許惠美

● 前言

Scratch（http://scratch.mit.edu/）是針對8至16歲學生所設計的編程語言與環(huán)境，從2007年迄今，全世界有越來越多的學校開始將Scratch教學融入信息技術課程，為目前以軟件操作為導向的信息技術教育注入新的力量，為學生提供了容易上手的編程工具。Scratch所蘊含的建造主義內(nèi)涵，推動了新一波信息技術教學的典范轉移。Eisenberg認為面對未來世界不可預期的挑戰(zhàn)，單純強調(diào)技術訓練的信息技術教育是不可行的，強調(diào)個人、控制、抽象的信息技術教育典范與合作、好奇、具象的信息技術教育典范產(chǎn)生了一股相互拉扯的力量，而Scratch建造主義式的活動正好能夠同時滿足抽象與具象的需求。此外，Scratch教學成功結合STEAM（科學、科技、工程、藝術、數(shù)學）學科知識，信息科技成為知識習得與解決生活問題的利器，增強了學生的關鍵能力與未來競爭力。

● Scratch教育論述

Scratch的教育涵義與論述是多元且不斷發(fā)展的，主要的教育論述是遵循Seymour Papert倡導的建造主義發(fā)展而成的。具體實踐于教學的策略分別有社團學習取向（Clubhouse Approach to Learning）和幼兒園學習取向（Kindergarten Approach to Learning）兩種。近年來Scratch教育論述結合計算思考（computational thinking），從計算思考概念、計算思考策略與計算思考觀點等方面建立Scratch活動的理論與分析架構。

1.建造主義

建造主義是Papert提出的學習理論，它繼承了皮亞杰建構主義的觀點，認為學習是在個體與他人的互動中將舊知識與新知識建立聯(lián)系，在知識建造的過程中建造具有社會性的人造物（artifact），認為知識建構的過程必須伴隨外在事物的建造，強調(diào)“建造”以及“具體”的重要性。

2.社團學習取向

社團學習取向體現(xiàn)建造主義的精神，強調(diào)情感、動機與社會脈絡的重要作用，鼓勵個人與社群的互動，希望通過新興科技開展新的學習體驗，使學生能夠成為有能力、創(chuàng)造力與自信心的學習者，社團運作遵循四個重要的原則（Clubhouse Learning Approach: Guiding Principles）： ①從設計中學習（learning by designing）； ②按照你的興趣（follow your interests）；③建立社群（building a community）；④尊敬與信任（respect and trust）。

3.幼兒園學習取向

幼兒園學習取向與社團學習取向類似，都聚焦于“從設計中學習”，認為參與項目設計可以提高學生學習的主動性，強化學習的控制感與責任感，鼓勵學生運用跨領域（如藝術、科技、數(shù)學等）的知識解決問題，并且借助考慮別人對于作品的感受，培養(yǎng)學生換位思考的習慣。

幼兒園學習取向提供創(chuàng)造思考的流程，主要包括：想象→創(chuàng)造→游戲→分享→反思。兒童首先想象他們要做的事物，依據(jù)自己的想法創(chuàng)建項目，設計并制作作品（可以使用積木、程序等建造工具），然后將作品與想法分享給同伴，最后積極反思，為下次的創(chuàng)造提供靈感與想法。

4.計算思考

近幾年來，信息技術教育開始用“計算思考”作為信息科技的關鍵。Wing認為“計算思考”是類似計算機程序邏輯的思考方式，而后在Computational Thinking in K-12 Education: Teacher Resources中又將計算思考分為數(shù)據(jù)收集（data collection）、數(shù)據(jù)分析（data analysis）、數(shù)據(jù)再現(xiàn)（data representation）、問題解構（problem decomposition）、抽象化（abstraction）、算法與程序（algorithm & procedure）、自動化（automation）、模擬（simulation）與平行（parallelization）。Brennan & Resnick則進一步將此概念與Scratch互動媒體設計的活動結合，提出一套整合的架構。通過長期觀察學生的Scratch活動，Brennan & Resnick認為從Scratch活動中可以歸納出計算思考的三個方面：計算概念、計算策略和計算觀點。

