教學(xué)論文利用Scratch趣味編程與Pascal語言互動(dòng)教學(xué)例談

1、利用Scratch趣味編程與Pascal語言互動(dòng)教學(xué)例談【摘要】近幾年來，我在輔導(dǎo)學(xué)生參加信息學(xué)奧林匹克競賽過程中，發(fā)現(xiàn)Pascal語言對小學(xué)生生來說，抽象思維要求高，難度有點(diǎn)大。而我又在Scratch趣味編程少年宮拓展性課程教學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)疊積木式的程序腳本，學(xué)生興趣濃，參與度高。借助Scratch趣味編程幫助學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型，理解Pascal語言中一些難點(diǎn)，起到化抽象為形象，由感性到理性的境界；當(dāng)學(xué)生數(shù)學(xué)模型的建立與算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)后又推動(dòng)Scratch趣味編程，利用Scratch趣味編程與Pascal語言互動(dòng)?！娟P(guān)鍵字】PascalScratch抽象形象感性理性一、問題的提出著名國際信息學(xué)奧林

2、匹克中國隊(duì)總教練，清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系計(jì)算機(jī)教授，博士生導(dǎo)師吳文虎說：“信息學(xué)奧林匹克競賽從內(nèi)容看，是用計(jì)算機(jī)解決一些難題，核心是數(shù)學(xué)建模與算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?！盤ascal語言作為信息學(xué)奧林匹克競賽語言，它的優(yōu)點(diǎn)很多，功能強(qiáng)大，數(shù)據(jù)類型豐富，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，模塊化，邏輯性強(qiáng)，更重要是Pascal語言是世界上第一個(gè)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它非常適合教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生形成良好的習(xí)慣，有利于培養(yǎng)學(xué)生的編程思想，但對小學(xué)生生來說，抽象思維要求高，難度有點(diǎn)大。我在輔導(dǎo)Pascal程序設(shè)計(jì)語言教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生代碼難懂，數(shù)學(xué)建模不易建立，算法設(shè)計(jì)不易實(shí)現(xiàn)，過程枯燥無味，學(xué)生興趣不高，難以達(dá)到預(yù)期的效果。二、問題的設(shè)想前幾

3、年義烏市各小學(xué)的少年宮活動(dòng)開展得如火如荼，我也參與其中，選擇Scratch趣味編程，Scratch最大的優(yōu)點(diǎn)是將編程變得如搭積木那樣容易，采用拖曳、組合的方式來設(shè)計(jì)程序，取代了傳統(tǒng)的打字，免除輸入錯(cuò)誤的困擾，也是“可視化”的程序語言，好像把我們的創(chuàng)意思考“顯示”出來了一樣，讓學(xué)習(xí)變得更輕松。學(xué)生Scratch趣味編程過程中，興趣濃，參與度高。于是我在思考與實(shí)踐，Pascal語言中難度理解的部分通過Scratch趣味編程幫助建模，幫助理解，可以彌補(bǔ)Pascal語言抽象思維，讓抽象思維變得形象直觀；而當(dāng)建立起一定數(shù)學(xué)模型和算法的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)后又推動(dòng)Scratch趣味編程。三、問題的實(shí)踐（一）選擇結(jié)構(gòu)，

4、迷宮游戲助理解Pascal程序設(shè)計(jì)有三種基本結(jié)構(gòu)：順序、選擇和循環(huán)，順序結(jié)構(gòu)比較直觀，很好理解，選擇結(jié)構(gòu)也屬于抽象的范疇，在教學(xué)實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生不容易理解，在教學(xué)之前，我用scratch中“迷宮游戲”幫助學(xué)生加深理解、形成概念。我準(zhǔn)備了以下的scratch中“迷宮游戲”。（圖1）圖1讓學(xué)生“玩一玩”這個(gè)小游戲，體驗(yàn)到了什么？生1：只能沿著線路走才能成功。師：還有體驗(yàn)到了什么？生2：如果碰到黑色的邊線或障礙物就說出“啊，糟糕！”，沒有碰到就一直接說“走！走！”，如果小貓到達(dá)終點(diǎn)，就說“我成功了！”師：在哪些地方面臨選擇？生：、處。師：還有嗎？生：就是不能碰到黑色的邊線，碰到了就回到了起點(diǎn)。師：

5、小貓從起點(diǎn)到終點(diǎn)的路有時(shí)只有一條，有時(shí)路有好幾條，每到一個(gè)分岔路口，就面臨選擇，選定了一個(gè)方向也就放棄了另一個(gè)方向，但最終都能到達(dá)同一個(gè)終點(diǎn)。還有小貓?jiān)谧呙詫m的過程中時(shí)時(shí)要判斷自己是否會碰到黑色邊緣或障礙物，像這樣的情況在程序設(shè)計(jì)中就是“選擇結(jié)構(gòu)”的程序，又叫“分支結(jié)構(gòu)”在Pascal語言中我們用“if條件then語句1else語句2”語句來實(shí)現(xiàn)。對照Scratch程序與Pascal程序語句，如圖2，學(xué)生非常容易理解。if語句1語句2條件else圖2通過以上圖形的對比，還容易得出，“if條件then語句1 else語句2”意思是“如果條件成立，執(zhí)行語句1，否則就執(zhí)行語句2”，學(xué)生理解透徹，記憶

