例谈Scratch游戏教学对学生计算思维的培养

［摘要］游戏教学法是儿童编程教学中最常用的教学方法，契合儿童的心理特征。计算思维是信息科技学科要培养的核心素养之一，也是学生在信息社会中学习、生活必备的基本能力之一。苏教版信息技术教材中介绍的Scratch软件是一款非常适合儿童学习的图形化编程软件。教师在课堂教学中可以结合游戏化教学理论，通过“玩—析—创—展—拓”五个步骤，让学生经历问题界定、抽象、建模、优化、迁移的思维过程，从而培养学生的计算思维。［关键词］小学信息科技;游戏教学;Scratch软件;计算思维游戏教学法是指把教学和游戏有机融合起来，使学生在兴趣的驱动下，轻松愉悦地学会某种本领的一种教学方法。在小学信息科技课堂中，作为图形化编程的常用教学法，游戏教学法有着天然的优势。但在游戏教学过程中，教师要注意不能让学生只停留在游戏有趣、好玩的表层，而要注重对学生更深层次能力的培养。计算思维是信息科技课程重点关注与培养的核心素养之一。《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》指出：“计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在问题解决过程中涉及的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动。”究其本质，计算思维与解决问题密切相关。综合国内外相关理论，笔者发现游戏教学法与计算思维相融相通，具有一定的对应关系（见图1）。本文以苏教版信息技术教材五年级上册第7课《穿越迷宫》为例，谈一谈如何在Scratch游戏教学中培养学生的计算思维。一、试玩游戏，创设问题情境传统的编程教学往往以掌握编程语言的语法结构为目标，以变量、表达式、程序结构等为重点。这样的教学比较枯燥，且短期内无法产生有效的作品，学生也难以保持强烈的学习兴趣。游戏的情境性、直观性、活动性与小学生的思维特点比较吻合，能减轻学生符号学习的压力，使学生通过游戏叩开符号学习的大门。电脑游戏是真实生活的虚拟再现，对学生有着很大的吸引力。通过一个有价值的游戏创设问题情境，能使学生在轻松愉悦的游戏过程中发现问题、提出问题，并由此激活计算思维。走迷宫，是现实生活中学生喜闻乐见的一种游戏，具有一定的挑战性和拓展性，但在现实生活中建立一个可供学生游玩的迷宫并不容易。用Scratch软件编写一个电脑版的迷宫游戏，既符合学生的心理需求，又具有一定的可行性。“你们走过迷宫吗？想在课堂上和老师、同学一起走一走吗？”从学生异口同声的回答中可以看出，大部分学生都有过走迷宫的经历，而且也非常期待在课堂上和老师、同学一起走迷宫。教师创设这样的问题情境，不仅能自然地导入课堂，而且能有效激发学生的学习兴趣。教材中的迷宫游戏比较简单，教师可以先让学生尝试着玩一玩，让他们激动的心情有所平复，逐渐进入学习状态。再相机提出问题：“一个迷宫游戏通常需要哪些元素？不同的元素可以设定怎样的游戏规则？如何利用Scratch软件编写这样的游戏呢？”这样引导，能促使学生带着问题玩游戏，在问题情境中产生进一步探究的兴趣，从而顺利进入自主探究环节。二、解析游戏，引导问题建模在自主探究活动中，教师要适时引导学生利用已学知识分析问题。《穿越迷宫》一课处于学生学习Scratch软件的中期阶段。学生在前面的学习中已经掌握了Scratch软件中“舞台”“角色”“造型”等概念，也对“重复执行”的程序结构有了初步的认知。在玩的过程中，学生很容易就发现，一个简单的迷宫游戏必须具备两个元素——迷宫地图和游戏主角。那么，这两个元素可以设定怎样的游戏规则呢？在游戏教学中，一个重要任务就是建构与自由比肩而立的规则世界。规则应该由教师和学生共同制订、自愿遵守，并在游戏过程中不断调整和完善。建立游戏规则的过程就是分析问题的过程。通过小组合作，学生共同商讨出上述两个元素的游戏规则。一是迷宫地图：有一个起点和终点，二者之间设有多条道路，能通向终点的称为活路，不能通向终点的称为死路，整个地图中至少设计一条活路；二是游戏主角：从起点出发，可以朝上下左右四个方向行走，不能穿越死路，最终到达地图终点就算游戏成功。那么，上述游戏元素及规则在Scratch作品设计中如何对应呈现呢？教师可以利用学习单，先呈现半成品的关系对应图（见图2），再让学生自主完善关系图，以帮助学生理清思路，并初步感知抽象建模的过程。抽象是確定对象或系统中的哪个元素是必要特征的过程，需要隐去问题的细节，找到问题的本质属性，这对五年级学生来说比较困难。