小学信息科技跨学科项目式学习：《巧用Scratch设计“凑十”益智游戏》教学设计

小学信息科技跨学科项目式学习：《巧用Scratch设计“凑十”益智游戏》教学设计一、教学内容分析  本课以《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》为指导，定位于小学五年级“身边的算法”模块与“过程与控制”模块的交融点。其核心是引导学生通过具体项目，体验从现实问题抽象出数学模型，并运用算法与编程实现数字化解决方案的完整过程，是发展学生计算思维与数字化学习与创新素养的典型载体。从知识技能图谱看，学生在三、四年级已初步掌握Scratch的基本操作与顺序、循环结构，本课将重点学习运用“变量”存储动态数据、利用“列表”管理多个数据项、综合运用“条件判断”与“事件侦测”构建交互逻辑，为后续学习更复杂的算法（如排序、搜索）奠定基础。过程方法上，本课强调“项目式学习（PBL）”与“设计思维”，学生需经历“需求分析算法设计编程实现测试调试”的完整工程流程，将抽象的数学规则（“凑十”运算）转化为直观、可交互的游戏程序。素养价值渗透方面，游戏设计本身蕴含系统思维与创新意识；而“凑十”这一数学内核，巧妙融合了数学运算的敏捷性训练与逻辑推理，体现了“做中学”的跨学科整合育人理念。  学情诊断需秉持“以学定教”原则。学生已有基础是：熟悉Scratch界面与基础积木，具备初步的逻辑思维能力，对游戏创作抱有浓厚兴趣；数学上已熟练掌握10以内的加减法。潜在障碍在于：从“使用程序”到“设计程序”的思维转变存在跨度，将游戏规则分解为精确、无歧义的算法步骤是难点；同时，变量与列表概念的首次系统性应用，容易产生概念混淆。因此，教学需通过“任务分解”与“可视化调试”搭建思维脚手架。过程评估将贯穿始终：通过观察学生算法草图的设计、聆听小组讨论中的表述、分析其程序调试过程，动态把握个体理解深度。针对差异，将提供分层任务卡、可视化算法流程图“锦囊”以及“代码诊所”互助环节，确保基础薄弱学生能跟得上，学有余力者能挑战更优算法与界面美化。二、教学目标  知识目标：学生能理解并解释“变量”作为数据存储单元、“列表”作为有序数据集合在游戏中的作用；能准确描述“凑十”游戏的核心规则如何通过“条件判断”、“广播”与“事件侦测”等积木组合实现；能辨析顺序结构与事件驱动结构在程序中的不同应用场景，构建起对程序控制流的初步整体认知。  能力目标：学生能够独立或协作完成从游戏规则分析到流程图绘制，再到Scratch脚本编写与调试的全过程；能够针对游戏运行中出现的bug（如数字无法正确消除、得分计算错误），运用“分段测试”、“信息输出”等方法进行问题定位与修复，初步形成系统化的问题解决能力与计算思维实践能力。  情感态度与价值观目标：在游戏设计项目中，学生能体验到将创意转化为现实产品的成就感与乐趣，激发对编程学习的持久兴趣；在小组合作与作品互评中，能主动分享思路、倾听同伴建议，并尊重不同的设计创意，培养开放、协作的数字化创作态度。  科学（学科）思维目标：重点发展学生的计算思维，特别是“分解”（将复杂游戏分解为数字生成、判断、响应等模块）、“模式识别”（总结“凑十”成功的数字组合规律）、“抽象”（用变量和列表代表抽象的游戏状态）、“算法设计”（设计判断与消除的逻辑步骤）四大核心过程。通过项目实践，将数学逻辑转化为可执行的计算机指令。  评价与元认知目标：引导学生依据清晰的评价量规（如功能完整性、界面友好性、代码简洁性）对自身及同伴作品进行评价；能反思自己在算法设计或调试过程中遇到的典型困难及采用的解决策略，说出“如果再设计一次，我会在……步骤进行优化”，初步形成规划与反思学习过程的元认知意识。三、教学重点与难点  教学重点：运用变量与列表管理游戏动态数据，并设计实现“凑十”判断与响应逻辑的核心算法。确立依据在于，这是连接数学规则与程序世界的枢纽，是培养学生将现实问题抽象为计算模型这一核心能力的关键节点，直接对应课标中“采用计算机科学领域的思想方法界定问题、分析问题、组织数据、制订问题解决方案”的要求，也是衡量本项目成功与否的核心标准。  