探究式編程教學(xué)開啟孩子的計算思——以Scratch教學(xué)為例摘要：計算思維是信息技術(shù)課的核心素養(yǎng)，在中小學(xué)的信息技術(shù)課程中如何進(jìn)行計算思維能力的培養(yǎng)與提高，已成為中小學(xué)教師共同討論并關(guān)注的熱Scratch作為一款圖形化編程工具，是為協(xié)助兒童學(xué)習(xí)創(chuàng)意思考、協(xié)同合作及系統(tǒng)性思考所發(fā)展出來的一個程序設(shè)計工具。筆者在文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，基于探究式教學(xué)模式、計算思維和創(chuàng)新思維開發(fā)理念，設(shè)計了基于Scratc編程探究式教學(xué)模式流程。對具體教學(xué)中實施的策略和方法進(jìn)行展示，教學(xué)研究與實踐為在Scratch編程教學(xué)中培養(yǎng)小學(xué)生計算思維作了有益的探索。關(guān)鍵詞：探究式教學(xué)，編程，計算思維，Scratch教學(xué)引言：隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息素養(yǎng)與創(chuàng)造能力的培養(yǎng)成為信息技術(shù)教育的主題，程序設(shè)計回歸中小學(xué)課堂并成為主導(dǎo)內(nèi)容，于是傳統(tǒng)的基于代碼的編程方式遭受質(zhì)疑，可視化的思維表達(dá)方式越來越受重視。小學(xué)生作為求學(xué)的啟蒙階段，可以說課堂教學(xué)質(zhì)量的高低直接影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，對學(xué)生計算思維能力有著直按的影響。Scratch計算能力強大、界面設(shè)計獨特、程序語言形象直觀，能有效降程語言的難度，提高學(xué)生對程序設(shè)計的興趣。針對編程本身特點及其對學(xué)生“計算機思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”等核心素養(yǎng)的要求，在小學(xué)階段編程課堂中Scratch的課堂更是以實踐探究為核心，培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力的主戰(zhàn)場。一、簡介1．計算思維第一個提出計算思維的人是美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計算機科學(xué)系主任周以真教授，她對計算思維的定義是：計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動。她認(rèn)為在基礎(chǔ)語言能力中應(yīng)該加入計算機運算的因素，在讀、寫和算數(shù)之外，還需要加上計算機運算的概念：計算機計算思維的技巧，并不只是計算機科學(xué)家的專利，而是每個人都應(yīng)該具備的能力及素養(yǎng)。(見圖1)圖1計算思維的四個方面計算思維是一種問題解決的方式，包括問題分解、模式識別、模式歸納、算法開發(fā)四部分。問題分解是把問題分解為若干部分或步奏，模式識別是識別并發(fā)現(xiàn)模模式歸納是尋找識別模式形成背后的一般原理，算法開發(fā)是為開發(fā)解決問題或任務(wù)步奏的指令。編程教育的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，而Scratch是很受歡迎的青少年編程教育工具。22．Scratch簡介Scratch是一款針對8--16歲兒童的圖形化編程工具，由美國麻省理工Scratch2.0界面（見圖2），由舞臺區(qū)、角色列表區(qū)、舞臺列表區(qū)、指令區(qū)、腳本區(qū)組成它的編程實現(xiàn)方式是通過鼠標(biāo)將指令拖拽到右邊腳本區(qū)積木式拼合在一起，創(chuàng)建帶有交互式的故事、動畫、游戲、音樂及視頻等作品。圖2Scratch2.0界面Scratch不只簡單、有趣，而且程序概念完整。更棒的是，Scratch被廣泛的與各種感應(yīng)板、傳感器結(jié)Arduin、mBot機器人、Tell無人機等，非常容易生高度的學(xué)習(xí)興趣，而學(xué)習(xí)的動機與興趣，又是影響學(xué)習(xí)成效極重要的關(guān)鍵因素。二、理論支1．計算思維三維框架理論2012年，美國麻省理工學(xué)院媒體實驗室(MIT)終身幼兒園研究小組(LifelongKindergartenGroup)在多年研究Scratch在線社區(qū)、Scratch教師工作坊以及互動媒體設(shè)計者的編程活動基礎(chǔ)上，提出了計算思維三維框架理論，它包括計算概念、計算實踐、計算觀念三個維度。