Scratch编程提升中小学生计算思维的实践研究

摘 要：中小学阶段是培养计算思维最重要的时期，编程是培养计算思维最直接、最有效的手段，但由于传统编程难度大、枯燥，不适合中小学生，而Scratch编程则具有简单、有趣的优点。本研究以Scratch软件为工具，提出面向计算思维的中小学 Scratch 课程教学设计，通过开展三轮行动研究，利用多种评价方式来分析学生的计算思维能力变化，旨在培养中小学生的计算思维。

关键字：Scratch编程；教学设计；计算思维

在2022年版的义务教育课程标准修订中，着重体现了学生核心素养的重要性，以信息科技课程标准为例，信息技术学科课程要培养的核心素养，主要包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任，这四个方面互为基础，互为提高，相互融合为提升学生的计算思维水平和实际操作水平发挥巨大作用。

本研究以渭南某小学五年级学生为教学实践对象，以Scratch 编程软件为主要教学工具，根据学生现有的知识、经验水平、认知发展特点来设计教学活动内容，要求学生在学习的过程中能够理解学习内容并在在合作探究过程中发现新问题、分析新问题、解决问题，能够自主制定解决策略，培养综合利用信息解决问题的能力，为中小学编程教学和计算思维的开展与研究提供基本思路。

一、基于Scratch编程的中小学生计算思维教学设计

（一）教学前期分析

在国内学校，大部分学生从三年级开启信息技术课程，五年级阶段已经具有计算机基础的概念和实践且这一年龄段的学生具有思维的灵活性，在学习过程中能够正常分解问题且能与同伴进行交流，这对以后发展计算思维是有帮助的，同时课程进行前需要了解学生的计算思维初始能力。

（二）课程内容设计

在选择学习内容和设计教学活动时，必须考虑到学生现有的知识水平，选择符合他们理解水平的内容。本研究选用Scratch3.0软件，内容选自《跟我一起Scratch》，其目的是帮助学生理解Scratch编程的内容，运用相关概念理解指令、命令和程序，提高计算思维能力，同时学生将能够充分发挥他们的主动性，发现创新的想法，并提高他们解决问题的能力和同伴之间的沟通能力。

（三）Scratch教学活动设计

教学活动分别由情景展示与引入、分解任务与流程图绘画、教师讲解与学生实践、作品展示与评价、巩固五个步骤组成。在情景展示与引入环节，教师需要激发学生的兴趣和好奇心，从而引起学生的探索欲和学习欲望。在分解任务与流程图绘画环节，Scratch编程的核心思维就是将任务分解进而逐步完成，所以这部分要留给学生充足的时间分析任务结构，为后续活动打好基础。在教师讲解与学生实践环节，教师要充分而细致的将知识讲解清楚，在学生动手实践的过程中教师要时刻关注学生、帮助学生。在作品展示环节，鼓励学生大胆向同伴展示自己的作品并对于他人的作品提出自己的见解，可以提升学生的批判思维与表达能力。在巩固环节，课程的结束部分要对今天的学习内容进行重复巩固。

（四）教学策略设计

案例具有由易到难，由简单到复杂，符合小学生发展身心规律的的特点，在教学过程中采用情景模式教学、探究式教学、合作与评价教学方法等多种教学方法，可以有效促进学生计算思维和综合素质的发展。在课程开启前教师要创设一个有趣真实的情境将学生的注意力吸引至教学内容上，尽快进入学习状态融入课程氛围中，在教学过程中，教师时刻注重建构与教学内容相关联的情境，在遇到困难晦涩的步骤时，教师创设真实情境以便于学生理解。在课程结束时，教师将能够为学生设置实际情境，将他们所学的知识转移到课程的不同方面，为他们所学的知识提供有效的转化。运用探究式教学策略充分发挥学生的主观能动性，尊重学生主体性，在每一个指令发布后，给予学生几秒时间自主思考研究分析，发现问题的关键点并思考其解决方法，在教学过程中，教师设计吸引人的游戏，引导学生积极参与不同的课程是非常有效的。在学习过程中，经常让学生表达自己的观点，接受同学和老师的评价，这给学生提供了表达自己观点和评价他人的机会，以提高评价思维的能力。同时，教师组织合作学习以及问答，一方面让学生发挥学生主体作用，另一方面培养学生的沟通能力，改善人际关系，而小组合作是解决这一问题的关键。

（五）教学评价设计

1.Scratch作品评价问卷

在教师完成编程教学后，需要对学生作品进行分析且了解学生在编程中出现的问题，并对其进行评价，这就需要作品评价问卷。作品评价问卷主要包括学生自评和老师评价和他人评价，自评从作品的完成程度，方案的设计，是否能够与同伴合作交流，作品评价，作品创新点，过程中出现的问题以及解决方法和编程过程中的收获等方面进行评价，教师评价中教师要给予每位学生符合学生情况的评价以帮助学生今后的编程学习，他人评价可以为学生的编程作品提供更加多视角的帮助。

2.学生课堂观察表

学生课堂观察表有助于教师发现教学过程中的问题，学生态度和行为以及语言的变化，并为教师今后的教学提供指导和反馈。观察的目的是通过监测学生在课堂上的表现来了解他们的学习行为和表现，分析观察的结果，诊断问题所在并制定策略来提高学生们以后的学习表现，它主要关注学生的态度、能力和语言。见附录2。