教学难点：如何将“点击两个和为10的数字进行消除”这一自然语言描述的规则，转化为精确、无遗漏的编程逻辑，尤其是处理多个数字对象间的动态匹配与状态更新。预设难点源于学生需同时协调多个编程概念（列表项的查找、比较与删除）并处理复杂的程序状态变化（点击事件、条件判断、角色隐藏与数据同步），思维链较长，易出现逻辑漏洞。突破方向是提供“算法伪代码”半成品填空作为支架，并鼓励学生通过角色“说出”变量值等方式进行可视化调试。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式白板课件（包含游戏演示、关键概念图解、分步骤任务提示）；Scratch3.0在线编程环境或离线版本；教师示范用源文件及不同完成度的半成品源文件（用于分层支持）。1.2学习材料：分层学习任务单（基础版含详细步骤提示，挑战版仅提供目标与思考题）；游戏设计流程图绘制纸；课堂过程性评价卡片（“亮闪闪”创意卡与“帮帮我”问题卡）。2.学生准备2.1知识预备：复习Scratch基础操作（特别是事件和条件积木）；熟练10以内加法。2.2环境准备：四人小组就坐，便于合作与讨论；确保每台学生计算机运行正常。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与动机激发：“同学们，你们玩过扑克牌‘凑十’游戏吗？规则简单却充满挑战。今天，我们不当玩家，当一次游戏设计师！看，这是老师用Scratch制作的‘凑十’小游戏（教师演示完整游戏）。你想设计一个属于自己的版本吗？或许还能加入更有趣的规则和特效呢！”1.1.核心问题提出：“那么，从零开始设计这样一个游戏，我们需要思考哪些问题？比如，数字怎么出现？电脑怎么知道我们点击的两个数字加起来是10？消除后得分如何变化？”（引导学生聚焦核心逻辑：生成、判断、响应）。1.2.路径明晰与旧知唤醒：“别担心，我们将像工程师一样，分步骤攻克这些难题。回想一下，我们之前用Scratch做过哪些交互项目？对，角色可以响应点击。今天，我们要学习两个新朋友——‘变量’和‘列表’，它们将成为我们管理游戏数据、实现复杂逻辑的得力助手。让我们开始这次创意编程之旅吧！”第二、新授环节  本环节采用支架式教学，通过五个逐层递进的任务，引导学生主动建构知识体系。任务一：游戏蓝图我规划——分解规则与初识变量教师活动：首先，引导学生集体讨论，将游戏分解为“数字角色生成”、“鼠标点击交互”、“判断是否凑十”、“响应（消除与计分）”四大模块。抛出问题：“游戏得分是不断变化的，在Scratch里，用什么来记录这种变化的数据呢？”引出“变量”概念。随后，演示创建一个名为“得分”的变量，并展示如何在角色被点击时修改变量值。“看，我们现在让程序有了‘记忆’得分的能力。”学生活动：参与讨论，尝试口头描述游戏的工作步骤。跟随教师指导，在自己的项目中创建“得分”变量，并尝试编写简单的脚本：当绿旗被点击时，将得分设为0；当角色被点击时，将得分增加1。观察变量显示框的变化，直观感受变量的作用。即时评价标准：1.能否清晰说出游戏的至少三个关键步骤。2.能否独立完成“得分”变量的创建与初始化设置。3.在简单测试中，能否观察到点击角色后得分正确增加。形成知识、思维、方法清单：★游戏设计第一步是分解。将复杂功能拆解为小模块，是计算思维中“分解”的体现。★变量是存储变化数据的“盒子”。它具有名称和值，值可以被程序读取和修改。▲创建与使用变量。在数据积木区创建，可在脚本中对其进行“设为”或“增加”操作。★初始化概念至关重要。“当绿旗被点击，将得分设为0”这一步骤，确保了每次游戏都从一个确定的状态开始，避免了数据残留。任务二：数字精灵动起来——列表管理与随机生成教师活动：提问：“我们的游戏需要很多个数字角色，如果每个都单独设置，会不会很麻烦？有没有一个‘容器’可以统一管理它们？”引入“列表”概念。演示创建一个名为“数字列表”的列表，并讲解如何将数据（如1到9的数字）加入列表。“列表就像一列火车，每节车厢装着一个数据。”接着，抛出挑战：“如何让舞台随机出现这些数字呢？”