基于思維導圖和SCRATCH平臺的少兒編程教學應用研究

胡夢迪 劉珊 嚴巖 唐川子 曹可兒

摘要：思維導圖作為知識可視化工具，被人所熟知，近年來不斷地被應用于教學。而Scratch是由麻省理工開發(fā)針對幼兒編程的軟件，其趣味性對少兒編程的效果逐步被人肯定。本文從理論與實踐兩方面出發(fā)，研究思維導圖與Scratch平臺相結合的少兒編程教學，以示例演示的形式介紹如何兩者相結合激發(fā)少兒的程序設計思維。

關鍵詞：思維導圖；Scratch編程；激發(fā)思維；教學設計

一.思維導圖概述

思維導圖又名腦圖，心智導圖，概念地圖，樹狀圖等，是利用圖像表達發(fā)散性思維的思考輔助工具[1]。思維導圖的原理是運用圖文并重的方法，通過一個中央關鍵詞連接與它相關的圖像，顏色，字詞，想法等，將思維形象化。結構上講首先有一個思考中心，然后由此中心向外發(fā)散出成千上萬的關節(jié)點，而每一個關節(jié)點也可以是另一個中心主題，再向外發(fā)散出成千上萬的關節(jié)點，呈現(xiàn)出放射性立體結構。內(nèi)容上講文字、數(shù)字、線條、顏色、意象、節(jié)奏、音符等都可以成為思維導圖的中心或節(jié)點。

使用思維導圖可以幫助激發(fā)、整理思維，但它只是輔助思維的工具，所以在運用思維導圖進行教學時，在學生學會畫思維導圖后，教師指導學生如何整理思維是關鍵的。

如果思維導圖被利用到學習，思考，記憶上，將會對發(fā)散性思考大有裨益?，F(xiàn)思維導圖已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到廣泛應用，在中國發(fā)展也已經(jīng)有20多年。

目前制作思維導圖常用的軟件有MindMaster，億圖圖示，Mindmanager，Xmind，iMindMap，F(xiàn)reeMind，MindMapper，NovaMind，百度腦圖等。

二.應用思維導圖進行教學涉及到的理論基礎

2.1神經(jīng)心理學

神經(jīng)心理學認同心理與腦部的關聯(lián)，認為腦是心理活動的物質本體，從而通過腦部的反應研究人的心理活動。思維導圖通過圖形與文字的結合，鍛煉學生們的大腦功能，從而促進學生們的心理成長。

2.2腦科學理論

腦科學理論認為腦是一個終生可塑的生態(tài)系統(tǒng)，它與一般的生命組織“物質-能量”的耗散結構系統(tǒng)不同的是三維的“信息-能量-物質”的結構系統(tǒng)[2]。思維導圖和腦的神經(jīng)結構很像，都是從一個點出發(fā)向周圍發(fā)散，因此思維導圖運用到教育學習中能夠遵循大腦的發(fā)展規(guī)律，開發(fā)人的思維能力。

2.3聯(lián)想記憶理論

聯(lián)想記憶理論是將不同學科或者同一學科的記憶點聯(lián)系到一起的記憶方法。這是基于腦內(nèi)存在非線性作用的現(xiàn)象與原理[2]。通過思維導圖教導Scratch可輕易地將Scratch與其他學科結合在一起，幫助學生更好地了解所學知識。

2.4認知圖式理論

圖式理論是指人們通過在過去吸收到的信息而在大腦內(nèi)形成的認知網(wǎng)絡[3]。已形成的圖式會影響我們對事件的看法、做法。通過了解圖式理論來制作思維導圖，可更好地培養(yǎng)學生綜合的思維能力。

2.5建構主義學習觀和教學觀

建構主義學習觀認為學生作為學習的主體，對所被教導的知識有更自主地選擇接收、理解能力[5]。建構主義教學觀認為教師在教學的過程，應該根據(jù)學生學習的情況再進行進一步教學，反對灌輸型教學。綜合來講，這需要我們堅持以人為本，注重學生的主觀能動性，以此來進行更好地教學工作。