5. 計算參與

隨著計算思考的發(fā)展、技術文化參與的深化、自己動手做的流行，編程近年來逐漸得到教育領域的重視。Kafai & Burke認為這一波的編程教育，從原來的個人、工具導向轉變?yōu)榧婢呱鐣耘c文化性的數(shù)字媒體的創(chuàng)造與分享，換句話說，編程教育從原來的個人創(chuàng)建轉化為集體建構。計算參與的改變體現(xiàn)在三個方面：①由原來的編寫程序代碼轉變?yōu)閯?chuàng)造應用程序，不再只是編寫與他人無關的程序代碼，而是聚焦于創(chuàng)造有使用情境的科技物；②由原來重頭做起轉化成借鑒其他人的作品，程序撰寫通過網(wǎng)絡上的同伴群體，借鑒其他人的作品，形成新的參與形式；③由原來的設計工具轉化為社會群體共同發(fā)展，編程不再只是個人的設計工具，而是在一個分享的社會脈絡下，利用開放源碼軟件與參與者的熱忱來激發(fā)參與。計算參與和維高斯基的社會建構主義相契合，將編程教育置于社會脈絡中。

● 研究熱點1：Scratch的教學設計與策略

建造主義為Scratch提供了學習理論與教學策略上的指引，Harel & Papert于1986～1987年在美國波士頓地區(qū)的小學開展教學軟件設計項目實驗，這是符合建構主義精神的教學典范。在實驗過程中安排學生用LOGO制作數(shù)學分數(shù)教學主題的程序，學生可以自行設計情境，每次花5～7分鐘做計劃，然后花55分鐘的時間進行設計活動，每星期大約花4個小時設計、執(zhí)行與分數(shù)概念有關的程式。在制作過程中安排三年級的學生和參與實驗的學生互動，要求學生能夠利用程序解釋分數(shù)的概念，實驗期間安排焦點課程，協(xié)助學生學習編程、LOGO編程與分數(shù)方面的內(nèi)容，但是不特別教分數(shù)方面的知識。

目前最為淺顯易懂的建構主義教學流程是幼兒園學習取向的五步循環(huán)，這個循環(huán)包含了三個教學設計上的要素：擺弄的歷程、豐富的情境與社會脈絡。Resnick & Rosenbaum認為擺弄的目的是希望學生能愉快地從事實驗與反復測試的學習歷程，擺弄并不是隨意、不認真或是缺乏計劃的行為，而是希望學生能夠采取一種較松散的學習形式，以一種由下而上的方式對知識進行摸索與探究，強調(diào)過程勝于結果、制定主題而非制造挑戰(zhàn)、提供多元的范例、增加合作與探索的空間、鼓勵人際間的對話、提出問題而非答案、鼓勵反思等。豐富的情境與Shaffer & Resnick提出的真實性觀點相呼應，考慮學生的制作情境、學科領域知識與評價方式能夠與現(xiàn)實世界的情境接軌。社會脈絡則是呼應Kafai & Rosenbaum提出的計算參與，應給予學生足夠的合作與分享的空間，應用別人的作品進行創(chuàng)作，思考作品的應用范疇以及在實體與網(wǎng)絡群體中進行知識的交流。

在建造主義的脈絡下，Scratch的教學策略和流程與專案本位教學、問題本位教學、合作學習等教學模式相符，重點是通過科技讓學生能夠有擺弄的歷程、豐富的情境與社會脈絡。在2014年STEAM教育論壇暨Scratch現(xiàn)場教學觀摩研討活動（常州）中，毛愛萍老師的Scratch教學活動設計流程，包含提出主題、范例研習、模仿設計、自由創(chuàng)作與分享交流五個步驟，王旭卿老師與王麗麗老師共同設計的闖關大冒險教案，運用幼兒園學習取向的教學步驟進行教學設計，均能體現(xiàn)建造主義的內(nèi)涵，并且展現(xiàn)出新意，為Scratch教學設計與策略作出貢獻。

