例談Scratch游戲教學對學生計算思維的培養(yǎng)

［摘要］游戲教學法是兒童編程教學中最常用的教學方法，契合兒童的心理特征。計算思維是信息科技學科要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一，也是學生在信息社會中學習、生活必備的基本能力之一。蘇教版信息技術教材中介紹的Scratch軟件是一款非常適合兒童學習的圖形化編程軟件。教師在課堂教學中可以結合游戲化教學理論，通過“玩—析—創(chuàng)—展—拓”五個步驟，讓學生經(jīng)歷問題界定、抽象、建模、優(yōu)化、遷移的思維過程，從而培養(yǎng)學生的計算思維。［關鍵詞］小學信息科技;游戲教學;Scratch軟件;計算思維游戲教學法是指把教學和游戲有機融合起來，使學生在興趣的驅動下，輕松愉悅地學會某種本領的一種教學方法。在小學信息科技課堂中，作為圖形化編程的常用教學法，游戲教學法有著天然的優(yōu)勢。但在游戲教學過程中，教師要注意不能讓學生只停留在游戲有趣、好玩的表層，而要注重對學生更深層次能力的培養(yǎng)。計算思維是信息科技課程重點關注與培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》指出：“計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設計等思維活動?！本科浔举|，計算思維與解決問題密切相關。綜合國內外相關理論，筆者發(fā)現(xiàn)游戲教學法與計算思維相融相通，具有一定的對應關系（見圖1）。本文以蘇教版信息技術教材五年級上冊第7課《穿越迷宮》為例，談一談如何在Scratch游戲教學中培養(yǎng)學生的計算思維。一、試玩游戲，創(chuàng)設問題情境傳統(tǒng)的編程教學往往以掌握編程語言的語法結構為目標，以變量、表達式、程序結構等為重點。這樣的教學比較枯燥，且短期內無法產(chǎn)生有效的作品，學生也難以保持強烈的學習興趣。游戲的情境性、直觀性、活動性與小學生的思維特點比較吻合，能減輕學生符號學習的壓力，使學生通過游戲叩開符號學習的大門。電腦游戲是真實生活的虛擬再現(xiàn)，對學生有著很大的吸引力。通過一個有價值的游戲創(chuàng)設問題情境，能使學生在輕松愉悅的游戲過程中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并由此激活計算思維。走迷宮，是現(xiàn)實生活中學生喜聞樂見的一種游戲，具有一定的挑戰(zhàn)性和拓展性，但在現(xiàn)實生活中建立一個可供學生游玩的迷宮并不容易。用Scratch軟件編寫一個電腦版的迷宮游戲，既符合學生的心理需求，又具有一定的可行性?！澳銈冏哌^迷宮嗎？想在課堂上和老師、同學一起走一走嗎？”從學生異口同聲的回答中可以看出，大部分學生都有過走迷宮的經(jīng)歷，而且也非常期待在課堂上和老師、同學一起走迷宮。教師創(chuàng)設這樣的問題情境，不僅能自然地導入課堂，而且能有效激發(fā)學生的學習興趣。教材中的迷宮游戲比較簡單，教師可以先讓學生嘗試著玩一玩，讓他們激動的心情有所平復，逐漸進入學習狀態(tài)。再相機提出問題：“一個迷宮游戲通常需要哪些元素？不同的元素可以設定怎樣的游戲規(guī)則？如何利用Scratch軟件編寫這樣的游戲呢？”這樣引導，能促使學生帶著問題玩游戲，在問題情境中產(chǎn)生進一步探究的興趣，從而順利進入自主探究環(huán)節(jié)。二、解析游戲，引導問題建模在自主探究活動中，教師要適時引導學生利用已學知識分析問題?！洞┰矫詫m》一課處于學生學習Scratch軟件的中期階段。學生在前面的學習中已經(jīng)掌握了Scratch軟件中“舞臺”“角色”“造型”等概念，也對“重復執(zhí)行”的程序結構有了初步的認知。在玩的過程中，學生很容易就發(fā)現(xiàn)，一個簡單的迷宮游戲必須具備兩個元素——迷宮地圖和游戲主角。那么，這兩個元素可以設定怎樣的游戲規(guī)則呢？在游戲教學中，一個重要任務就是建構與自由比肩而立的規(guī)則世界。規(guī)則應該由教師和學生共同制訂、自愿遵守，并在游戲過程中不斷調整和完善。建立游戲規(guī)則的過程就是分析問題的過程。通過小組合作，學生共同商討出上述兩個元素的游戲規(guī)則。一是迷宮地圖：有一個起點和終點，二者之間設有多條道路，能通向終點的稱為活路，不能通向終點的稱為死路，整個地圖中至少設計一條活路；二是游戲主角：從起點出發(fā)，可以朝上下左右四個方向行走，不能穿越死路，最終到達地圖終點就算游戲成功。那么，上述游戲元素及規(guī)則在Scratch作品設計中如何對應呈現(xiàn)呢？教師可以利用學習單，先呈現(xiàn)半成品的關系對應圖（見圖2），再讓學生自主完善關系圖，以幫助學生理清思路，并初步感知抽象建模的過程。抽象是確定對象或系統(tǒng)中的哪個元素是必要特征的過程，需要隱去問題的細節(jié)，找到問題的本質屬性，這對五年級學生來說比較困難。因此，教師通過建立一個簡單的可視化思維模型，為學生搭建了一個夠得著的“梯子”。