三.Scratch概述

Scratch 是來自麻省理工的一款針對幼兒學習編程的軟件。其研發(fā)團隊成為終身幼兒園團隊（lifelong kindergarten group）。

不同于一般的編程軟件，Scratch更加注重幼兒的體驗感和理解能力。其主要原理是通過搭建代表編程語言的積木來實現(xiàn)程序。同時幼兒可選擇不同的卡通角色和背景，通過自己動手，使代碼轉換成有趣生動的動畫。不僅學習編程，還能夠提高幼兒對編程的興趣。

Scratch涵蓋的范圍也很廣泛。除了編程，Scratch還涉及了許多數(shù)學方面的知識。譬如圖形的周長、函數(shù)甚至數(shù)組矩陣。幫助幼兒在編程的過程中同時鞏固知識，可謂一舉多得。

當然，對于幼兒來說初次使用Scratch需要有人在旁指導。但經(jīng)過幾次學習之后，使用Scratch就會變得非常簡單。他們甚至不需要識別太多的英文或漢字，借助記憶，就能熟練使用各個積木并且制作出一些小程序。

制作完成的Scratch程序并不局限于本地查看，Scratch官網(wǎng)為每一個注冊的用戶開通了個人空間，因此制作成果還能被上傳到云端，在網(wǎng)絡上發(fā)布、共享。這有助于在全球使用Scratch的幼兒相互學習和交流借鑒。

四.基于思維導圖和Scratch平臺的少兒編程教學

4.1思維導圖在學生學習Scratch編程中的應用

4.1.1增量構建知識體系

在初步學習Scratch課程時，從運動模塊、外觀模塊到運算模塊、自定義模塊，學生接受的知識點是一個個獨立的模塊。學生可以在已有的知識體系上聯(lián)入新的知識模塊，根據(jù)知識點之間的關系畫出思維導圖。學生利用思維導圖逐步完善知識體系，這種增量學習使學習更有效率。

4.1.2激發(fā)并整理思維

本質上來說，思維導圖是為促進思維激發(fā)和思維整理的可視化、非線性思維工具[6]。在課堂上，學生可以利用思維導圖激發(fā)和整理思維，形成一種“從中心向周圍發(fā)散的非線性筆記”。提高課堂效率，方便整理與記憶。在進行Scratch編程時，可以利用思維導圖整理思維，畫出流程圖等，可視化作品構思。

4.1.3歸納和總結

在復習時，當學生復習學過的關于某個主題的相關知識時，思維導圖可幫助他們將學到的Scratch知識加以概括化與網(wǎng)絡化，深入理解知識，長期保留知識，在新的問題情境中有效遷移使用這些知識[4]。

4.2思維導圖在教師教學Scratch編程中的應用

4.2.1作為課程知識點預覽

教師可利用思維導圖做出教學內(nèi)容計劃圖，將各章節(jié)的知識點根據(jù)邏輯關系完整地展示在圖上，幫助教師實現(xiàn)預期教學目標，清楚地把握教學重難點。將計劃圖整體地展示給學生，讓學生有清晰的學習預期，知道學習的重點，幫助學生搭建整體知識框架，理清知識點之間的關系。

4.2.2作為教學引導工具

在進行Scratch知識點教學時，教師在進行知識點講解的同時，還要根據(jù)知識點之間的邏輯關系提取關鍵字繪制思維導圖。由于思維導圖沒有提供如何激發(fā)和整理思維的方法，教師需要在課程中逐步訓練學生的思維方法，引導學生的思考方向。思維導圖在教學進程中逐步展開，最終呈現(xiàn)出完整的知識點關聯(lián)圖。

在編寫完整的項目程序時，教師可引導學生將思路可視化，由淺入深，由表及里，抽絲剝繭地分析項目，幫助學生激發(fā)和整理思維。

4.2.3作為總結反思的工具

在總結某主題的相關知識點時，教師展示思維導圖，可以加深學生對知識點之間邏輯關系的理解與記憶，把握整體知識框架。

4.3基于思維導圖和Scratch平臺的少兒編程教學實例

筆者以“石頭剪刀布人機比賽游戲”為例，教學設計從教學對象、教學內(nèi)容、教學目標、教學活動設計方面加以說明。

4.3.1教學對象

已經(jīng)掌握Scratch各模塊知識點，具備一定Scratch編程基礎的小學生。

4.3.2教學內(nèi)容

完成一個石頭剪刀布人機對弈游戲，要求能和玩家交互，正確表達玩家的想法，電腦能隨機出拳并正確判定輸贏，勝利3次則獲勝反之則失敗。細節(jié)上可以出現(xiàn)勝利或失敗動態(tài)字樣，判定最后勝利或失敗時播放不同的恰當?shù)囊粜?。能實時顯示比分等等。

