基于计算思维培养的 Scratch 教学模式探究.docx

基于计算思维培养的 Scratch 教学模式探究
一、计算思维
计算思维是近年来信息技术教育领域普遍关注的一个热门词。

高中信息技术课程标准（2017年版）明确指出：计算思维是信息技术学科的核心素养之一。

可见，计算思维是未来社会所有人必须具备的一种思维能力，培养学生的计算思维势在必行。

什么是计算思维呢？2006 年3 月，周以真教授首次提出计算思维
的概念。

她认为，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活
动[1]。

2011 年，国际教育技术协会（ISTE）联合计算机科学技术教师
协会（CSTA）提出了计算思维的操作性定义，即计算思维是一个问题解决的过程，该过程包括确定问题、分析数据、抽象、设计算法、选择最
优方案、推广等六大要素[2]。

二、Scratch 与计算思维
Scratch 是由美国麻省理工学院（MIT）研发的图形化编程工具，
主要面向 8-16 岁的少年儿童。

Scratch 符合儿童的年龄特点及认知
发展规律，以采用拖拽、拼接指令“积木”块的方式来搭建程序脚本，
将编程过程可视化呈现给学习者，学生容易入门，还能从枯燥的程序设
计语言的语法学习和“敲”代码中解放出来。

“想象——编程——分享”是 Scratch 的设计理念。

学生在Scratch 创作过程中，充分发挥自有学者想象，创造属于自己的作品等，培养了创造性思维；在编程解决问题的过程中，锻炼了逻辑思维能
力；在官网社区与他人的沟通交流中，体验了思维碰撞，实现了共享学习。

由此可见，开展 Scratch 教学，有利于培养学生的计算思维。

三、基于计算思维培养的 Scratch 教学模式
融入计算思维六大要素的程序设计课堂的教学流程[3]，如图 1 所示。

图 1 基于计算思维的程序设计课堂教学流程
首先，要明确解决的问题，再将现实生活中的对象转变为计算机可以处理的对象，将一个现实问题转变为计算机可以处理的问题，即“抽象”。

然后，把要看似复杂的待解决问题分解为多个容易解决的小
问题。

其次，设计算法编写程序，编程中不断调试程序，排除错误，优
化算法。

最后，分享自己的解决方案，进一步改进和完善自己的作
品，同时“再创作”他人的程序。

根据程序设计课堂教学流程，结合 Scratch 编程工具的特点，通
过在教学中不断实践和反思，笔者总结出了如图 2 所示的基于计算思
维培养的 Scratch 教学模式[4]，将课堂教学分为确定问题、场景角色
分析、绘制流程图、搭建程序、调试与优化、分享与再创作共六个步骤。

其中，“场景角色分析”对应程序设计课堂教学流程中的“抽象”
和“分解”，“绘制流程图”和“搭建程序”对应“设计算法”。

Scratch
图 2 基于计算思维培养的 Scratch 教学模式
采用此教学模式，学生在教师的引导下，能亲历解决问题的整个
过程：其中，“确定问题”能够让学生对问题进行整体思考与规划；
“场景角色分析”能够培养学生将现实问题进行抽象、建模、分解的
能力；“绘制流程图”和“搭建程序”能够培养学生的算法设计与分析；
“调试与优化”过程能够有助于学生掌握预测、修正问题的方法，发展学
生优化算法的能力；“分享与再创作”过程，有助于学生树立分享意识，
提升问题解决的迁移应用能力。

所有这些能力就是计算思维的核心概念。

因此，该教学模式能培养学生的计算思维。

四、基于计算思维培养的 Scratch 教学案例
下面以 Scratch 编程经典案例——“英文字母打字游戏”为例，阐述基于计算思维培养的 Scratch 教学模式的应用过程和策略。

1. 第一步：确定问题
解决问题的前提是明确要解决的问题，这样才能有针对性地找到
解决方法。

在“英文字母打字游戏”中，笔者先让学生试玩金ft打字通
中的“拯救苹果”游戏，学生在这个过程中，迅速了解到打字游戏的
基本功能和玩法，因此，能轻松地用自然语言描述出来：多个不同的英
文字母随机从屏幕上方出现并向下坠落。

坠落过程中，如果玩家按下相
应的字母键，该字母立即消失，并得 1 分。

游戏时间为 1 分钟。

通过将
现实中的游戏迁移到程序设计中，大大地激发学生创作欲望和编程兴趣。

2. 第二步：场景角色分析
场景角色分析，实质就是计算思维的“抽象”和“分解”过程。

由于Scratch 脚本的搭建是基于场景和角色的。

因此，“抽象”
和“分解”也应该面向场景和角色。

首先，需分析游戏中涉及哪些场景和角色。

然后，逐步分析各个场景、角色的状态及其动作属性。

最后，建立场景之间、角色之间、场景与角色之间的关联。

在“英文字母打字游戏”中，场景很容易确定。

游戏开始时，导入一张淡雅简洁的图片作为舞台。

游戏结束，则出现有“Game Over” 字样的背景。

在分析游戏角色时，学生产生了分歧：有的学生认为有 26 个角色，即 26 个英文字母；有的认为只需要 1 个角色，为其设置 26 个字母造型，通过造型随机切换和“克隆”技术就可以实现屏幕上出现多
个不同字母的效果。