因此，教师通过建立一个简单的可视化思维模型，为学生搭建了一个够得着的“梯子”。有了这个模型，学生对游戏的结构就有了一个整体的认识，对后续创作游戏及对游戏进行拓展升级都会有很大的帮助。三、创编游戏，尝试解决方案对游戏构造有了充分了解后，教师可以引导学生小组合作创编游戏，即对上一环节建立的模型进行解模。解模就是把模型中每一步的设想用具体的技术方法加以实现。在本课中，解模就是在Scratch软件中选用合适的积木块和算法来创编迷宫游戏。在这个过程中要解决两个问题。其一，如何在Scratch软件中设计迷宫地形的多种效果？学生通过尝试发现，在舞台背景中利用“绘制角色”功能添加多个造型，可以实现迷宫地形的多样化。这是之前学过的知识，学生都能轻松完成。其二，如何控制小猫角色自由行走，并符合之前设定的游戏规则？这是本课教学的重难点，涉及“鼠标跟随”“侦测”“如果那么”“重复执行”等知识点。对初次接触条件结构的学生来说，理解程序流程有一定的难度。教师可以结合生活中的一些场景，如“上学要不要带雨具？”“如何正确通过有交通指示灯的路口？”等，先让学生用自然语言描述如何在不同条件下做不同的动作，再抽象为“如果……那么……”的句式，最后让学生带着思维惯性回到迷宫游戏中，从而加深学生对现有问题的理解。这样，引导学生利用学习单完成半成品的关系对应图，使学生初步形成了解决问题的思路。思路形成后，教师可组织学生小组讨论，尝试利用不同的控件来实现程序的功能。在课堂中，笔者欣喜地发现，虽然这部分知识点是新授内容，但所有小组都顺利地完成了任务。学生都找到了“如果那么”控件，有的小组还运用了“如果那么否则”的结构。笔者认为，正是由于对游戏的强烈兴趣和对自己创编的游戏的热切期待，学生对问题的探索才会如此自觉、高效、执着。资深游戏设计师科斯特曾说，游戏的乐趣源于掌握，源于理解，正是解惑的行为让游戏变得有趣。这正是游戏教学法在突破教学难点时给学生带来的积极的心理作用。四、挑战游戏，展评优化方案著名学前教育家福禄贝尔认为，游戏是童年生活中最快乐的活动，是表现和发展儿童的自动性和创造性的最好的活动形式。游戏，让学生在课堂中始终拥有充足的学习动力，并由此获得无穷的想象空间。教师发现，学生创编的游戏精彩纷呈，如每个小组制作的迷宫地形都不一样，有的是海底隧道，有的是森林密道……小猫角色行走的控制方法也不同，有的用鼠标控制，有的用按键控制……拥有自己的原创作品后，学生就会产生向他人推介的心理冲动。在这个环节中，教师先让各小组选出一名代表，向全班展示并介绍本组作品，包括创作思路、遇到的问题及解决方案、作品特色等；再邀请其他小组进行游戏试玩；然后听听第三方（教师等）对作品的评价，发现作品的优缺点；最后，小组成员汇总意见，提炼出优化思路，并对程序进行调试，完成作品的迭代更新。在信息科技学科中，迭代是为了逼近目标或结果而不断重复的过程，每一次重复称为一次迭代，而每一次迭代得到的结果会作为下一次迭代的初始值。在一次次迭代中，学生也从中感受到成功的不易和坚持的意义，其计算思维也在潜移默化中获得生长。儿童总是无法满足现有的玩具。通过班级展示交流和小组之间的游戏试玩，学生很快就会觉得现在的游戏太简单了。如何让自己的游戏更好玩、更具挑战性，自然成了学生下一步追求的目标。五、拓展游戏，迁移应用方案对学生计算思维培养的有效性以及计算思维能力等级的评估，其中一项重要指标就是能否运用已建立的模型或已形成的解决方案解决与之相关的其他问题，这是计算思维的另一个重要能力——迁移。计算思维的迁移应用指人们在运用计算思维解决某个问题后，系统化地总结问题解决的全过程，提炼出分析问题、解决问题的方法，从而在遇到类似问题时能够迁移应用、举一反三、一通百通。要顺利实现这一点，笔者认为至少要达到两个要求：一是对原有解决方案的理解十分透彻；二是让原有解决方案的建构更加合理、完善。通过前面几个活动的铺垫，学生优化自己创编的游戏的意愿更强烈了。此时，教师引导学生完善游戏模型就是契合其心理需求的自然之舉，能使学生对原本复杂乏味的模型建构充满信心和动力。课堂中，学生提出了很多优化方案，如有的提出可以在迷宫中设置地形障碍，如刀山火海、深渊陷阱等；有的提出可以设置动态障碍，如吃人的猛兽、巡逻的妖怪等；有的提出可以增加分数变量，在迷宫中碰到宝贝加分，碰到障碍减分，再根据得分情况判断通关与否；还有的提出可以给游戏增加几个关卡，积累到一定分数才算过关等。在教师的引导下，学生对游戏模型进行逐步完善，最终形成了迷宫探险类游戏模型（见图3）。由于优化方案是在有了一定理解之后师生共同探讨、逐步建构而成的，学生能够比较轻松地将从《穿越迷宫》一课中学到的思