2．Scratch課程中的計算思維在Scratch課程中，學(xué)生在編程、問題求解過程中體現(xiàn)其計算思維能力。根據(jù)計算思維三維框架理論提到的七個計算概念包含于Scratch的動作、外觀、聲音、畫筆、控制、偵測、數(shù)字和邏輯運算、變量這八大指令中。這些對應(yīng)的是知識與技能。在Scratch課程中，不僅要關(guān)注遞增和重復(fù)、測試和調(diào)試、再利用和再創(chuàng)作以及抽象和模塊化四組策略，還要關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)。計算實踐對應(yīng)過程與方法，教師需要充分利用有限的課堂時間，幫助和引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計作品和完成作品這個過程中獲得計算實踐能力，體現(xiàn)為Scratch編程能力。計算觀念是學(xué)生使用Scratch創(chuàng)建互動媒體的過程中形成的對自己與他人關(guān)系及周圍世界的理解，對應(yīng)情感態(tài)度與價值觀，這是一種有關(guān)人格塑造、思維習(xí)慣養(yǎng)成的學(xué)習(xí)結(jié)果。教師要引導(dǎo)學(xué)生形成良好的計算觀念。3．探究式教學(xué)模式探究式教學(xué)模式是教師選取與生活中緊密聯(lián)系的主題，創(chuàng)設(shè)情境，提出問題，學(xué)生圍繞一定的主題積極主動地尋找問題的答案，目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。相比傳統(tǒng)的教學(xué)模式，探究式教學(xué)模式以學(xué)生為本，在做中學(xué)，通過自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的形式開展，注重學(xué)生的主動性和求知性。三、基于探究式Scratch編程教學(xué)模式設(shè)探究式Scratch創(chuàng)意計算思維教學(xué)模式是教師要學(xué)會引導(dǎo)青少年以設(shè)計者或創(chuàng)建者的身份投人到創(chuàng)意設(shè)計活動中，在設(shè)計、創(chuàng)建、實驗、探究和分享動態(tài)的、互動的計算媒體的過程中發(fā)展成為計算思維者和計算創(chuàng)造者，以便在跨越不同學(xué)科、情境的工作、生活中都能利用計算概念、計算實踐和計算觀念，為未來的職業(yè)發(fā)展做好準(zhǔn)備?；诖私虒W(xué)模式，設(shè)計了探究式Scratch編程教學(xué)活動。1．情境體驗，設(shè)置任務(wù)在情境體驗過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生體驗情境，讓學(xué)生了解本節(jié)課的知識目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。創(chuàng)設(shè)情境時要充分考慮學(xué)生的年齡及理解能力，要與學(xué)生的真實生活密切相關(guān)，使他們明了主題。在這個過程中，計算實踐是關(guān)鍵，它關(guān)注了學(xué)生如何去學(xué)習(xí)。在創(chuàng)作過程中，學(xué)生需要完善故事情節(jié)，必須不斷測試和調(diào)試，修改再創(chuàng)作，最后形成模塊化作品。2．案例分析，自主探究案例分析的目的是讓學(xué)生在明了主題后能夠知道用什么樣的思路和算法完成作品，幫助學(xué)生掌握計算概念，即Seatch中的編程指令。學(xué)生依據(jù)情景體驗，用自己的語言把問題表征出來，小組內(nèi)合作研討完成問題清單（如表2），通過激發(fā)學(xué)生提出于啟發(fā)學(xué)生分析任務(wù)，為任務(wù)的分解做好鋪墊，從而促成學(xué)生的發(fā)散性思考，使學(xué)生經(jīng)歷計算思維中“分解”過程。這個環(huán)節(jié)為學(xué)生提供了教學(xué)支架，增加了學(xué)機會，目的是培養(yǎng)學(xué)生自主探究能力和互作探究解決問題的能力。3．教師講演，答疑解惑案例分析及小組合作探究初次設(shè)計遇到問題后，教師采用任務(wù)驅(qū)動法，傳授新知識點，引導(dǎo)學(xué)生通過換角色并增加角色、換對話內(nèi)容、換場景等，模仿或創(chuàng)造出應(yīng)用計算思維的Scratch作品。