有了這個模型，學生對游戲的結構就有了一個整體的認識，對后續(xù)創(chuàng)作游戲及對游戲進行拓展升級都會有很大的幫助。三、創(chuàng)編游戲，嘗試解決方案對游戲構造有了充分了解后，教師可以引導學生小組合作創(chuàng)編游戲，即對上一環(huán)節(jié)建立的模型進行解模。解模就是把模型中每一步的設想用具體的技術方法加以實現(xiàn)。在本課中，解模就是在Scratch軟件中選用合適的積木塊和算法來創(chuàng)編迷宮游戲。在這個過程中要解決兩個問題。其一，如何在Scratch軟件中設計迷宮地形的多種效果？學生通過嘗試發(fā)現(xiàn)，在舞臺背景中利用“繪制角色”功能添加多個造型，可以實現(xiàn)迷宮地形的多樣化。這是之前學過的知識，學生都能輕松完成。其二，如何控制小貓角色自由行走，并符合之前設定的游戲規(guī)則？這是本課教學的重難點，涉及“鼠標跟隨”“偵測”“如果那么”“重復執(zhí)行”等知識點。對初次接觸條件結構的學生來說，理解程序流程有一定的難度。教師可以結合生活中的一些場景，如“上學要不要帶雨具？”“如何正確通過有交通指示燈的路口？”等，先讓學生用自然語言描述如何在不同條件下做不同的動作，再抽象為“如果……那么……”的句式，最后讓學生帶著思維慣性回到迷宮游戲中，從而加深學生對現(xiàn)有問題的理解。這樣，引導學生利用學習單完成半成品的關系對應圖，使學生初步形成了解決問題的思路。思路形成后，教師可組織學生小組討論，嘗試利用不同的控件來實現(xiàn)程序的功能。在課堂中，筆者欣喜地發(fā)現(xiàn)，雖然這部分知識點是新授內容，但所有小組都順利地完成了任務。學生都找到了“如果那么”控件，有的小組還運用了“如果那么否則”的結構。筆者認為，正是由于對游戲的強烈興趣和對自己創(chuàng)編的游戲的熱切期待，學生對問題的探索才會如此自覺、高效、執(zhí)著。資深游戲設計師科斯特曾說，游戲的樂趣源于掌握，源于理解，正是解惑的行為讓游戲變得有趣。這正是游戲教學法在突破教學難點時給學生帶來的積極的心理作用。四、挑戰(zhàn)游戲，展評優(yōu)化方案著名學前教育家福祿貝爾認為，游戲是童年生活中最快樂的活動，是表現(xiàn)和發(fā)展兒童的自動性和創(chuàng)造性的最好的活動形式。游戲，讓學生在課堂中始終擁有充足的學習動力，并由此獲得無窮的想象空間。教師發(fā)現(xiàn)，學生創(chuàng)編的游戲精彩紛呈，如每個小組制作的迷宮地形都不一樣，有的是海底隧道，有的是森林密道……小貓角色行走的控制方法也不同，有的用鼠標控制，有的用按鍵控制……擁有自己的原創(chuàng)作品后，學生就會產(chǎn)生向他人推介的心理沖動。在這個環(huán)節(jié)中，教師先讓各小組選出一名代表，向全班展示并介紹本組作品，包括創(chuàng)作思路、遇到的問題及解決方案、作品特色等；再邀請其他小組進行游戲試玩；然后聽聽第三方（教師等）對作品的評價，發(fā)現(xiàn)作品的優(yōu)缺點；最后，小組成員匯總意見，提煉出優(yōu)化思路，并對程序進行調試，完成作品的迭代更新。在信息科技學科中，迭代是為了逼近目標或結果而不斷重復的過程，每一次重復稱為一次迭代，而每一次迭代得到的結果會作為下一次迭代的初始值。在一次次迭代中，學生也從中感受到成功的不易和堅持的意義，其計算思維也在潛移默化中獲得生長。兒童總是無法滿足現(xiàn)有的玩具。通過班級展示交流和小組之間的游戲試玩，學生很快就會覺得現(xiàn)在的游戲太簡單了。如何讓自己的游戲更好玩、更具挑戰(zhàn)性，自然成了學生下一步追求的目標。五、拓展游戲，遷移應用方案對學生計算思維培養(yǎng)的有效性以及計算思維能力等級的評估，其中一項重要指標就是能否運用已建立的模型或已形成的解決方案解決與之相關的其他問題，這是計算思維的另一個重要能力——遷移。計算思維的遷移應用指人們在運用計算思維解決某個問題后，系統(tǒng)化地總結問題解決的全過程，提煉出分析問題、解決問題的方法，從而在遇到類似問題時能夠遷移應用、舉一反三、一通百通。要順利實現(xiàn)這一點，筆者認為至少要達到兩個要求：一是對原有解決方案的理解十分透徹；二是讓原有解決方案的建構更加合理、完善。通過前面幾個活動的鋪墊，學生優(yōu)化自己創(chuàng)編的游戲的意愿更強烈了。此時，教師引導學生完善游戲模型就是契合其心理需求的自然之舉，能使學生對原本復雜乏味的模型建構充滿信心和動力。課堂中，學生提出了很多優(yōu)化方案，如有的提出可以在迷宮中設置地形障礙，如刀山火海、深淵陷阱等；有的提出可以設置動態(tài)障礙，如吃人的猛獸、巡邏的妖怪等；有的提出可以增加分數(shù)變量，在迷宮中碰到寶貝加分，碰到障礙減分，再根據(jù)得分情況判斷通關與否；還有的提出可以給游戲增加幾個關卡，積累到一定分數(shù)才算過關等。在教師的引導下，學生對游戲模型進行逐步完善，最終形成了迷宮探險類游戲模型（見圖3）。由于優(yōu)化方案是在有了一定理解之后師生共同探討、逐步建構而成的，學生能夠比較輕松地將從《穿越迷宮》一課中學到的思