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● 研究熱點2：計算概念與軟件

盡管建造主義提倡擺弄的學習方式，但是不可諱言的是，編程概念的熟稔程度對學生發(fā)揮創(chuàng)意的程度是有影響的，在Brennan&Resnick的計算思考架構中，計算概念亦是Scratch教學活動中的一個重要方面。對教學現(xiàn)場的教師而言，有兩個重要的研究關注點：一是軟件是否能夠發(fā)揮編程的效果，二是了解學生在學習計算概念中所遇到的困難，并提出解決方法。

Scratch編程環(huán)境主要是為初學者設計的，在開發(fā)的過程中去掉會造成使用困擾的程序區(qū)塊。例如，Scratch 1.4版就將程序（procedure）去掉，學生無法自行定義程序，就用廣播來替代，但是卻無法使用參數(shù)控制程序運行，也無法回傳數(shù)值。另外，由于數(shù)據(jù)結構限于字符串、數(shù)值與布爾代數(shù)，無法建立多維鏈接（list）等較復雜的數(shù)據(jù)結構，Scratch 2.0版補充了程序功能，可以使用單一數(shù)據(jù)結構的參數(shù)。針對編程功能上的缺點，Harvey & Monig認為SNAP（之前是Build Your Own Blocks）完全可以補足這方面的缺點，提供給需要進階編程功能的大學課程或編程專家使用。此外，在外設支持上，Scratch 1.4官方版支持樂高WeDo與PicoBoard（Scratch Sensor Board），但是不支持常用的Arduino以及與其兼容的硬件。若是開展以Arduino硬件為主的教學可以使用S4A（http://s4a.cat/）或是S2A（https://github.com/MrYsLab/S2A）進行。

編程教學的一個重要任務是讓學生熟悉計算概念，進而發(fā)揮在項目創(chuàng)作上。Lee以質(zhì)性研究的方式追蹤一位三年級學生使用Scratch學習編程的過程，前期研究者以小型的Scratch項目協(xié)助學生熟悉編程概念（包括循環(huán)、條件、多媒體運用、事件、廣播、布爾邏輯等），后期由學生利用之前所學的編程技巧設計較復雜的項目，研究結果顯示學生對于事件驅動與變量歸屬兩項概念感到困難。就事件驅動的程序而言，如果“在點一下綠旗之后，對于特定對象、按鍵或是顏色等進行偵測”時，學生常常忘記加入循環(huán)，造成偵測只是一次性的，而非重復偵測。但如果是執(zhí)行“當按下按鍵時，則程序自動進行偵測”時，則不必加上重復執(zhí)行的指令（如圖1）。另外，學生在變量學習的初期理解有困難，不了解變量的概念，后來雖然在Scratch活動中逐漸了解變量的用法，但對變量是歸屬所有的角色（如全域變量global variable）或是特定的角色（如實例變量instance variable）的理解上，仍有困難。Hsu在對小學生計算概念進行量化分析的研究中，發(fā)現(xiàn)小學生在序列、計次式循環(huán)、條件與事件上有清楚的概念，但是對于條件式循環(huán)、運算、變量的概念則比較模糊。

● 研究熱點3：Scratch外設

Scratch外設應用符合建造主義強調(diào)知識建造過程中對于外在事物的擺弄，與目前流行的自己動手做的自造者文化相吻合，通過外設與Scratch可以制作交互式游戲和簡易機器人，并且可以用偵測值設計與現(xiàn)實世界互動的媒體。Scratch外設還可作為探究學習的主題與學習環(huán)境，學生利用傳感器的偵測值，對數(shù)據(jù)加以分析、歸納，進而建立科學現(xiàn)象的模型與詮釋。另外，Scratch與信息素養(yǎng)、計算思考有著緊密的聯(lián)系，可以提高編程、硬件組裝與客制化、互動設計等能力，不僅可融入STEAM學科知識學習中，而且可以作為初階機器人的教材。

