基于Scratch編程教學的小學生計算思維培養實踐研究

摘 要：科技的進步推動著信息技術學科的發展，當前信息技術學科的核心素養培養成了人們重點關注的焦點，而計算思維是信息技術學科必須培養的核心素養之一，也是學生成人成才必須具備的核心素養之一，成為廣大小學教師教學工作開展的核心。當前我國在計算思維理論研究方面已取得一定成果，但應用研究方面仍處于探索階段。文章結合計算機思維的內涵及發展現狀分析，結合Scratch編程教學的特點，探索小學信息技術課程進行計算思維培養的實施策略，促進小學生計算思維培養。

關鍵詞：計算思維;Scratch編程;信息技術

一、 引言

信息時代背景下，“互聯網+”在各行各業的應用已逐步被“人工智能+”取代，計算思維作為三大科學思維之一，指的是如何運用計算機科學理論開展問題的解答、系統的設計及人類行為的理解等一系列有深度、有廣度的思維活動，基本涵蓋了整個計算機科學內容。因此，如何強化培養已受到社會各界廣泛關注，教育管理部門及教育院校都引起足夠的重視，將其納入信息技術課程及其他課程教學架構之中，將并在課堂教學中探索融入培養計劃與策略。編程教學是計算思維培養的重要基地，在小學階段，借助麻省理工學院設計開發的少兒編程工具Scratch的教學，能夠有效提高學生的問題分析能力與解決能力，為學生的未來發展奠定堅實的基礎。文章基于Scratch編程教學，結合計算思維內涵，談談如何開展小學生計算思維培養，使學生從小學會創造性思考、科學化推理及高質高效處理問題。

二、 計算思維的內涵

計算思維從20世紀50年代就已經被專家學者提出，當時的稱謂為“算法思維”，并不斷推廣發展，滲透到教育領域。在2006年，美國著名大學計算機科學系主任周以真教授在權威的計算機科學雜志上正式開創性地給出“計算思維（CT）”的內涵定義：運用計算機科學的基本理論概念去進行問題求解、系統設計、人類行為理解的涵蓋計算機科學之廣度的系列思維活動。并在2008年進行定義的深化界定：CT是概念化的，不應局限于計算機學習和編程語言的開發，學生應調動多層抽象思維;CT是一個靈活思考辯證邏輯的過程，而不是機械定式的重復操作行為;CT是人類的大腦思維方式，而不是計算機運行模式，是富有想象力、能解決問題的等等。而在此基礎上，有其他國外專家也提出了自己的觀點，指出計算思維包括算法思維、評估、分解、抽象、概括等五大要素，而國內的許多學者也從不同的切入角度提出了不同的觀點，但殊途同歸，均強調計算思維能夠為問題解決提供強大助力。當前，我國教育課程改革在穩步推進，在2017年的《普通高中信息技術課程標準》里對計算思維內涵給出我國權威版解讀：計算思維是以計算機領域中運用的學科方法實現問題界定、結構模型建立、組織數據等等，通過對各種信息資源的判斷、分析與綜合整理，借助合理的算法實現問題的解決，并在這個過程中歸納總結計算機解決問題的思維與方法，并運用到其他學科知識學習和日常問題解決中的一種學科思維。

三、 我國計算思維的重要性與培養現狀

信息時代的到來為我國教育行業注入了新的生命力，為其價值取向提供新的方向，也要求教育事業必須有更新的作為與擔當，為社會未來發展培養更多全面發展人才，完成國家“立德樹人”的教育要求。當前，計算思維是學生成長之路必備的核心素養之一，是教育教學需要重點關注與重視的焦點話題，推動著課堂教學的優化改革，從原來的更加重視“技術教授”轉變為“思維培養”，不斷促進學生在思維能力的各個方面得到錘煉，包括思維意識、品質、習慣、方式、方法等等，不斷活躍學生思維，激活學生無限想象力與創造力，從而推動學生全面發展與終身學習。而結合數據資料的調查統計分析發現：在十年前，我國在計算思維領域的研究普遍以理論研究為主導，很少深入研究其應用模式，而近幾年則開始有專家學者意識到計算思維的重要性，紛紛關注并給予應用研究。按整體而言，計算思維的應用研究更多地針對高等教育學習階段，而在小學課堂的教學融入應用策略相對減少，仍處于初級研究階段，需要加深小學生計算思維培養策略探索。

四、 基于編程教學的小學生計算思維培養策略

（一）重視建構模型，培養小學生約簡思維

計算思維的重要目的是實現問題的有效解決，而問題的解決是建立在問題的確定基礎上的。而在信息技術課程的編程教學中，問題的確定需要經過一個模式構建的過程，所謂模型構建指的是將自然語言描述的問題轉變成借助計算機就能處理的模型。這是一個從具象到抽象的過程，而且抽象性是非常強的，是教學的重點和難點，因為抽象思維是信息技術學科學習的基礎，這就要求教師要注重如何將抽象思維簡約化，結合小學生的年齡特征及心理發展特點實際，將教學情境生活化，借助簡化的學習單引導學生建構出問題模型。