引导学生思考：克隆可以快速生成大量相似角色；克隆时，每个克隆体应从列表中随机获取一个数字作为自己的身份。教师演示关键积木组合：“当作为克隆体启动时”结合“将‘我的数字’设为（从‘数字列表’中随机取一项）”，并让角色“说”出这个数字2秒以便调试。学生活动：创建“数字列表”并初始化数据（如19）。创建一个数字角色，并为其建立一个私有变量“我的数字”（仅适用于当前角色）。编写克隆脚本，实现点击绿旗后生成指定数量（如5个）的数字克隆体，每个克隆体显示一个随机数字。通过“说”出的数字，验证随机分配是否成功。即时评价标准：1.能否正确创建列表并添加初始数据。2.能否理解并为角色建立“我的数字”这一私有变量以存储身份。3.克隆体生成后，能否看到每个角色显示不同的随机数字。形成知识、思维、方法清单：★列表用于管理有序数据集合。它比多个独立变量更高效，便于进行批量操作（如随机选取、遍历查找）。★克隆技术实现批量生成。“当作为克隆体启动时”是克隆体独立行为的起点。▲私有变量标识个体差异。每个克隆体独有的变量（如“我的数字”），使其在共享相同脚本的同时拥有独立属性，这是理解面向对象思想的启蒙。★“可视化调试”策略。在关键步骤让角色“说出”变量值，是观察程序运行状态、定位问题的有效手段。任务三：核心逻辑大挑战——“凑十”判断算法设计教师活动：这是本节课的思维高峰。提出核心问题：“程序怎么知道我们点击的两个数字加起来是10呢？”引导学生构思：我们需要记住第一次点击的数字，然后等待第二次点击，再将两个数字相加判断。引出“全局变量”的概念，如“第一个数字”和“已点击次数”。教师展示流程图或伪代码填空脚手架：“当数字被点击→如果‘已点击次数’=0→那么，记住‘第一个数字’，‘已点击次数’加1→否则（即次数=1），计算‘第一个数字’+‘我的数字’是否等于10→如果是，则……（触发消除）；最后，无论是否成功，都要将‘已点击次数’归零，准备下一轮。”重点讲解状态复位的重要性：“就像游戏手柄，一轮操作完后要回中。”学生活动：在教师提供的算法框架引导下，小组讨论并尝试编写判断脚本。重点实现：点击第一个数字时记录其值；点击第二个数字时进行加法判断。利用“说”出和或判断结果进行调试。这是试错和调试最密集的环节。即时评价标准：1.小组讨论是否围绕“如何记录第一次点击”与“如何进行比较”展开。2.脚本中是否包含清晰的条件分支结构（如果…那么…否则）。3.调试过程中，能否通过观察角色发言，初步判断逻辑是否正确。形成知识、思维、方法清单：★算法是精确的步骤描述。将自然语言规则转化为无歧义的逻辑步骤，是编程的核心。★利用变量记录程序状态。“已点击次数”这类变量，是控制程序流程的关键，体现了“状态机”思想的雏形。★条件分支实现逻辑判断。“如果…那么…否则”积木是构建智能交互的基石。▲算法健壮性：状态复位。完成一轮操作后，必须将相关状态变量（如点击次数）重置，这是确保程序可持续、正确运行的重要细节，极易被忽略。任务四：成功响应与消除——列表同步与克隆体删除教师活动：当学生初步完成判断逻辑后，追问：“判断成功之后呢？我们如何让两个数字‘消失’，并从列表中移除它们，防止被再次匹配？”演示关键操作：1.隐藏克隆体；2.从“数字列表”中删除“第一个数字”和当前角色的“我的数字”这两个项目。强调难点：“列表删除后，索引会变化，但克隆体通过‘我的数字’变量依然记得自己的身份，所以能找到正确的项进行删除。这就像根据名字在名单上划掉对应的人，而不是根据固定的座位号。”提醒学生注意广播消息的运用，可以协调两个克隆体同时隐藏。学生活动：在判断成功的分支内，补充“隐藏”自己和向另一个角色广播“请隐藏”的指令（或使用“删除此克隆体”）。同时，添加从“数字列表”中删除对应数字项的积木。测试成功后，优化得分系统：将“凑十”成功与得分增加关联起来。即时评价标准：1.能否在判断成功后实现两个角色的视觉消除。2.能否同步操作列表，删除已匹配的数字。3.能否建立成功匹配与得分增加的关联。形成知识、思维、方法清单：★克隆体的删除与资源管理。“隐藏”或“删除此克隆体”可以移除舞台上的对象。★列表的动态维护。