6、深刻。學(xué)生理解了選擇結(jié)構(gòu)，又促進(jìn)了Scratch學(xué)習(xí),學(xué)生居然編出模擬機(jī)器人走軌跡（圖3），我告訴他們，這就是機(jī)器人送餐程序的主體部分。圖3 模擬機(jī)器人走軌跡(二）交換變量，復(fù)合語句顯直觀青少年信息學(xué)奧林匹克競賽培訓(xùn)教材Pascal語言小學(xué)版第2版P67，介紹復(fù)合語句是這樣闡述的：“復(fù)合語句是以begin開始，以end結(jié)束，中間包含若干個(gè)語句的語句組?！辈⑴e例5-2 輸入兩個(gè)數(shù)，將其中大數(shù)存入變量a,小數(shù)存入變量b。學(xué)生剛接觸復(fù)合語時(shí)，非常難以理解，以下是我借助Scratch程序圖解Pascal程序。程序片段如下圖4：begint:=a;a:=b;b:=t;writeln(a=,a, ,b=,

7、b)end;If a>b then writeln(a=,a, ,b=,b)Else圖4從上圖不難看出，begin到end之間的語句組就相當(dāng)于Scratch腳本中的否則積木綁定那一段語句結(jié)束，復(fù)合語句也就是用begin，end綁定若干個(gè)語句，最后相當(dāng)于一個(gè)語句。有趣的是，有一次我問“我們參加親朋好友的婚禮時(shí)，經(jīng)常有這么一個(gè)猜數(shù)字的游戲，你們能編出來嗎？”下圖是某同學(xué)用編出的猜數(shù)字游戲（圖5）。圖5 猜數(shù)字游戲（三）循環(huán)結(jié)構(gòu)，Scratch程序引思路循環(huán)結(jié)構(gòu)是程序中的另一種基本結(jié)構(gòu)，是非常重要的結(jié)構(gòu)，也是Pascal教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。什么是循環(huán)結(jié)構(gòu)呢?我往往是從“烏鴉喝水”故事入手，但是學(xué)

8、生碰到sum=1+2+3+4+5+100時(shí)，培訓(xùn)教材P84例6-2是用計(jì)數(shù)循環(huán)，是學(xué)習(xí)PASCAL語言遇到的第一種循環(huán)，仍然理解不了，多次講還是理解不了，教學(xué)效果事倍功半。1.利用scratch趣味程序建立數(shù)學(xué)模型。我認(rèn)為要讓學(xué)生徹底理解循環(huán)結(jié)構(gòu)，還要從當(dāng)型循環(huán)開始，利用scratch趣味程序?yàn)楹⒆觽兘?shù)學(xué)模型。如培訓(xùn)教材P86例6-5求s=2+6+10+98的值。當(dāng)型循環(huán)（while）語句，部分Pascal源程序和scratch程序?qū)Ρ热缦聢D5BeginX:=2;s:=0;While x<=98 doBeginS:=s+x;X:=x+4;end圖6借助Scratch程序，當(dāng)型循環(huán)執(zhí)行

9、過程是先判斷，“While x<=98 do”相當(dāng)于Scratch語言中，這樣有助于小學(xué)孩子的理解。接著我再順勢下去。如果條件滿足（即為真），重復(fù)執(zhí)行do后面的語句，如果條件不滿足（即為假），當(dāng)型循環(huán)結(jié)束，執(zhí)行while后面的語句。這樣程序就會不斷重復(fù)運(yùn)行，本程序是x每次加4，s每次把計(jì)算結(jié)果累加。一個(gè)是計(jì)數(shù)器，一個(gè)是累加器。利用形象直觀的積木腳本，讓孩子對當(dāng)型循環(huán)結(jié)構(gòu)有了初步的感性認(rèn)識，建立起了累加的數(shù)學(xué)模型。2.借助于表格和流程圖引導(dǎo)算法實(shí)現(xiàn)。如何由把抽象的思維轉(zhuǎn)變成理性的思維呢？我再通過表格和流程圖以引導(dǎo)。x2610141898s281832501250表格記錄算法的實(shí)現(xiàn)開始X:=