目前支持Scratch的外設非常多，包括Scratch官方支持的PicoBoard與LEGO WeDo，通過中介程序協(xié)助的Kinect，以及配合S4A與S2A軟件的Arduino與兼容感應板等。這些外設搭配不同的傳感器，能夠對外界環(huán)境的變化進行偵測，偵測值傳回Scratch程序，依據(jù)不同的數(shù)據(jù)，可以設計不同的反應，設計富有創(chuàng)意的項目。這些外部感應器與Scratch項目的結合并不困難，通常只需要安裝相關硬件的驅動程序以及中介程序，即可利用Scratch指令區(qū)中偵測區(qū)塊最下面的兩個程序積木：“滑桿傳感器的值”或“傳感器按下按鈕”（見圖2）。

圖2Scratch傳感器偵測值

目前已有很多企業(yè)投入外設的設計與研發(fā)，Przbylla & Romeike認為外設對于操作上的需要相對簡單，如組裝非常容易，沒有插拔上的困難，具有彈性與擴充性，可以很容易地添加傳感器等。平時學生只需要會用，不需要具體地了解外設的構造細節(jié)，通過傳感器的排列就能夠觀察到不同的計算原則。另外，由于PicoBoard的傳感器已經(jīng)直接焊在板子上，避免了學生拆裝的問題，因此PicoBoard被認為是小學低年級階段導入的最佳硬件。相較于PicoBoard的簡單容易操作，Arduino則提供較多的客制化空間，學生可以根據(jù)項目的需要，結合外界環(huán)境，使用各式的傳感器，進而建構互動式的應用，對于學生的信息素養(yǎng)有較高的要求，適合小學高年級以上的學生。Kinect體感偵測器與Scratch結合的方式并不困難，學生可以利用骨架的坐標信息，融入到動畫與游戲中，但是由于Kinect不屬于學校標準的教室配備，再加上需要較大的空間，因此在實施過程中需要對環(huán)境做一些改造。

Scratch外設研究主要分成兩部分，一方面是以信息技術教育為主，通過外設的項目觀察學生的學習情況。近年來研究發(fā)現(xiàn)，Scratch所提供的機器人經(jīng)驗，可以協(xié)助學習者設計出與外界互動的程序，提高學生在現(xiàn)實生活中運用科技和解決問題的能力。另一方面是將信息科技融入教學中，外設可以應用于探索式教學中，使用不同的感應器，進行數(shù)據(jù)收集與分析。例如，光敏電阻與照度關系的研究、自制照度計探究泥漿沉淀過程分別與物理、地球科學等學科知識相結合，可以對外部傳感器的偵測值加以分析，進行科學實驗，力求科學詮釋外在現(xiàn)象。目前這兩方面的研究多處在探索階段，可以從深化Scratch外設教學實踐方向著手，建立與之對應的教學策略，與學科進行整合，并可搭配計算思考和計算參與的研究框架進行相關研究。

● 結論

Scratch及其蘊含的建造主義思維已經(jīng)在教育上形成一個不容忽略的趨勢，對于Scratch的持續(xù)關注是許多教師共同的興趣。對于投入Scratch教學的教師來說，特別是在為學生投入創(chuàng)作的強大學習動力與堅持感動時，Scratch教學上的推動變成了一種堅定的信仰，我們與建造主義的學者一同期待Scratch能夠提供學生面對下個世紀挑戰(zhàn)的能力。盡管目前Scratch有多元的教育論述，但是對教學實踐的研究還有很多不足。例如，在教學設計與策略上仍有發(fā)展的空間，對于學生計算概念學習上的困難與軟件的效果還需再進一步研究，Scratch外設應用的硬件、軟件、教學資源等都有待完善。讓我們一同努力吧！