3.访谈

在课程结束时，从班上随机抽取若干名学生进行访谈，主要问题涉及学生的情感变化，他们在课堂上学到了什么，遇到了什么问题，以及他们的思维水平，从而直观快速地了解编程是否有助于提高他们的思维水平，它涵盖了计算思维的五个组成部分：分解、概括、算法、抽象、评价和评估技能。

二、基于Scratch编程的中小学生计算思维的案例实施与效果分析

（一）案例实施过程

1.第一轮研究

在第一轮行动研究中，学生们对于编程的兴趣浓厚，在流程图绘画环节和实践操作环节有部分学生需要他人帮助，半数学生缺乏创新意识，在交流过程中多数学生能够正常与同伴进行交流，多数学生解决问题的能力仍待提高。通过分析评价问卷与学生作品，一部分学生可以独立完成编程，另一部分学生需要寻求他人和教师的帮助，学生设计的方案大多符合实际，学生的编程作品需要进过多次调试来达到流畅的程度，多数学生能够与同伴进行合作交流并共同寻求遇到问题的解决方法。第一轮行动中只有一部分的学生能够将一项大的工作分解成较小的步骤，一步一步地完成，然后整合成一项完整的工作，学生的分解能力较薄弱，教师在后续的教学中要指导帮助学生加强分解能力的学习。

2.第二轮研究

本轮行动中学生在课堂活动中表现更加积极，通过第一轮的学习，本轮学生在流程图绘画和分解环节可以进行独立操作，多数学生开始具有创新意识，解决问题的能力也逐步提高。通过分析作品评价问卷和编程作品可以发现学生们开始进行自主思考和创新，富有想象力，在教师展示案例的基础上进行创新，作品质量提高，更加生动活泼，在编程的过程中学生之间交流频率增加，方案设计设计直观，程序正确。在本轮研究中，大多数学生能够将任务进行分解，对于比较简单的角色学生们能够正确完成，对于复杂的角色分支学生们的流程图存在不足。

3.第三轮研究

经过前两轮行动的铺垫，本轮行动中学生均可以独立完成流程图的绘画与分解任务，学生们可以根据自己想象在原作品的基础上进行创新，愿意与同伴进行交流，分享自己的看法与建议。通过分析作品评价问卷和作品，学生们能够跟上课程的主要内容和老师布置的任务，创新和提出问题的能力也有了明显提高，在分享作品方面，学生积极思考，欣赏他人的作品，吸取他人作品的优点并改进自己的作品，并且从方案设计到运行程序都能够独立完成。本轮研究中学生们能够构建一个背景和角色分布良好的流程图，在这次研究中，与之前相比还有一个额外的角色分支，学生们也能够很好地解决。

（二）教学实践效果分析及结论

1.效果分析

经过三轮的行动研究，通过对于学生的编程作品、流程图分析和观察表可以看出Scratch编程在培养中小学生的计算思维能力和提高他们对信息技术课程的兴趣方面是有效的，为了研究的科学性在经过三轮行动研究后对该班学生发放调查测试卷，运用测试题分别对应计算思维五大维度，以每道题的正确率进行分析，分析三轮行动研究前后的正确率可以得出，学生的五种计算思维能力均有提升，Scratch编程可以提高中小学生的计算思维。

2.访谈分析

为了评价的多元性，在课程实施结束后，选择了部分学生进行课后访谈。学生们在访谈中均表示流程图对于他们的学习非常有帮助，不仅是在编程方面而且也运用到了其他学科中，他们对于学习内容的结构有了更加清晰的认知，熟练掌握按照步骤解决问题的思想，这表明学生的分解、抽象、算法思维得到提升，通过动手编程和合作交流等活动，培养了学生们分析和解决问题的习惯和意识，他们对编程非常具有兴趣，通过编程将自己的想法变成现实表现在游戏或视频中让他们觉得很兴奋，学生们在评价他人作品和自己作品的同时学会了总结与创新，提升了他们的概括能力和评估能力。

目前对于计算思维的评价并没有统一的、系统的评价体系，教师无法科学的对学生进行评价。对于计算思维的培养提高，教师的计算思维素养和教学水平有待提高，而且部分教师对于Scratch编程的理解过于简单，没有进行更深入的探讨。学校和学生对于信息技术的重视程度不够高，应为学生们创造良好的信息技术氛围和物质保障，在未来，希望有更多的研究者投入到研究中去，促进我国的信息技术发展。

参考文献：

[1]钟建业. 基于计算思维培养的算法与程序设计教学策略实践研究[J]. 中国信息技术教育，2021（S2）：10-13.

[2]孟庆雪. 基于Scratch培养小学生计算思维的教学设计与实践研究[D].牡丹江师范学院，2020.

[3]曹悦. 基于Scratch编程教学的小学生计算思维培养实践研究[D].江苏大学，2021.

[4]高李霞.融入设计思维的小学Scratch教学设计与实践研究[D].上海师范大学，2018.

[5]李欣蔚.基于计算思维培养的小学Scratch教学设计与实践探究[D].宁夏大学，2022.

基金项目：渭南师范学院2020年度教育科学研究课题（项目编号：2020JYKX025）；陕西省教育学会2022年度课题（项目编号：SJHYBKT2022033）；2024年陕西省大学生创新创业训练计划项目（编号：S202410723045）；陕西省“十四五”教育科学规划2022年度课题（项目编号：SGH22Y1455）；全国高等院校计算机基础教育研究会2024年计算机基础教育教学研究项目（项目编号：2024-AFCEC-586）。