10、2S:=0結(jié)束x<=98?S:=s+xYN輸出s的值x:=x+4圖7：流程圖引導(dǎo)算法實(shí)現(xiàn)過程3.上機(jī)驗(yàn)證。有了數(shù)學(xué)模型的建立和算法的實(shí)現(xiàn)，接下來就是上機(jī)驗(yàn)證的過程了。圖8：Scratch一步一步驗(yàn)證圖9：用Free Pascal 進(jìn)行驗(yàn)證經(jīng)過形象感性認(rèn)識數(shù)學(xué)模型建立算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)上機(jī)驗(yàn)證，把抽象的思維形象化，把感性的認(rèn)識上升到理性思維。同理，Pascal語言中直到型循環(huán)（repeat）語句也可以用同樣的辦法來教學(xué)。Begini:=2;sum:=0;repeatSum:=sum+i;i:=i+4;Until i>=98圖10：直到型循環(huán)Pascal與Scratch對照圖計(jì)數(shù)循環(huán)也是

11、PASCAL語言中的一個(gè)難點(diǎn)，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)比前兩種循環(huán)結(jié)構(gòu)還要難，借Scratch趣味編程，如下圖，讓學(xué)生有一個(gè)形象、感性的認(rèn)識，再利用表格逐步上升到理性理解BeginSum:=0;For i:=1 to 10 doSum:=sum+i;Writeln(s);end圖11：計(jì)數(shù)循環(huán)Pascal與Scratch對照圖i12345678910sum13610152128364555表格記錄算法的實(shí)現(xiàn)NY開始i:=0Sum:=1結(jié)束i<=10?Sum:=sum+i輸出sum的值i:=i+1圖12：流程圖引導(dǎo)算法實(shí)現(xiàn)過程有了直到型循環(huán)的基礎(chǔ)，學(xué)生有了直到型循環(huán)數(shù)學(xué)模型，對Scratch趣味編

12、程有了很大的幫助。有一次，我說要三年級的小朋友上第3課鍵盤一家，主要是認(rèn)識基本鍵，要編寫一個(gè)接蘋果的游戲，你們能幫幫我嗎？學(xué)生很快完成了，不僅有倒計(jì)時(shí)功能，還有成績功能（如圖13）。圖13接蘋果游戲4.子程序，動(dòng)物過冬故事解模塊在編寫程序過程中，會碰到代碼很長，為了解決這個(gè)問題，我們一般采用模塊化的思想，即一個(gè)程序分解為苦干個(gè)模塊，有一個(gè)模塊為主程序模塊，其余是子程序模塊，程序運(yùn)行過程中，主程序模塊可以調(diào)用子程序模塊，這樣的程序容易編寫，可讀性強(qiáng)。為了講清楚這個(gè)問題，我利用Scratch編寫的“動(dòng)物過冬故事”情境為同學(xué)們來引導(dǎo)同學(xué)們的理解。圖14：主程序模塊圖15：主程序模塊調(diào)用子程序模塊的分

13、解當(dāng)執(zhí)行腳本時(shí)，就調(diào)用“解說詞”子程序，此時(shí)主程序在等待子程序模塊運(yùn)行的結(jié)果；當(dāng)子程序模塊運(yùn)行結(jié)束時(shí)，再把結(jié)果告訴主程序模塊，主程序模塊再繼續(xù)往下運(yùn)行，結(jié)合下圖進(jìn)步建立主程序模塊調(diào)用子程序模塊過程數(shù)學(xué)模型。主程序模塊子程序模塊語句1語句2調(diào)用子程序1語句n語句n+1語句1語句2語句n返回到主程序圖16分析主程序模塊調(diào)用子程序模塊過程利用以上情境故事，利用Scratch趣味編程分解每一個(gè)模塊，學(xué)生對主程序和子程序有一定的理解，建立主程序調(diào)用子程序，子程序運(yùn)行結(jié)束返回主程序的數(shù)學(xué)模型，這對Pascal語言函數(shù)與過程的理解很大的幫助。圖16是學(xué)生編寫的龜兔賽跑的故事。圖16故事龜兔賽跑四、問題的延伸

14、以上是我利用Scratch趣味編程與Pascal語言互動(dòng)教學(xué)一些實(shí)例。當(dāng)然，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只這些，如Pascal語言中數(shù)組、遞歸如何與Scratch趣味編程互動(dòng)？Scratch趣味編程在游戲與動(dòng)畫方面有明顯的優(yōu)勢，但在算法設(shè)計(jì)上還有所欠缺，如何在Scratch趣味編程更好突出算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)？這些都是我要思考的問題，隨著Scratch趣味編程與Pascal語言互動(dòng)深入探索，我相信肯定能找到兩者的深度融合。值得慶幸的是，浙教基201536號浙江省教育廳關(guān)于深化義務(wù)教育課程改革的指導(dǎo)意見指出：“義務(wù)教育課程分為基礎(chǔ)性課程和拓展性課程，拓展性課程指學(xué)校提供給學(xué)生自主選擇的學(xué)習(xí)內(nèi)容。”我校也在扎扎實(shí)實(shí)地實(shí)施拓展性課程開發(fā)，我更有機(jī)會與條件實(shí)施Scratch趣味編程課程項(xiàng)目，落實(shí)了指導(dǎo)意見中的“突出拓展性課