巧用Scratch作图培养小学生计算思维策略.docx

    巧用Scratch作图培养小学生计算思维策略    郭巍丹随着Scratch教学的深入开展，教师在教学中经常会遇到一些问题：学生跃跃欲试却无从下手，学生反复调试却效果不佳，学生学会了案例却创意不足分析这些现象的原因所在，深入思考Scratch教学的本质，笔者发现，Scratch图形化指令直观明了，学生可以很快掌握这些指令，编写简单的小程序但随着学习的深入，任务变得复杂，角色开始增多，每个角色的功能增加，用到的指令越来越多，程序也越来越复杂，这时就需要运用计算机科学的基础概念去求解问题和设计系统，利用递归思维和启发式推理来寻求解答，也就是如今所说的在Scratch教学中要培养小学生的计算思维结合Scratch教学中发现的问题和小学生的认知水平，笔者认为利用Scratch作图的创作过程可以有效培养小学生的分解、递归等算法思维及概括、推理等计算思维● 分析任务：由外到内逐层分解充分理解案例、学会分析任务是解决任何编程问题的第一步理解之后，可以做出一个大致的解决方案，然后将其划分为多个主要任务进行突破，几个主要的任务又可以各自作为大任务再分解成小任务进行解决，这样的顺序称为由外到内逐层分解。

在用Scratch作图时，教师经常会用到这样的分析方法，这种方法同样也可以运用到其他类别的Scratch作品的创作中例如，学生拿到“蜘蛛网”案例时，虽然直观上感觉对图形非常熟悉，也知道这是一个特殊图形，但由于缺乏计算思维的训练，在编程时仍无从下手，而这正凸显了动手编程前任务分析的重要性在程序实现之前，教师要引导学生对图形进行观察，发现图形生成具有的规律，帮助学生一层层地推理和分析笔者以在Scratch中做出“蜘蛛網”图形为例，引领学生一起分析，得出如下两种图形分解思路第一种（如上页图1）：从最外层分解，这个“蜘蛛网”图形首先可以分成5个大的六边形；再进一步分解，每个大六边形又可以分解成6个大小一样的正三角形，最终归到一个基础图形“三角形”只要能画出这个最小的正三角形，通过变换就能得到最小的正六边形，再通过变换将小六边形边长增加，就可以制作成一个“蜘蛛网”图形第二种（如上页图2）：将这个“蜘蛛网”图形分解成六个大小一致的大正三角形；每个大正三角形由5个边长依次增加的小正三角形组成，最终也是归到小正三角形上只要先制作出这个小正三角形，就可以通过程序指令生成一个“蜘蛛网”图形从案例中可以发现，对复杂问题由外到内逐层分解可以帮助学生化繁为简，体验从复杂问题到具体问题的分解过程，学生掌握了这种分析任务的切入口，找到了解决问题的方法，就会从无从下手发展到跃跃欲试。

● 程序实现：由内到外逐层递归通过前面由外到内的逐层分析，能够在复杂问题中分解出要解决的具体小任务集中解决好复杂问题中的小问题，把各个细节问题解决好，再进行合理的组装，就能由内到外一步步解决问题因此，在这个程序实现过程中，教师要着眼于具体的小任务在绘制“蜘蛛网”的案例中提到了两种分解过程，笔者在这里用第一种思路讲解如何由内到外一层层编程，再结合问题分析结果最内层的过程就是实现正三角形的绘制，学生很快能够编写出绘制正三角形的程序：重复执行3次移动数值（这里以100为例）和旋转（120度）两个指令这就是解决任务中最内层的过程，命名为Triangle但考虑到外层过程中，正三角形的边长是要变化的，不能固定100，所以Triangle中必须还有一个自变量length（如图3）第二层过程是实现每旋转60度绘制一个正三角形直至一周只要每旋转60度，执行一次过程Triangle即可，将这个绘制正六边形的过程命名为Hexagon，同样要设置自变量length（如图4）最外层过程是实现绘制5个依次增加边长的六边形利用同样的解决思路，重复执行5次Hexagon由于每执行一次，变量length要增加一定的值，所以length需要用新的变量进行控制，将这个顶层的过程命名为SpiderWeb。

