教學論文利用Scratch趣味編程與Pascal語言互動教學例談

1、利用Scratch趣味編程與Pascal語言互動教學例談【摘要】近幾年來，我在輔導學生參加信息學奧林匹克競賽過程中，發(fā)現(xiàn)Pascal語言對小學生生來說，抽象思維要求高，難度有點大。而我又在Scratch趣味編程少年宮拓展性課程教學過程，發(fā)現(xiàn)疊積木式的程序腳本，學生興趣濃，參與度高。借助Scratch趣味編程幫助學生建立數(shù)學模型，理解Pascal語言中一些難點，起到化抽象為形象，由感性到理性的境界；當學生數(shù)學模型的建立與算法設(shè)計實現(xiàn)后又推動Scratch趣味編程，利用Scratch趣味編程與Pascal語言互動。【關(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奧林

2、匹克中國隊總教練，清華大學計算機系計算機教授，博士生導師吳文虎說：“信息學奧林匹克競賽從內(nèi)容看，是用計算機解決一些難題，核心是數(shù)學建模與算法設(shè)計與實現(xiàn)?！盤ascal語言作為信息學奧林匹克競賽語言，它的優(yōu)點很多，功能強大，數(shù)據(jù)類型豐富，結(jié)構(gòu)嚴謹，模塊化，邏輯性強，更重要是Pascal語言是世界上第一個結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，它非常適合教學，有利于培養(yǎng)學生形成良好的習慣，有利于培養(yǎng)學生的編程思想，但對小學生生來說，抽象思維要求高，難度有點大。我在輔導Pascal程序設(shè)計語言教學中，發(fā)現(xiàn)學生代碼難懂，數(shù)學建模不易建立，算法設(shè)計不易實現(xiàn)，過程枯燥無味，學生興趣不高，難以達到預期的效果。二、問題的設(shè)想前幾

3、年義烏市各小學的少年宮活動開展得如火如荼，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)計程序，取代了傳統(tǒng)的打字，免除輸入錯誤的困擾，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，讓學習變得更輕松。學生Scratch趣味編程過程中，興趣濃，參與度高。于是我在思考與實踐，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Pascal語言抽象思維，讓抽象思維變得形象直觀；而當建立起一定數(shù)學模型和算法的設(shè)計實現(xiàn)后又推動Scratch趣味編程。三、問題的實踐（一）選擇結(jié)構(gòu)，

4、迷宮游戲助理解Pascal程序設(shè)計有三種基本結(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，在教學實踐過程中發(fā)現(xiàn)學生不容易理解，在教學之前，我用scratch中“迷宮游戲”幫助學生加深理解、形成概念。我準備了以下的scratch中“迷宮游戲”。（圖1）圖1讓學生“玩一玩”這個小游戲，體驗到了什么？生1：只能沿著線路走才能成功。師：還有體驗到了什么？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！”，如果小貓到達終點，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。師：

5、小貓從起點到終點的路有時只有一條，有時路有好幾條，每到一個分岔路口，就面臨選擇，選定了一個方向也就放棄了另一個方向，但最終都能到達同一個終點。還有小貓在走迷宮的過程中時時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”語句來實現(xiàn)。對照Scratch程序與Pascal程序語句，如圖2，學生非常容易理解。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”，學生理解透徹，記憶

6、深刻。學生理解了選擇結(jié)構(gòu)，又促進了Scratch學習,學生居然編出模擬機器人走軌跡（圖3），我告訴他們，這就是機器人送餐程序的主體部分。圖3 模擬機器人走軌跡(二）交換變量，復合語句顯直觀青少年信息學奧林匹克競賽培訓教材Pascal語言小學版第2版P67，介紹復合語句是這樣闡述的：“復合語句是以begin開始，以end結(jié)束，中間包含若干個語句的語句組。”并舉例5-2 輸入兩個數(shù)，將其中大數(shù)存入變量a,小數(shù)存入變量b。學生剛接觸復合語時，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于Scratch腳本中的否則積木綁定那一段語句結(jié)束，復合語句也就是用begin，end綁定若干個語句，最后相當于一個語句。有趣的是，有一次我問“我們參加親朋好友的婚禮時，經(jīng)常有這么一個猜數(shù)字的游戲，你們能編出來嗎？”下圖是某同學用編出的猜數(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教學中的一個難點。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

