基于計算思維培養(yǎng)的Scratch項(xiàng)目化教學(xué)研究

顧霞萍

【摘 要】作為信息科技課程的四大核心素養(yǎng)之一，計算思維的培養(yǎng)一直是信息科技學(xué)科教學(xué)的重要目標(biāo)，項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是落實(shí)學(xué)生核心素養(yǎng)的有效方式之一，而Scratch作為圖形化編程工具，又是很好的培養(yǎng)計算思維的載體。本文以“智能儲物柜”項(xiàng)目為例，通過項(xiàng)目化的教學(xué)方式開展Scratch教學(xué)，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生計算思維的目的。

【關(guān)鍵詞】計算思維 Scratch 項(xiàng)目化教學(xué)

隨著新課標(biāo)的頒布，信息技術(shù)學(xué)科從綜合實(shí)踐課程中獨(dú)立出來，正式成為一門國家規(guī)定的課程，學(xué)科名稱也由信息技術(shù)改為信息科技。傳統(tǒng)的信息技術(shù)課堂也面臨著轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)，本研究以Scratch軟件為平臺，通過項(xiàng)目化教學(xué)的方式培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

一、概念簡述

（一）計算思維

“計算思維”的概念是由美國華裔計算機(jī)科學(xué)家周以真教授于2006年首次提出的。新課標(biāo)中將“計算思維”界定為：個體運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計等思維活動。義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)專家組組長熊璋教授提出，面向課程實(shí)施，如果要抓一個最關(guān)鍵的問題，我覺得是信息科技中問題求解的思維方法——計算思維。計算思維是信息科技學(xué)科里最本質(zhì)的，也是我們最應(yīng)該拎出來的思維方法。

（二）Scratch

Scratch是美國麻省理工學(xué)院專為8歲以上青少年設(shè)計開發(fā)的一款圖形化編程軟件。在江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社出版的五年級信息技術(shù)教材中，每一課都有對Scratch其中一個功能的介紹。經(jīng)過14個課時的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)生能對Scratch的整體功能有了初步了解。

（三）項(xiàng)目化教學(xué)

項(xiàng)目化教學(xué)以發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)、建構(gòu)學(xué)習(xí)等理論為基礎(chǔ)，作為“以項(xiàng)目為主線，以教師為引導(dǎo)，以學(xué)生為主體”的全新教學(xué)方法被廣泛地運(yùn)用于中小學(xué)教學(xué)中。整個項(xiàng)目過程以實(shí)際問題為驅(qū)動，需要利用多重資源進(jìn)行探究。項(xiàng)目化教學(xué)是為了在一定時間內(nèi)解決復(fù)雜問題而產(chǎn)生的探究性教學(xué)模式，它強(qiáng)調(diào)主動探究和創(chuàng)新實(shí)踐的精神，與創(chuàng)造性教育相符。

二、項(xiàng)目化教學(xué)現(xiàn)狀

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)作為當(dāng)今全球領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)話題，已經(jīng)成為落實(shí)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要方式之一，項(xiàng)目化學(xué)習(xí)正被應(yīng)用于各學(xué)科的課堂教學(xué)中。

教育者都深知項(xiàng)目化學(xué)習(xí)對培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力和思辨能力大有裨益，但是在項(xiàng)目化課程實(shí)施過程中，或受限于課程長久以來形成的授課模式，或受限于學(xué)生應(yīng)試化的學(xué)習(xí)習(xí)慣，遇到了較多的障礙。然而，教育改革并非一朝一夕可以完成，對于項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的探究，值得每一位教育工作者投入精力。

三、基于計算思維培養(yǎng)的項(xiàng)目化教學(xué)過程探究

（一）項(xiàng)目選題

選題的好壞是項(xiàng)目成功與否的關(guān)鍵。古人云：“學(xué)起于思，思源于疑?！眴栴}是引發(fā)學(xué)生思考和質(zhì)疑的源頭，而思考則是學(xué)生學(xué)習(xí)的原動力。筆者在之前的課堂教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍缺乏問題意識及思辨能力，習(xí)慣于教師直接講授，長此以往，不利于學(xué)生思維的發(fā)展。而培養(yǎng)問題思維最有效的辦法是將問題思維情景化。

問題作為項(xiàng)目的主線，它的推進(jìn)決定了學(xué)生學(xué)習(xí)的深度。因此，項(xiàng)目的選擇最好是基于真實(shí)情景的真實(shí)問題，貼近學(xué)生生活的項(xiàng)目更能夠激發(fā)學(xué)生的思考，這是有效教學(xué)的第一步。