“删除‘数字列表’的第…项”操作会改变列表结构，需要精确指定要删除的内容。★数据与显示的同步。必须同时更新列表（数据层）和隐藏克隆体（显示层），保持游戏内部状态与外部表现的一致性。▲广播消息用于角色间通信。当需要多个角色协同完成一个动作时，“广播”是简洁有效的协调机制。任务五：打磨与创想——差异化拓展时间教师活动：宣布进入“创意工坊”时间。发布分层挑战：“基础设计师”请确保游戏核心功能运行流畅，检查bug。“高级设计师”可以尝试：为游戏增加倒计时功能；让数字不是静止的，而是缓慢飘动的；“创意总监”则可以构思新规则，例如“凑11”或“连加三个数”。教师巡视，针对不同小组提供个性化指导，对遇到调试困难的小组，引导其使用“单步执行”思维或查看教师提供的“代码诊所”提示卡。学生活动：根据自身兴趣与能力，选择拓展方向进行探索。基础组专注于测试与修复现有程序；高级组尝试添加新变量（如“时间”）和逻辑；创意组进行头脑风暴和可行性讨论。小组内协作解决问题。即时评价标准：1.能否针对现有程序进行系统性测试（如测试边界情况：点击相同数字、快速连续点击等）。2.在拓展尝试中，是否能有条理地添加新积木并调试。3.小组内是否形成有效的分工与合作。形成知识、思维、方法清单：★测试与调试是编程的必要环节。系统性地设计测试用例（如正常情况、边界情况、异常操作），能有效提升程序质量。★功能拓展基于核心架构。增加计时、动画等新功能，是在已理解的变量、事件、循环基础上进行叠加应用。▲开放性问题激发创新。改变规则参数或交互方式，是对算法抽象性的深度理解与灵活应用。★协作编程中的沟通技巧。清晰表述问题、共同阅读代码、分享调试发现，是数字化时代重要的协作能力。第三、当堂巩固训练  设计分层、变式的巩固任务体系，并提供即时反馈。1.基础层（全体必做，巩固核心）：“请运行并完整测试你的‘凑十’游戏至少3轮。确保：①得分能随成功消除正确累计；②被消除的数字不会再次出现在列表中；③一轮点击（无论成功与否）后，能正确开始下一轮选择。”学生通过自查完成功能清单。2.综合层（多数学生挑战，应用迁移）：“如果我想把游戏改成‘凑12’对战版，需要修改哪些地方？请在你的程序中快速尝试修改规则，验证是否可行。”此任务引导学生理解规则参数化（将固定值10改为一个变量），提升其举一反三的能力。3.挑战层（学有余力，开放探究）：“你能让游戏在数字被消除后，在随机位置自动生成两个新的数字吗？思考：新生成的数字如何加入列表？如何确保游戏不会无限进行下去？”引导学生思考游戏的可持续运行机制与资源循环。  反馈机制：教师选取具有代表性的作品（包括一个运行流畅的范例、一个存在典型逻辑错误的案例）进行投屏展示。开展“一分钟快评”：先由作者简述设计亮点或遇到的困难，再邀请其他学生依据评价标准提出“一个点赞”和“一个建议”。教师最后进行精要点拨，将共性问题提升到算法思维层面进行总结，例如：“刚才有同学遇到连续点击同一个数字也算成功的问题，根源在于状态变量复位时机不对，这提醒我们设计算法时要考虑所有可能的执行路径。”第四、课堂小结  引导学生进行结构化总结与元认知反思。1.知识整合：“让我们用思维导图一起回顾今天攀登的‘知识高峰’：中心是‘设计凑十游戏’，主分支是‘数据管理’（变量、列表）、‘核心算法’（判断逻辑）、‘交互响应’（点击、消除）。谁能来补充具体的内容？”邀请学生填充关键词，形成可视化的知识网络。2.方法提炼：“回顾整个过程，你认为将一个游戏想法变成现实，最关键的几个步骤是什么？”引导学生总结出“分解问题设计算法编程实现测试调试”的项目流程，并强调“调试需要耐心和策略”。3.作业布置与延伸：“今天的旅程暂告一段落，但创意无限。基础性作业（必做）：完善并保存你的游戏源文件，撰写简短的设计说明（包括游戏规则和你的一个设计亮点）。拓展性作业（选做）：为你的游戏设计一个更精美的界面（更换角色、背景）或添加音效。探究性作业（挑战）：研究Scratch中的‘克隆体属性’，思考能否不用列表，仅通过克隆体管理来实现数字的生成与消除？我们下节课将分享大家的创意成果，并探讨更高效的数据管理方法。”六、作业设计  基础性作业（面向全体，巩固核心）：1.