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● 研究熱點2：計算概念與軟件

盡管建造主義提倡擺弄的學習方式，但是不可諱言的是，編程概念的熟稔程度對學生發(fā)揮創(chuàng)意的程度是有影響的，在Brennan&Resnick的計算思考架構中，計算概念亦是Scratch教學活動中的一個重要方面。對教學現(xiàn)場的教師而言，有兩個重要的研究關注點：一是軟件是否能夠發(fā)揮編程的效果，二是了解學生在學習計算概念中所遇到的困難，并提出解決方法。

Scratch編程環(huán)境主要是為初學者設計的，在開發(fā)的過程中去掉會造成使用困擾的程序區(qū)塊。例如，Scratch 1.4版就將程序（procedure）去掉，學生無法自行定義程序，就用廣播來替代，但是卻無法使用參數(shù)控制程序運行，也無法回傳數(shù)值。另外，由于數(shù)據(jù)結構限于字符串、數(shù)值與布爾代數(shù)，無法建立多維鏈接（list）等較復雜的數(shù)據(jù)結構，Scratch 2.0版補充了程序功能，可以使用單一數(shù)據(jù)結構的參數(shù)。針對編程功能上的缺點，Harvey & Monig認為SNAP（之前是Build Your Own Blocks）完全可以補足這方面的缺點，提供給需要進階編程功能的大學課程或編程專家使用。此外，在外設支持上，Scratch 1.4官方版支持樂高WeDo與PicoBoard（Scratch Sensor Board），但是不支持常用的Arduino以及與其兼容的硬件。若是開展以Arduino硬件為主的教學可以使用S4A（http://s4a.cat/）或是S2A（https://github.com/MrYsLab/S2A）進行。

編程教學的一個重要任務是讓學生熟悉計算概念，進而發(fā)揮在項目創(chuàng)作上。Lee以質(zhì)性研究的方式追蹤一位三年級學生使用Scratch學習編程的過程，前期研究者以小型的Scratch項目協(xié)助學生熟悉編程概念（包括循環(huán)、條件、多媒體運用、事件、廣播、布爾邏輯等），后期由學生利用之前所學的編程技巧設計較復雜的項目，研究結果顯示學生對于事件驅動與變量歸屬兩項概念感到困難。就事件驅動的程序而言，如果“在點一下綠旗之后，對于特定對象、按鍵或是顏色等進行偵測”時，學生常常忘記加入循環(huán)，造成偵測只是一次性的，而非重復偵測。但如果是執(zhí)行“當按下按鍵時，則程序自動進行偵測”時，則不必加上重復執(zhí)行的指令（如圖1）。另外，學生在變量學習的初期理解有困難，不了解變量的概念，后來雖然在Scratch活動中逐漸了解變量的用法，但對變量是歸屬所有的角色（如全域變量global variable）或是特定的角色（如實例變量instance variable）的理解上，仍有困難。Hsu在對小學生計算概念進行量化分析的研究中，發(fā)現(xiàn)小學生在序列、計次式循環(huán)、條件與事件上有清楚的概念，但是對于條件式循環(huán)、運算、變量的概念則比較模糊。

● 研究熱點3：Scratch外設

Scratch外設應用符合建造主義強調(diào)知識建造過程中對于外在事物的擺弄，與目前流行的自己動手做的自造者文化相吻合，通過外設與Scratch可以制作交互式游戲和簡易機器人，并且可以用偵測值設計與現(xiàn)實世界互動的媒體。Scratch外設還可作為探究學習的主題與學習環(huán)境，學生利用傳感器的偵測值，對數(shù)據(jù)加以分析、歸納，進而建立科學現(xiàn)象的模型與詮釋。另外，Scratch與信息素養(yǎng)、計算思考有著緊密的聯(lián)系，可以提高編程、硬件組裝與客制化、互動設計等能力，不僅可融入STEAM學科知識學習中，而且可以作為初階機器人的教材。