“智能儲物柜”就是一個合適的項(xiàng)目，儲物柜在生活中隨處可見，如超市、水上樂園、小區(qū)菜鳥驛站、豐巢……大部分學(xué)生都使用過，但不一定了解其中的原理。對于模擬搭建一個智能儲物柜，學(xué)生還是非常感興趣的。然而，搭建不同于使用，學(xué)生需要從系統(tǒng)使用者的角色轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)設(shè)計者的角色，要對系統(tǒng)的運(yùn)行原理了然于心。系統(tǒng)是如何運(yùn)行的？Scratch里的角色需要有哪些？各角色分別實(shí)現(xiàn)什么功能？……這一系列的問題推進(jìn)著學(xué)生的學(xué)習(xí)。本課授課的對象為六年級學(xué)生，在五年級時，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過Scratch的基礎(chǔ)知識，有一定的技術(shù)基礎(chǔ)，雖然這個項(xiàng)目對學(xué)生來說有挑戰(zhàn)，但經(jīng)過合作探究及教師的輔助引導(dǎo)，學(xué)生依然可以完成。

（二）明確目標(biāo)

傳統(tǒng)課堂上，學(xué)生往往會先盲目地學(xué)習(xí)一些基本技能，他們并不清楚最終目的是什么，等教師布置綜合任務(wù)后才恍然大悟，原來剛剛學(xué)的技能是用于完成這項(xiàng)任務(wù)的，整個學(xué)習(xí)過程中學(xué)生處于被動狀態(tài)，沒有主動地進(jìn)行思考。而在項(xiàng)目化教學(xué)中，課堂伊始，學(xué)生就通過對整個項(xiàng)目的分析，了解了本節(jié)課最終要解決什么問題。這種學(xué)習(xí)模式的改變更有利于學(xué)生進(jìn)行有目的的探究，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，提升其學(xué)習(xí)效率。同時還需要注意的是，項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的目標(biāo)除了要包含學(xué)科知識，還要包含高階的思維目標(biāo)。“智能儲物柜”項(xiàng)目，通過學(xué)生的課前生活使用體驗(yàn)，先讓學(xué)生描述一下存取物品的流程，再猜一猜儲物柜的實(shí)現(xiàn)原理，最后讓學(xué)生從使用者思維轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計者思維，設(shè)計一個可以實(shí)現(xiàn)存取物品功能的智能儲物柜，這種身份的轉(zhuǎn)變迫使學(xué)生進(jìn)行更深入的思考。

（三）分解任務(wù)

思維能力的提升是學(xué)習(xí)的本質(zhì)，其內(nèi)核是問題，除提出問題，還需解決問題。教師引導(dǎo)學(xué)生把項(xiàng)目進(jìn)行分解，由上而下，逐步分析，使思維的深度由表及里。教師應(yīng)經(jīng)常鼓勵學(xué)生在接觸項(xiàng)目時先做分析，將復(fù)雜問題分解為一個個基礎(chǔ)的小問題。在這個過程中，學(xué)生學(xué)到的其實(shí)就是計算思維的思想。

六年級學(xué)生具有一定的抽象思維能力，但是對于項(xiàng)目化教學(xué)來說還不夠。對此，教師可以借助工具，如思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生更好地厘清思路。通過繪制思維導(dǎo)圖，原本復(fù)雜的項(xiàng)目變得清晰明了，在繪制思維導(dǎo)圖的過程中任務(wù)得到了分解并得以順利完成，最終項(xiàng)目問題迎刃而解。

在“智能儲物柜”項(xiàng)目中，思維導(dǎo)圖將本項(xiàng)目的任務(wù)清晰地展示了出來。整個項(xiàng)目需要實(shí)現(xiàn)“存”“取”兩個按鍵以及6個柜子的功能。（見圖1）

（四）實(shí)踐探究

在項(xiàng)目化教學(xué)中，教師應(yīng)尊重課堂中學(xué)生的主體地位，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和思辨能力。

