智能化硬件创作解决方案，提高城市管理效率。

6.智能校园
该项目是姑苏区Scratch创新项目团队的一个集体工程，其中房子的主体结构是由学生自主设计并用3D打印机打印而成。

同时，房子的另一个亮点是“智能”，就是在房子中安装了不少学生设计的基于Scratch程序的智能化系统，包含智能灯光系统、智能风控系统、智能报警系统，整个系统由Scratch程序统一控制，未来这些设计将逐步应用到学校中。

不同领域的项目开展让每一个参与实践的学生在活动过程中不知不觉地增长了知识技能，拓展了学习空间，激发了创作力和想象力，体验了动手制作的乐趣。

创新的基础是相关知识领域内容的积淀，教师应充分利用各领域的拓展，调动学生打开思路，创新结合新技术与各领域传统方式方法，最终形成新的作品。

Scratch环境下虚实项目的实施推进为学生的创新力培养拓宽了思路，拓展了空间，将学生从虚拟封闭的环境中解放出来，进一步提升了区域运用Scratch开展学生创新教育活动的品质，成为学生创新能力培养的重要抓手。