而Scratch編程課程的授課對象為八歲到十六歲年齡段的學生，正是學生從具象思維向邏輯思維轉變的過程，課程內容一般是一個主題為一個單元，圍繞問題如何解決展開。因此，教學活動的開展應根據學生的認知水平，將學生拿到的問題放置于學生熟悉的生活場景中，充分調動學生的探究興趣，讓學生投入到問題的分析過程中，更易于學生對學習任務的明確了解，順利運用數學建模，完成程序編寫，實現問題的解決，并在過程中升華情感與價值觀。例如，在教學《小小賽車手》一課時，教師可精心準備教學活動，組織學生一起觀看世界級四驅車大賽的視頻，然后讓學生分享自己玩四驅車時觀察到的行駛過程是怎樣的，從而認識到在編程過程中，參照對象的運動過程和特征，初步理順認知思維;然后，組織學生分組討論小車智能行駛過程中面臨的問題，在過程中明確學習任務，讓學生清晰認識到課程學習的任務內容，了解到Scratch編程學習不僅是抽象的知識學習，還會參與到生活中熱點話題的智能行駛汽車的研發工程，瞬間調動了學生解決問題的積極性，營造了良好的簡約思維培養環境。在學習任務明確后，教師應重視學生建模的過程引導，通過約簡細化學習任務來實現模型的順利構建。因此，在Scratch課程中，應注意學習任務的分解，結合小學生的認知水平和課程內容涉及約簡思維訓練的學習單，通過將學習任務的細化分解為明確的對象、對象的動作效果，幫助學生在腦海中迅速建立數學模型，并確保計算機是能夠處理解決的，這一個過程便是學生養成計算思維的重要第一步。值得注意的是，對象的動作效果分析過程中，教師應重視開展自然語言規范化描述訓練，使得學生逐漸認識到循環、選擇和順序三種算法控制結構過程。借助訓練學習單，逐漸理順學生的思維，讓每一步的操作更加簡約清晰，促使約簡思維的培養。

（二）引導化繁為簡，培養轉化思維

計算思維的內在本質是抽象與自動化的，如果說建模是學生思維框架的梳理，讓學生明白“做什么”，那么接下來就需要進入讓計算機知道“怎么做”的過程。所以，就需要將一個看起來比較復雜的問題，重新簡化為一個容易理解并能夠解決的問題，這就是轉化思維的培養。一般而言，我們可以借助聚焦指令、代入角色等方式，將繁雜的問題碎片化，使得計算機能夠接受處理。而新指令模塊的學習是Scratch編程的教學重點，教師可以為學生打造一個新指令塊使用學習環境，借助提問方式層層遞進，直到學生發現相關的指令塊，使得學生在這轉化過程中體驗感更強，更深入透徹地理解。例如，在《小小賽車手》中，小車如何能實現在賽道上智能行駛，是需要借助指令塊“顏色……碰到顏色……”來判斷轉化的。教師可讓學生從賽道背景圖的觀察入手，并設計思考的問題：1. 封閉賽道與賽道外側、內側背景顏色有什么不同？2. 小車在什么情況下需要返回賽道？3. 哪些指令塊能實現小車智能判斷該返回賽道？通過問題的指引，使得學生能逐步判斷出小車返回賽道的判斷標準：左前輪碰到賽道外側顏色塊、右前輪碰到賽道內側顏色塊，從而發現指令塊標準：“顏色……碰到顏色……”。在這樣的指令聚焦過程中，大大降低學生思維的難度，實現形象表達轉化為抽象，培養學生的轉化思維。

（三）鼓勵糾錯優化，培養啟發思維

編程教學中，學生建模后就會完成腳本搭建，而這不是結束，只是開始。隨后學生就需要檢查整個程序的運行能否實現預期目標，那么，糾錯與優化就成為學生繼續努力完成的任務。在這個檢查階段，學生面臨的是眾多不確定、難排解的因素，需要教師重視學生的啟發思維訓練，讓學生在過程中學會思考、聯想、領悟、化解，不斷錘煉啟發思維。當搭建的腳本運行結果與預期情況有一定差距甚至大相徑庭時，就是糾錯優化的開始。在Scratch編程教學中，結合這個軟件的特性，其出現的錯誤往往是一些邏輯上的錯誤，隱蔽性是很強的。所以，教師可以開啟“大膽假設到小心求證”的啟發思維訓練策略。首先，在“大膽假設”環節中，教師可以引導學生去仔細觀察整個調試過程中出現的非預期現象是怎樣的，啟發學生大膽猜測產生這些現象的原因源頭，并進行歸納整理總結;其次，去到“小心求證”環節，教師應結合學生猜測的問題進行歸納啟發，引導學生在盡可能根據自己的猜測對象逐一調試排除，在這過程中盡可能是在沒有干擾的情況下進行，直到整個腳本調試成功。比如，在常見的小車沖出賽道的錯誤問題中，學生會猜測是車速過快、方向調整不及時、旋轉角度不恰當等因素，就可以逐個排查求證?！败囁龠^快”這一個問題求證中，可進行指令塊“移動……步”的參數逐個調整，發現當小車是在賽道上采用的是慢速智能行駛就不會沖出賽道，就順利完成糾錯。在這個糾錯過程中，是學生重新開展問題確定、問題解決的一個全過程，教師如能充分把握此絕佳教育點，引入預設求證的方式，就可使學生的啟發思維得到深化培養，為整個程序設計更加優化提供有力保障。

五、 結語

綜上所述，小學信息技術課程是小學生計算思維培養的重要陣地，這不是一個一蹴而就的教學過程，需要廣大教師們應立足學生實際，采取合理的教學策略，利用編程教學來潛移默化地培養學生的約簡思維、轉化思維及啟發思維，從而實現學生計算思維的深化累積拓展，為學生日后的學習、生活乃至工作中更好地處理問題奠定堅實的基礎。

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作者簡介：李少芳，廣東省廣州市，廣州市海珠區衛國堯紀念小學。