目前支持Scratch的外設非常多，包括Scratch官方支持的PicoBoard與LEGO WeDo，通過中介程序協(xié)助的Kinect，以及配合S4A與S2A軟件的Arduino與兼容感應板等。這些外設搭配不同的傳感器，能夠對外界環(huán)境的變化進行偵測，偵測值傳回Scratch程序，依據(jù)不同的數(shù)據(jù)，可以設計不同的反應，設計富有創(chuàng)意的項目。這些外部感應器與Scratch項目的結合并不困難，通常只需要安裝相關硬件的驅動程序以及中介程序，即可利用Scratch指令區(qū)中偵測區(qū)塊最下面的兩個程序積木：“滑桿傳感器的值”或“傳感器按下按鈕”（見圖2）。

圖2Scratch傳感器偵測值

目前已有很多企業(yè)投入外設的設計與研發(fā)，Przbylla & Romeike認為外設對于操作上的需要相對簡單，如組裝非常容易，沒有插拔上的困難，具有彈性與擴充性，可以很容易地添加傳感器等。平時學生只需要會用，不需要具體地了解外設的構造細節(jié)，通過傳感器的排列就能夠觀察到不同的計算原則。另外，由于PicoBoard的傳感器已經(jīng)直接焊在板子上，避免了學生拆裝的問題，因此PicoBoard被認為是小學低年級階段導入的最佳硬件。相較于PicoBoard的簡單容易操作，Arduino則提供較多的客制化空間，學生可以根據(jù)項目的需要，結合外界環(huán)境，使用各式的傳感器，進而建構互動式的應用，對于學生的信息素養(yǎng)有較高的要求，適合小學高年級以上的學生。Kinect體感偵測器與Scratch結合的方式并不困難，學生可以利用骨架的坐標信息，融入到動畫與游戲中，但是由于Kinect不屬于學校標準的教室配備，再加上需要較大的空間，因此在實施過程中需要對環(huán)境做一些改造。

Scratch外設研究主要分成兩部分，一方面是以信息技術教育為主，通過外設的項目觀察學生的學習情況。近年來研究發(fā)現(xiàn)，Scratch所提供的機器人經(jīng)驗，可以協(xié)助學習者設計出與外界互動的程序，提高學生在現(xiàn)實生活中運用科技和解決問題的能力。另一方面是將信息科技融入教學中，外設可以應用于探索式教學中，使用不同的感應器，進行數(shù)據(jù)收集與分析。例如，光敏電阻與照度關系的研究、自制照度計探究泥漿沉淀過程分別與物理、地球科學等學科知識相結合，可以對外部傳感器的偵測值加以分析，進行科學實驗，力求科學詮釋外在現(xiàn)象。目前這兩方面的研究多處在探索階段，可以從深化Scratch外設教學實踐方向著手，建立與之對應的教學策略，與學科進行整合，并可搭配計算思考和計算參與的研究框架進行相關研究。

● 結論

Scratch及其蘊含的建造主義思維已經(jīng)在教育上形成一個不容忽略的趨勢，對于Scratch的持續(xù)關注是許多教師共同的興趣。對于投入Scratch教學的教師來說，特別是在為學生投入創(chuàng)作的強大學習動力與堅持感動時，Scratch教學上的推動變成了一種堅定的信仰，我們與建造主義的學者一同期待Scratch能夠提供學生面對下個世紀挑戰(zhàn)的能力。盡管目前Scratch有多元的教育論述，但是對教學實踐的研究還有很多不足。例如，在教學設計與策略上仍有發(fā)展的空間，對于學生計算概念學習上的困難與軟件的效果還需再進一步研究，Scratch外設應用的硬件、軟件、教學資源等都有待完善。讓我們一同努力吧！