主程序只要调用最外层过程SpiderWeb，就能绘制出精美的蜘蛛网了（具体代码如上页图5）由内到外的程序实现过程，给学生编程提供了明确的线索，帮助学生理清任务与任务之间、问题与问题之间的逻辑关系在整个编写过程中，就如同提供了一步步的脚手架，通过用计算机自动绘制出这些神奇的图形，让学生感受到计算机程序设计的强大魅力● 定义过程：减少程序的漏洞简单是程序设计的目标，就像工厂里的流水生产线往往被划分成若干个工位，每一个工位执行标准化、程序化的动作，这就是单一责任在程序设计中，单一责任是指某个代码的功能，应该保证只有单一、明确的执行任务任务越单一，代码越简单，越简单的代码占用时间越少，漏洞越少，并且易于修改当其他功能部分发生变化时，也能够尽可能降低对其他组件的影响在“蜘蛛网”的案例中，将每个分步都定义为一个过程（如图6），每个过程只做单一的任务，如Triangle只负责绘制某一边长的正三角形定义过程不仅有利于学生理清编程的思路，也方便程序的调试在调试程序的过程中，可以将总目标分解成一层层由内向外的过程进行逐一调试案例中可以先调试是否能画出一个三角形，调试成功后，再调试是否能成功画出六边形以此类推，直至成功。

● 应用拓展：从范例学习到个性创意Scratch的教学本身就是“为了创作而教”，无论什么主题的作品都不能忽视自由创作在绘制图形的案例中，学生主要是学习了问题的分解与具体问题达成的逻辑，重在方法的剖析，而非图形本身这为学生走出范例进行个性化创作奠定了良好的基础1.修改变量过程，变化效果几何图形的变换千姿百态，但核心思想不变在图形绘制中只需要修改某一个变量（边长、边数、旋转角度）或者修改过程中执行的命令，就可以带来各种各样的效果当然，修改之前需要先有总体的架构，明确自己的目标图形例如，在学生学会绘制正三角形和正三角形变换得到的蜘蛛网案例后，可要求其自行设计绘制正方形，并将绘制正方形的过程作为底层过程函数，创作更加复杂的图案（如上页图7）2.巧用问询模块，实现交互在绘图的创作过程中，有学生提出不要固定绘制的图案，如上面案例中实现实时绘制6个花瓣、7个花瓣……只要将第三个过程函数的重复执行次数设为变量，并在主程序中加入问询的指令（如上页图8），那么，当回答不同的数值时，count的值就会不同，调用过程函数Rotated Squares后的图案也会发生变化（如图9）3.设置画笔性质，美化图案画笔模块中有多条与画笔属性相关的指令，学生将这些指令合理地添加到子程序中，就可以绘制出更加精美的图案。

例如，某学生在上面案例中的子程序Square中，每次执行就增加画笔的颜色值，并在Rotated Squares子程序中恢复画笔起始颜色，成功绘制出了色彩丰富的花瓣（如图10）几何图形的创作周期和需要考虑的内容明显小于一个好玩的游戏、动画等互动性作品的创作，也正因为如此，学生发挥的创意可以很小，也可以很大但是，无论是简单修改变量还是颜色，通过不同逻辑的嵌套后，最后的成品都是丰富多彩的这样简单的操作，却能收获丰富的即时的可视化的作品，能更加激发学生对逻辑的探究，并体验到图形绘制的趣味总之，由于Scratch软件存在可视化编程环境、画笔的多种性质、过程函数的方便调用，以及可以结合其他指令达到更多交互功能等优势，使得Scratch作图变得既有趣又简单，大大激发了学生的创作激情几何图形的创作并不能涵盖Scratch软件的所有功能指令因此，Scratch作图旨在培养学生的编程思维，而非Scratch指令的系统学习笔者希望学生通过对Scratch作图的学习，学会分析问题、体验解决问题的方法，并将学习中渗透的计算思维运用到Scratch指令的学习中，为Scratch作品的创作提供解决问题的策略endprint  -全文完-。