8、生碰到sum=1+2+3+4+5+100時，培訓教材P84例6-2是用計數(shù)循環(huán)，是學習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，教學效果事倍功半。1.利用scratch趣味程序建立數(shù)學模型。我認為要讓學生徹底理解循環(huán)結(jié)構(gòu)，還要從當型循環(huán)開始，利用scratch趣味程序為孩子們建立數(shù)學模型。如培訓教材P86例6-5求s=2+6+10+98的值。當型循環(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，當型循環(huán)執(zhí)行

9、過程是先判斷，“While x<=98 do”相當于Scratch語言中，這樣有助于小學孩子的理解。接著我再順勢下去。如果條件滿足（即為真），重復執(zhí)行do后面的語句，如果條件不滿足（即為假），當型循環(huán)結(jié)束，執(zhí)行while后面的語句。這樣程序就會不斷重復運行，本程序是x每次加4，s每次把計算結(jié)果累加。一個是計數(shù)器，一個是累加器。利用形象直觀的積木腳本，讓孩子對當型循環(huán)結(jié)構(gòu)有了初步的感性認識，建立起了累加的數(shù)學模型。2.借助于表格和流程圖引導算法實現(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。x2610141898s281832501250表格記錄算法的實現(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：流程圖引導算法實現(xiàn)過程3.上機驗證。有了數(shù)學模型的建立和算法的實現(xiàn)，接下來就是上機驗證的過程了。圖8：Scratch一步一步驗證圖9：用Free Pascal 進行驗證經(jīng)過形象感性認識數(shù)學模型建立算法的設(shè)計與實現(xiàn)上機驗證，把抽象的思維形象化，把感性的認識上升到理性思維。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。Begini:=2;sum:=0;repeatSum:=sum+i;i:=i+4;Until i>=98圖10：直到型循環(huán)Pascal與Scratch對照圖計數(shù)循環(huán)也是

11、PASCAL語言中的一個難點，在教學過程中發(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，讓學生有一個形象、感性的認識，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：計數(shù)循環(huán)Pascal與Scratch對照圖i12345678910sum13610152128364555表格記錄算法的實現(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：流程圖引導算法實現(xiàn)過程有了直到型循環(huán)的基礎(chǔ)，學生有了直到型循環(huán)數(shù)學模型，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，主要是認識基本鍵，要編寫一個接蘋果的游戲，你們能幫幫我嗎？學生很快完成了，不僅有倒計時功能，還有成績功能（如圖13）。圖13接蘋果游戲4.子程序，動物過冬故事解模塊在編寫程序過程中，會碰到代碼很長，為了解決這個問題，我們一般采用模塊化的思想，即一個程序分解為苦干個模塊，有一個模塊為主程序模塊，其余是子程序模塊，程序運行過程中，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。為了講清楚這個問題，我利用Scratch編寫的“動物過冬故事”情境為同學們來引導同學們的理解。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、解當執(zhí)行腳本時，就調(diào)用“解說詞”子程序，此時主程序在等待子程序模塊運行的結(jié)果；當子程序模塊運行結(jié)束時，再把結(jié)果告訴主程序模塊，主程序模塊再繼續(xù)往下運行，結(jié)合下圖進步建立主程序模塊調(diào)用子程序模塊過程數(shù)學模型。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模塊，學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，子程序運行結(jié)束返回主程序的數(shù)學模型，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語言互動教學一些實例。當然，遠遠不只這些，如Pascal語言中數(shù)組、遞歸如何與Scratch趣味編程互動？Scratch趣味編程在游戲與動畫方面有明顯的優(yōu)勢，但在算法設(shè)計上還有所欠缺，如何在Scratch趣味編程更好突出算法設(shè)計與實現(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，拓展性課程指學校提供給學生自主選擇的學習內(nèi)容?！蔽倚Ｒ苍谠鷮崒嵉貙嵤┩卣剐哉n程開發(fā)，我更有機會與條件實施Scratch趣味編程課程項目，落實了指導意見中的“突出拓展性課