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● 研究熱點2：計算概念與軟件

盡管建造主義提倡擺弄的學習方式，但是不可諱言的是，編程概念的熟稔程度對學生發(fā)揮創(chuàng)意的程度是有影響的，在Brennan&Resnick的計算思考架構中，計算概念亦是Scratch教學活動中的一個重要方面。對教學現(xiàn)場的教師而言，有兩個重要的研究關注點：一是軟件是否能夠發(fā)揮編程的效果，二是了解學生在學習計算概念中所遇到的困難，并提出解決方法。

Scratch編程環(huán)境主要是為初學者設計的，在開發(fā)的過程中去掉會造成使用困擾的程序區(qū)塊。例如，Scratch 1.4版就將程序（procedure）去掉，學生無法自行定義程序，就用廣播來替代，但是卻無法使用參數(shù)控制程序運行，也無法回傳數(shù)值。另外，由于數(shù)據(jù)結構限于字符串、數(shù)值與布爾代數(shù)，無法建立多維鏈接（list）等較復雜的數(shù)據(jù)結構，Scratch 2.0版補充了程序功能，可以使用單一數(shù)據(jù)結構的參數(shù)。針對編程功能上的缺點，Harvey & Monig認為SNAP（之前是Build Your Own Blocks）完全可以補足這方面的缺點，提供給需要進階編程功能的大學課程或編程專家使用。此外，在外設支持上，Scratch 1.4官方版支持樂高WeDo與PicoBoard（Scratch Sensor Board），但是不支持常用的Arduino以及與其兼容的硬件。若是開展以Arduino硬件為主的教學可以使用S4A（http://s4a.cat/）或是S2A（https://github.com/MrYsLab/S2A）進行。

編程教學的一個重要任務是讓學生熟悉計算概念，進而發(fā)揮在項目創(chuàng)作上。Lee以質(zhì)性研究的方式追蹤一位三年級學生使用Scratch學習編程的過程，前期研究者以小型的Scratch項目協(xié)助學生熟悉編程概念（包括循環(huán)、條件、多媒體運用、事件、廣播、布爾邏輯等），后期由學生利用之前所學的編程技巧設計較復雜的項目，研究結果顯示學生對于事件驅動與變量歸屬兩項概念感到困難。就事件驅動的程序而言，如果“在點一下綠旗之后，對于特定對象、按鍵或是顏色等進行偵測”時，學生常常忘記加入循環(huán)，造成偵測只是一次性的，而非重復偵測。但如果是執(zhí)行“當按下按鍵時，則程序自動進行偵測”時，則不必加上重復執(zhí)行的指令（如圖1）。另外，學生在變量學習的初期理解有困難，不了解變量的概念，后來雖然在Scratch活動中逐漸了解變量的用法，但對變量是歸屬所有的角色（如全域變量global variable）或是特定的角色（如實例變量instance variable）的理解上，仍有困難。Hsu在對小學生計算概念進行量化分析的研究中，發(fā)現(xiàn)小學生在序列、計次式循環(huán)、條件與事件上有清楚的概念，但是對于條件式循環(huán)、運算、變量的概念則比較模糊。

● 研究熱點3：Scratch外設

Scratch外設應用符合建造主義強調(diào)知識建造過程中對于外在事物的擺弄，與目前流行的自己動手做的自造者文化相吻合，通過外設與Scratch可以制作交互式游戲和簡易機器人，并且可以用偵測值設計與現(xiàn)實世界互動的媒體。Scratch外設還可作為探究學習的主題與學習環(huán)境，學生利用傳感器的偵測值，對數(shù)據(jù)加以分析、歸納，進而建立科學現(xiàn)象的模型與詮釋。另外，Scratch與信息素養(yǎng)、計算思考有著緊密的聯(lián)系，可以提高編程、硬件組裝與客制化、互動設計等能力，不僅可融入STEAM學科知識學習中，而且可以作為初階機器人的教材。