4.3.3教學目標

學生能學會使用思維導圖激發(fā)并整理自己的思維，掌握用思維導圖幫助Scratch編程的方法。

4.3.4教學活動設計

1.引導學生分析并設計程序整體架構[7]

（1）首先添加背景和角色，教師展示已做好的思維導圖（如圖1），啟發(fā)學生模仿并創(chuàng)新出自己的思維導圖，可小組討論?？偨Y學生想法并完善思維導圖，通過較多的展示和學生簡單的練習讓學生熟悉思維導圖的畫法。

（2）教師引導學生分解任務，逐步解決

教師：現(xiàn)在有了角色：玩家和電腦，首先考慮玩家。我們怎么對他添加積木塊，才能讓我們的想法傳達給這個角色呢？這個角色又要怎么顯示出來我們的想法呢？

學生獨立思考并討論后，自主繪制思維導圖。教師展示已做好的思維導圖示例（如圖2），省略部分可添加學生的創(chuàng)新想法。

教師：我們接著考慮電腦這一角色，電腦的動作和玩家很相像，只是電腦是隨機出拳的，怎么才能讓電腦隨機出拳呢？

教學過程與上述“玩家”教學相似。

教師：角色玩家和電腦都可以按照規(guī)則出拳了，但是游戲規(guī)則怎么實現(xiàn)呢？

教師一邊引導學生思考，一邊繪制思維導圖（如圖4），并補充學生的創(chuàng)意思想。

2.學生自主獨立完成程序，教師可巡場幫助，給予啟發(fā)。

3.學生作品展示

學生不僅可以展示作品的最終效果，還可以展示自己創(chuàng)作過程中畫出的思維導圖，更清晰的展示出作品的思考方式、創(chuàng)新點，方便同學之間的交流，促進相互學習。

4.總結與回顧

教師帶領學生回憶作品的創(chuàng)作過程，并繪制思維導圖（如圖5），展示出作品整體架構，總結學生遇到問題時的解決思路。

五、總結與展望

5.1總結

到目前為止，基于思維導圖和Scratch平臺的少兒編程教學應用研究還是比較少的。將思維導圖應用在教學中能有效提高學生的思維品質、自主探究能力、協(xié)作學習能力等等，從而促進學生高階思維的形成，并顯著提高Scratch的教學效果[8]。讓更多優(yōu)秀的教師參與到與思維導圖相結合的Scratch教學研究中，能讓思維導圖在教學中的應用更加科學化和系統(tǒng)化。而學生則能有效地將思維導圖的思考方式靈活運用起來去學習其他學科或解決生活中的其他問題，這樣可以真正提高學生的信息素養(yǎng)，提高思維能力。

5.2展望

思維導圖和Scratch的結合教學，既是一種教學方法，也是一種認知策略。兩者的相輔相成，恰好形成了一個新的教學模式，打破了通常的信息網(wǎng)絡類教課方式，這對于學生和教師而言都是受益頗大的。關于思維導圖的研究從05年開始，發(fā)展到現(xiàn)在幾乎穩(wěn)定，然而，有關于思維導圖和Scratch少兒編程教學的研究卻是少之又少，這有待于更多教育研究者去鉆研討論，對于這種簡單易學并且效果顯著的教學方法，我們更應大力推廣，讓更多老師和同學去了解它。

參考文獻

[1] 東尼·博贊. 思維導圖大腦使用說明書[M].外語教學與研究出版社. 2005.

項目信息：本文系揚州大學大學生科創(chuàng)基金項目項目編號：x20180322

（作者單位：揚州大學 信息工程學院）