完善课堂上的游戏程序，确保所有基础功能运行无误。2.在程序注释区或用文档写下你的游戏规则简述，并标注出你认为最得意的一段代码及其作用。此作业旨在强化过程性成果的固化与元认知表达。  拓展性作业（面向大多数，情境应用）：1.将你的游戏进行“包装”：为它设计一个吸引人的开始界面和游戏结束界面（如显示最终得分）。2.尝试为点击、成功消除、错误匹配等事件配上合适的音效。此作业鼓励学生关注用户体验，进行简单的多媒体整合。  探究性/创造性作业（面向学有余力者，开放创新）：1.规则创新：设计一个“凑十”游戏的变体，例如：“减法大作战”（点击差为10的两个数字）或“三数连加”（连续点击三个和为10的数字）。2.技术探究：不使用“列表”，尝试利用“克隆体”自身的属性（如造型编号、私有变量）以及“广播”消息来管理和匹配所有数字克隆体，实现相同游戏功能，并比较两种方法的优劣。此作业旨在激发深度思考与算法优化。七、本节知识清单及拓展  ★变量：编程中用于存储可变数据的命名容器。在本课中，“得分”、“第一个数字”、“已点击次数”都是变量。理解变量是程序拥有“记忆”和“状态”的基础。  ★列表：用于存储有序数据序列的容器。相较于独立变量，列表能更高效地管理一组相关数据，如本课的“数字列表”存储了所有待出现的数字。其核心操作包括添加、删除、查询。  ★克隆：快速创建角色实例的技术。每个克隆体与本体拥有相同的脚本和造型，但可以通过私有变量（如“我的数字”）区分彼此。它是创建大量相似交互对象的关键。  ▲私有变量与全局变量：私有变量“仅适用于当前角色”，用于记录该角色独有的信息（如每个数字克隆体的值）；全局变量适用于整个项目，所有角色都可访问和修改（如“得分”）。正确区分二者是构建复杂程序的前提。  ★条件判断（如果…那么…否则）：程序实现智能决策的核心结构。在本课用于判断两次点击的数字之和是否为10，并根据结果执行不同的分支（成功消除或重置状态）。  ★事件驱动：Scratch编程的核心理念之一。程序流程由事件（如“当角色被点击”、“当接收到广播”）触发，而非严格从上到下执行。这非常适合交互式应用（如游戏）的开发。  ▲广播机制：角色间传递消息、协调行动的一种方式。例如，一个数字被点击后，可以广播“我准备好了”消息，通知其他角色进行判断或响应。  ★算法设计流程：指从问题到解决方案的规范化步骤：1.分解：将复杂问题（设计游戏）拆分为小任务（生成、判断、响应）。2.抽象：提取关键规则（凑十），忽略次要细节。3.算法：用精确步骤描述每个任务（如何记录点击、如何计算和判断）。4.调试：测试并修正错误。  ★初始化：在程序开始运行时，将变量、列表等设置为已知的初始状态（如得分归零、列表填入预设数字）。这是保证程序可重复、正确运行的关键步骤，常被初学者忽略。  ▲调试策略：1.分段测试：不要写完所有代码再运行，应完成一个功能模块就测试一次。2.可视化输出：利用“说…”或“思考…”积木实时显示变量的值或程序执行到的位置。3.逻辑复盘：当结果不符合预期时，化身计算机，一步步“执行”自己的脚本，检查逻辑漏洞。  ▲计算思维：一种运用计算机科学基本概念解决问题的思维模式。本课是其生动体现：通过分解游戏、抽象出“凑十”规则、设计算法步骤，最后通过编程自动化实现。八、教学反思  （一）目标达成度评估：从预设的课堂活动与生成情况来看，知识目标基本达成，绝大多数学生能创建并使用变量、列表，并能解释其在本游戏中的作用。能力目标中，算法设计与实现环节呈现出明显的分化，约70%的学生在支架帮助下完成了核心逻辑，但在调试环节，独立定位问题的能力仍需加强，这正反映了计算思维培养的长期性。情感目标达成度较高，学生沉浸于创作过程，作品分享时洋溢着自豪感。元认知目标通过“设计说明”作业和课堂小结中的反思提问得以初步渗透。  （二）教学环节有效性剖析：1.导入与任务一、二：情境创设成功激发了动机，从分解规则到引入变量、列表的过渡较为自然。学生在“可视化调试”（让角色说出数字）环节表现积极，初步建立了数据流的概念。2.任务三（核心算法）：这是整节课的“分水岭”。提供的算法伪代码框架