學(xué)生的學(xué)習(xí)是主動的、真實的，學(xué)習(xí)體驗是深刻的，學(xué)生就會明自為什么要學(xué)習(xí)這些知識，減少了機械學(xué)習(xí)和無效學(xué)習(xí)的發(fā)生，增加了有效教保證了課堂教學(xué)的高效性。在學(xué)生設(shè)計和搭建腳本之前，要先完成程序設(shè)計表（見表3）。基礎(chǔ)較好或理解好的學(xué)生，能很快掌握程序設(shè)計表，而對于基礎(chǔ)較差的學(xué)生，教師，并給他們更多的時間在操作中體會。通過這個過程，引導(dǎo)學(xué)生對一個看起來復(fù)雜的問題逐步分析，然后分解為一個個相對簡單容易理解的“小”問題，并重新闡釋成學(xué)生知道怎樣去解決的問題，理清每個角色的動作與編程思路，從而為建模和程序設(shè)計搭起支架，體現(xiàn)了計算思維中“分解”和“建模”的思想。提高學(xué)生的計算實踐能力，增強學(xué)生的邏輯思維能力。4．調(diào)試作品，發(fā)展個性在接受新知識后，可采用自主探究和組內(nèi)討論的方式，針對過程中的問題進(jìn)行交流反復(fù)修改作品，填寫程序糾錯4），這個過程加深了學(xué)生對概念有助于學(xué)生綜合能力的提高和計算觀念的養(yǎng)成。完成了實例程序的設(shè)計，學(xué)生還只是停留在模仿的層次，要讓學(xué)生從模仿、創(chuàng)造再上升到創(chuàng)新，就必須指引學(xué)生不斷嘗試改進(jìn)甚至創(chuàng)作自己個性化的程序作品。這樣的教學(xué)過程不僅要求學(xué)生對知識和技能進(jìn)行識記和理解，更需要對其進(jìn)行深入的分析和靈活的運用，對學(xué)生的計算思維提出了更高的要求。在對程序進(jìn)行調(diào)試、改進(jìn)的過程中，需要不斷地分析、查錯、改錯、改進(jìn)、完善、優(yōu)化，這就體現(xiàn)了計算思維中“”“糾錯”“選代”的思想。實際上，”“糾錯”“迭代”的思想是貫穿于學(xué)生的整個通過不斷的糾錯、迭代，使學(xué)生得到反復(fù)磨練和改進(jìn)，知識、能力、思維獲得了不斷提升。5．分享交流，多維點評通過對程序作品的交流分享，不但讓學(xué)生能借鑒同伴的知識、技術(shù)與創(chuàng)意，還有利于學(xué)生的思想交流，展示是對學(xué)生的肯定，也是學(xué)生再學(xué)習(xí)的種方式。交流分享，不僅是展示自己的機會，也是對別人作品的評價過程，學(xué)生在交流分享中完成對知識的歸納總結(jié)，對學(xué)習(xí)的過程進(jìn)行概括與表述，這也正是計算思維中“概括”及“評估”思想的一種表現(xiàn)，這個過程有助于學(xué)生綜合能力的提高和計算觀念的養(yǎng)成。6．歸納總結(jié)，知識拓展課堂教學(xué)最后，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本節(jié)課的知識點，鞏固知識，以學(xué)生為本，為有能力的學(xué)生提供拓展任務(wù)。四、基于計算思維培養(yǎng)的Scratch編程教學(xué)實施效果根據(jù)探究式理念下小學(xué)Scratch編程教學(xué)模式進(jìn)行了一年的實踐。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式對比，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)效果都發(fā)生了比較大的變化，學(xué)生的計算思維也得到了充分發(fā)展。首先是學(xué)生對Scratch編程這門課產(chǎn)生了很濃厚的興趣，不但在課堂上認(rèn)真學(xué)習(xí)，下課也主動探究，樂此不疲。其次，學(xué)生的綜合能力也有明顯的提高，對于課堂任務(wù)，能夠準(zhǔn)確分析需求，并學(xué)會不斷調(diào)試，完善作品。思維能力和動手實踐能力比較強的學(xué)生，主動充當(dāng)小老師幫助其他同學(xué)解決問題，體現(xiàn)團隊最后，學(xué)生的創(chuàng)新思維活躍了很多，在課堂上總能產(chǎn)生各種奇思妙想，設(shè)計出新穎的作品。五、結(jié)束人工智能時代，創(chuàng)新教育模式越來越重要。教育者在開展教學(xué)探索時，要理論與實踐相結(jié)合，通過實踐不斷改進(jìn)教學(xué)方式，提高教學(xué)質(zhì)量。筆者經(jīng)過實踐證明，基于探究式教育理念下的小學(xué)Scratch編程教學(xué)模式有利于激發(fā)小學(xué)生對代碼編程的興趣，促進(jìn)學(xué)生計算思維的發(fā)展，提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)造力。參考文獻(xiàn)文章類[1]牟琴，譚良：《計算思維的研究