当然，这两种做法均可以实现游戏的最终效果。

只不过第一种较第二种，虽然在搭建程序时不用考虑造型和角色的数量问题，但是脚本较冗余，不够精简优化。

确定场景和角色后，笔者再逐步引导学生分析场景、角色的状态
和动作属性，填写如表 1 所示的场景角色分析表。

表中需要描述场景
/角色需要实现的效果，并写出实现此效果所用到的指令模块。

表 1 场景角色分析表
最后，建立场景之间、角色之间、角色与场景之间的关联。

本游戏中，只有 1 个角色，因此角色之间的联系不予考虑；场景之间的联系容易建立：游戏开始时，切换到淡雅简洁的背景；游戏结束时，切换到Game Over 背景；此外，角色与场景之间几乎没有关联。

如果场景、角色的关联较多且复杂，笔者建议采用思维导图的形式来梳理。

经上分析，笔者已经引导学生将“打字游戏”这个复杂的“大”
问题转化为表1中易于理解和程序实现的“小”问题。

3.第三步：画流程图
通过第二步场景角色分析之后，学生对场景、角色、关联都有了基本的了解。

接下来，笔者再引导学生根据场景角色分析表，绘制流程图来展现编写程序的思路和结构。

流程图直观形象，易于理解，有利于转化为程序。

本游戏中，字母克隆体的流程图如图3所示。

图 3 字母克隆体的流程图
4.第四步：搭建程序
在第三步绘制流程图中，Scratch脚本程序已初具雏形了。

虽然绘制流程图和搭建程序是两个步骤，但由于Scratch模块化、积木式的搭建方式，绘制流程图实质上就是在搭建程序。

流程图画好后，只
需选择对应的积木指令模块进行搭建，与字母克隆体流程图对应的积
木搭建图如图4所示。

图 4 字母克隆体的脚本
5. 第五步：调试与优化
当编写完Scratch脚本后，运行程序，经常会遇到与预期不同的情况发生，此时就需要快速、准确地去寻找出错的脚本，也就是纠错、调试程序了。

笔者一般组织学生在小组协作中进行程序调试。

让学生在组内观察、记录其他组员出现的错误，描述错误现象，找出错误语句，组内相互讨论解决这些问题的方法，并填写在如图5所示的小组协作纠错表中。

作者再修改程序，重复直至程序完全正确。

在这个过程中，学
生需要阅读他人的脚本，不断地分析，进而找出他人的错误，同时亦要改正他人纠出的自己的错误。

表 2 小组协作纠错表
程序设计中，同一个效果可以有多种途径或方法来完成，如果在其中找出一种最好的或者最合理的方式，就是计算思维中的“优化”。

优化的前提是不改变程序运行的效果。

通过优化，程序会变得更加简
洁、易懂，便于修改和维护。

例如，打字游戏中，1 个字母角色的程序就是26 个字母角色的程序的优化，其脚本精简不冗余，后期修改和维护也更加便利。

6. 第六步：分享与再创作
在解决问题之后，将解决问题的思路和方法推而广之，迁移到同一类问题的解决中，形成一种内在的思维能力，这就是计算思维中的“推广”。

“ 推广”可以通过作品的分享和再创作，去内化和迁移计算思维。

学生可以将自己的作品发布至 Scratch 官方社区，以及国内一些Scratch 社区网站，如阿尔法营、中国少儿编程网、Scratch 魔法学校等，和世界各地的学习者分享 Scratch 作品。

学生还可以在 Scratch 课堂中展示自己的作品、与老师、同学一起交流想法、分享创意。

针对打字游戏，笔者在学生展示分享作品时，提问学生“如何增设游戏的难易程度？”“如果让你来实现这个功能，
你会怎么做？”“如何让用户决定游戏的时间？”“字母坠落至屏幕下方，说明玩家一直没有按下相应的键，你觉得用扣分吗？”“你觉得还有哪些方面可改进的？”……与学生交流功能实现的关键技术和作品改进的思路，目的是开拓学生解决问题的思路。

此外，笔者鼓励学生通过 Scratch 社区网站，对他人已设计好的作品进行“再创作”，改进他人的程序，同时加入自己的想法。

学生在“再创作”的过程中，既要读懂他人的作品，又要在理解逻辑结构的前提下进行改进，计算思维将得到极大地锻炼。

五、应用效果与反思
经过一学年的Scratch教学实践，学生的学习效率明显地提高了。

一是学生对编程学习的态度发生了较大的转变。

之前抵触、缺乏兴趣，现在积极主动性较高；二是学生的学习方式逐渐由“单兵作战”转向“团体协作”，形成了“有问题共商讨”、“互帮互促”的学习状态。

三是学生的计算思维得到了训练和提高。

从接到游戏设计任务时的不知所措、无从下手，到轻松应对、甚至游刃有余，一些学生已经习惯于用抽象、建模、分解等计算思维去解决问题。

在教学过程中，笔者也发现了一些问题：例如，学生在控制多个角色的协调运行方面较弱，归根结底在于对角色分析时，建立角色之间的关联这一环节没有拿下。

此外，部分学生对自己作品的分享意识不够强烈，对自有学者作品的再改进不够创新，对他人作品的再创作止步于不愿阅读他人程序等等，今后仍需强化角色分析的能力，留出更多的时间，提供更多的机会，让学生多参与到“分享和再创作”过程中
去。

六、结束语
计算思维作为适应未来社会必备的思维能力，需要长期地培养和训练。

本文提出的基于计算思维培养的Scratch 教学模式，希望能对培养计算思维教学提供一些帮助，也希望更多的信息技术教师关注学生计算思维的培养。