在實(shí)踐探究階段，教師應(yīng)給學(xué)生充分的時間去實(shí)踐，教師作為引導(dǎo)者，要做好的是在學(xué)生遇到困難時給予幫助。

在“智能儲物柜”項(xiàng)目實(shí)施過程中，教師通過分組學(xué)習(xí)的方式將學(xué)生分為3人一組，分別實(shí)現(xiàn)“存”“取”及“柜子”的功能，用面向?qū)ο蟮乃枷胍龑?dǎo)學(xué)生思考如何實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)“存”功能的學(xué)生只需要實(shí)現(xiàn)當(dāng)“存”鍵被按下，打開一個隨機(jī)的柜子，同時生成一個隨機(jī)的密碼；實(shí)現(xiàn)“取”功能的學(xué)生只需要實(shí)現(xiàn)當(dāng)“取”鍵被按下，產(chǎn)生一個密碼輸入框，同時判斷密碼是否正確；而實(shí)現(xiàn)“柜子”功能的學(xué)生則只需要實(shí)現(xiàn)當(dāng)接收到“打開”或“關(guān)閉”命令時實(shí)現(xiàn)打開或關(guān)閉操作即可。其中，“取”的功能最難，“存”次之，“柜子”最簡單。因此，3人組合的時候，教師可以根據(jù)學(xué)生能力的強(qiáng)弱進(jìn)行組合，并分配合適的任務(wù)。在實(shí)現(xiàn)“取”功能的時候，學(xué)生普遍碰到了問題：如何對輸入的密碼進(jìn)行正確與否的判斷？這時候，教師的輔助功能就需要開啟了。通過分組教學(xué)，教師給“取”功能的學(xué)生進(jìn)行了啟發(fā)：“你在實(shí)際生活中使用儲物柜時，在什么情況下，你的柜子能打開？”學(xué)生馬上能回答：“輸入的密碼和密碼紙上一樣的時候?！苯處熃又穯枺骸懊艽a紙上的密碼怎么來的？”學(xué)生答：“是儲物時生成的，我使用的那個儲物柜的密碼?！苯處熢俅我龑?dǎo)：“對啦，每個柜子都會在存儲的時候臨時生成一個密碼，這個密碼就是你取物時打開柜子的關(guān)鍵。那一開始生成的那個密碼，系統(tǒng)要不要存儲下來？”學(xué)生答：“要！”“那是誰來做存儲？”“對啦，可以由實(shí)現(xiàn)‘存功能的同學(xué)來做。”“什么時候做？怎么做？”3個學(xué)生小組討論。學(xué)生們你一言我一語，思維也在一次次的碰撞中產(chǎn)生火花。

在討論的過程中，學(xué)生大致明白了整個項(xiàng)目的需求，也對各自需要實(shí)現(xiàn)的功能有了了解，但是，學(xué)生在實(shí)現(xiàn)的過程中，還是不知道具體該用什么腳本去實(shí)現(xiàn)。這時，教師同樣需要給學(xué)生搭建學(xué)習(xí)的支架，而流程圖和半成品腳本就是很好的方式。流程圖可以將程序流程清晰地呈現(xiàn)出來；而半成品腳本則可以讓學(xué)生補(bǔ)齊關(guān)鍵腳本，從而達(dá)到使用課堂上有限的時間實(shí)現(xiàn)完整項(xiàng)目功能的效果。

（五）測試修改

3個學(xué)生都完成腳本后，由1個學(xué)生完成腳本的整合，同時進(jìn)入測試環(huán)節(jié)。學(xué)生模擬現(xiàn)實(shí)生活中使用柜子的流程，依次點(diǎn)擊“存”和“取”測試，看柜子能否正常打開和關(guān)閉，密碼能否有效使用。在測試的過程中，學(xué)生的身份又從設(shè)計者轉(zhuǎn)換為使用者，在模擬使用的過程中，學(xué)生進(jìn)一步深化了對系統(tǒng)的理解。程序的測試及修改是對學(xué)生思維過程的重新梳理和審視。除了通過測試發(fā)現(xiàn)程序存在的缺陷，迭代優(yōu)化也是將程序由完整轉(zhuǎn)向完美的過程。教師啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考能不能優(yōu)化腳本使程序更簡潔、實(shí)現(xiàn)效率更高，引導(dǎo)學(xué)生的思維向更深處漫溯，使學(xué)生的計算思維得到多維發(fā)展。

（六）評價交流

在項(xiàng)目化教學(xué)中，教師一定要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的評價觀念，明確項(xiàng)目只是載體，項(xiàng)目化教學(xué)不追求統(tǒng)一的答案，最終的目的在于培養(yǎng)和提升學(xué)生的思維。因此，教師不應(yīng)該只對項(xiàng)目最終的呈現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行評價，而應(yīng)該將評價貫穿于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的始終，關(guān)注學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程。對學(xué)生的評價，教師也應(yīng)該從多方面展開，可以引入學(xué)生自我評價、同組互評、組間互評等多種評價方式。評價內(nèi)容覆蓋各個方面，從知識與技能的掌握角度、同組合作的交流溝通角度、思考的積極程度（通過教師課堂提問以及同組之間的交流可以得知）等方面展開評價。本堂課，筆者通過云課堂軟件對上課表現(xiàn)好的學(xué)生及小組進(jìn)行積分獎勵，除了個人獎勵還有小組獎勵，同時將評價表發(fā)給學(xué)生進(jìn)行自評及互評。多種評價手段更好地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

根據(jù)新課標(biāo)的要求，計算思維的培養(yǎng)是信息科技課堂的主要目標(biāo)。本研究以“智能儲物柜”為載體，使學(xué)生經(jīng)歷產(chǎn)生問題、思考問題、分解問題、解決問題的學(xué)習(xí)過程，在這個過程中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，也通過多樣化的評價手段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。但是，項(xiàng)目化學(xué)習(xí)在實(shí)際教學(xué)過程中會遇到各種各樣的問題，教師要不斷提高自身的教育教學(xué)水平，根據(jù)課堂實(shí)際情況進(jìn)行靈活調(diào)整和安排，要能給予學(xué)生引導(dǎo)和支持。

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