目前支持Scratch的外設非常多，包括Scratch官方支持的PicoBoard與LEGO WeDo，通過中介程序協(xié)助的Kinect，以及配合S4A與S2A軟件的Arduino與兼容感應板等。這些外設搭配不同的傳感器，能夠對外界環(huán)境的變化進行偵測，偵測值傳回Scratch程序，依據(jù)不同的數(shù)據(jù)，可以設計不同的反應，設計富有創(chuàng)意的項目。這些外部感應器與Scratch項目的結合并不困難，通常只需要安裝相關硬件的驅動程序以及中介程序，即可利用Scratch指令區(qū)中偵測區(qū)塊最下面的兩個程序積木：“滑桿傳感器的值”或“傳感器按下按鈕”（見圖2）。

圖2Scratch傳感器偵測值

目前已有很多企業(yè)投入外設的設計與研發(fā)，Przbylla & Romeike認為外設對于操作上的需要相對簡單，如組裝非常容易，沒有插拔上的困難，具有彈性與擴充性，可以很容易地添加傳感器等。平時學生只需要會用，不需要具體地了解外設的構造細節(jié)，通過傳感器的排列就能夠觀察到不同的計算原則。另外，由于PicoBoard的傳感器已經(jīng)直接焊在板子上，避免了學生拆裝的問題，因此PicoBoard被認為是小學低年級階段導入的最佳硬件。相較于PicoBoard的簡單容易操作，Arduino則提供較多的客制化空間，學生可以根據(jù)項目的需要，結合外界環(huán)境，使用各式的傳感器，進而建構互動式的應用，對于學生的信息素養(yǎng)有較高的要求，適合小學高年級以上的學生。Kinect體感偵測器與Scratch結合的方式并不困難，學生可以利用骨架的坐標信息，融入到動畫與游戲中，但是由于Kinect不屬于學校標準的教室配備，再加上需要較大的空間，因此在實施過程中需要對環(huán)境做一些改造。

Scratch外設研究主要分成兩部分，一方面是以信息技術教育為主，通過外設的項目觀察學生的學習情況。近年來研究發(fā)現(xiàn)，Scratch所提供的機器人經(jīng)驗，可以協(xié)助學習者設計出與外界互動的程序，提高學生在現(xiàn)實生活中運用科技和解決問題的能力。另一方面是將信息科技融入教學中，外設可以應用于探索式教學中，使用不同的感應器，進行數(shù)據(jù)收集與分析。例如，光敏電阻與照度關系的研究、自制照度計探究泥漿沉淀過程分別與物理、地球科學等學科知識相結合，可以對外部傳感器的偵測值加以分析，進行科學實驗，力求科學詮釋外在現(xiàn)象。目前這兩方面的研究多處在探索階段，可以從深化Scratch外設教學實踐方向著手，建立與之對應的教學策略，與學科進行整合，并可搭配計算思考和計算參與的研究框架進行相關研究。

● 結論

Scratch及其蘊含的建造主義思維已經(jīng)在教育上形成一個不容忽略的趨勢，對于Scratch的持續(xù)關注是許多教師共同的興趣。對于投入Scratch教學的教師來說，特別是在為學生投入創(chuàng)作的強大學習動力與堅持感動時，Scratch教學上的推動變成了一種堅定的信仰，我們與建造主義的學者一同期待Scratch能夠提供學生面對下個世紀挑戰(zhàn)的能力。盡管目前Scratch有多元的教育論述，但是對教學實踐的研究還有很多不足。例如，在教學設計與策略上仍有發(fā)展的空間，對于學生計算概念學習上的困難與軟件的效果還需再進一步研究，Scratch外設應用的硬件、軟件、教學資源等都有待完善。讓我們一同努力吧！

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