巧妙運營思維“加工廠”

張靜

【摘要】隨著我國科技信息化的高速發(fā)展、人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，計算思維作為人工智能教育和編程教育的培養(yǎng)核心越來越受到人們的關(guān)注。然而，由于思維具有“隱性化”特征，當(dāng)下小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生計算思維的過程中存在諸多問題。本文基于蘇科版小學(xué)五年級信息技術(shù)Scratch板塊中的《小貓出題》為研究課例，以“WPS流程圖”軟件為工具，從問題識別與分解、流程圖繪制、腳本設(shè)計、創(chuàng)意拓展這四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)探討了培養(yǎng)學(xué)生計算思維的教學(xué)過程，為小學(xué)信息技術(shù)教師培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力提供借鑒與參考。

【關(guān)鍵詞】計算思維;流程圖;Scratch;可視化工具

美國的周以真教授最早提出：“計算思維是指運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動?！边@一概念提出后，全球教育界相繼對計算思維進行深入的研究。

周以真教授提出，計算思維是一個明確問題和制訂解決方案的思維過程，她在《計算思維》一文中明確指出了計算思維是概念化、根本化的，它是人的思維方式，是數(shù)學(xué)和工程思維的互補與融合。計算思維也是一種思想，并且是面向所有的人，所有的場合的思想，是我們生活和工作中不可或缺的思想。

計算思維的核心內(nèi)涵是解決問題的過程和方法，而信息技術(shù)課程的目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生靈活解決實際生活中問題的能力以適應(yīng)社會的發(fā)展，從而更好地面對未來的生活。

一、小學(xué)階段計算思維培養(yǎng)的現(xiàn)狀

在小學(xué)信息技術(shù)課程體系中，Scratch趣味編程板塊是培養(yǎng)學(xué)生計算思維的主要載體。Scratch是一款可視化趣味編程軟件，操作簡單方便，我們拖動控件到腳本區(qū)即可實現(xiàn)相應(yīng)的效果。然而，許多學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并不理想，主要體現(xiàn)為：當(dāng)教師講解完編程思路甚至是演示如何設(shè)計腳本后，許多學(xué)生在獨立操作時仍有些茫然，腳本編寫沒有邏輯性;一些學(xué)生雖然完成了作品，但只是學(xué)習(xí)模仿教師的步驟，自主獨立創(chuàng)作的能力較差;當(dāng)程序運行不出現(xiàn)既定效果時，學(xué)生找不出問題所在，不會調(diào)整程序……可見，許多一線小學(xué)信息技術(shù)教師在實際培養(yǎng)學(xué)生計算思維的過程中仍存在諸多問題。

在創(chuàng)作作品的過程中，教師提出問題后，急于讓學(xué)生直接進入編寫腳本的階段，缺少從現(xiàn)實問題轉(zhuǎn)為抽象問題的過程，學(xué)生對問題的分解、重組、抽象和建模的整個思維過程都得不到體現(xiàn)，教師往往重視的是最后作品的呈現(xiàn)效果，忽略了學(xué)生在腳本設(shè)計過程中思維的變化，這種只關(guān)注學(xué)生成品而不關(guān)注制作過程的教學(xué)模式大大影響了計算思維的培養(yǎng)[1]。

學(xué)生在設(shè)計程序腳本時，思維加工的過程是隱含在腳本搭建過程中的，教師不注意觀察就很難了解和掌控學(xué)生的思維狀態(tài)，也無法對學(xué)生進行有針對性的指導(dǎo)和評價，這也是導(dǎo)致教師只能以學(xué)生的最終成品作為是否達成教學(xué)目標(biāo)的主要判斷依據(jù)的原因。

可見，解決思維“隱性化”，讓思維“顯性化”至關(guān)重要。能否有一種有利于課堂實現(xiàn)的、操作方便快捷的思維輔助工具，幫助呈現(xiàn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題再到解決問題的思維全過程，從而有效地促進師生教與學(xué)過程中思維的交流、評價與提升？在眾多可視化工具中，筆者認(rèn)為，流程圖比較適合呈現(xiàn)問題的解決過程。因此，本文中筆者采用流程圖來作為思維加工和可視化的工具進行教學(xué)研究。

二、流程圖對小學(xué)階段計算思維培養(yǎng)的價值

流程圖，也稱為程序框圖，是一種用來描述解決問題的方法、過程和算法的圖形工具，它通過各種具有確定含義的符號和連線，以及相對應(yīng)的文字來描述處理邏輯的各類相關(guān)操作。算法是編程的核心，它可以用順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)獨立描述或組合描述[2]。因此，掌握這三種基本結(jié)構(gòu)流程圖的畫法是關(guān)鍵。

流程圖畫法簡單，用相應(yīng)的幾何形狀表示起始框、終止框、執(zhí)行框和判別框等就可以清晰地描述算法，結(jié)構(gòu)清晰，易于理解。然而，小學(xué)階段一節(jié)課一般為四十分鐘，課堂上如果組織學(xué)生在紙上畫流程圖，不僅浪費時間，也不利于流程圖后期的修改和保存。WPS文檔和WPS演示軟件是小學(xué)生四年級學(xué)習(xí)的內(nèi)容，學(xué)生對WPS軟件已經(jīng)有一定了解。在WPS軟件中專門有一個WPS流程圖模塊軟件，操作簡單，修改方便，且容易保存，能夠解決上述問題。因此，筆者在五年級開展本教學(xué)研究時選擇使用此軟件，發(fā)現(xiàn)非常適合學(xué)生在課堂上進行流程圖的繪制。

（一）理清程序邏輯關(guān)系，利于展現(xiàn)問題解決的細(xì)節(jié)和過程

有些學(xué)生在搭建腳本時只是對教師演示程序進行模仿，如果脫離完整腳本的展示，他們便無從下手，當(dāng)程序出現(xiàn)問題時也不知如何修改，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是學(xué)生在無思考或思考混亂的情況下急于編寫程序。而流程圖正是一種將計算思維過程進行可視化表達、幫助學(xué)生理清程序邏輯關(guān)系的工具。學(xué)生不僅可以根據(jù)流程圖來搭建腳本，當(dāng)程序出現(xiàn)問題時，還可以通過流程圖較快地找出錯誤所在，讓錯誤有跡可循。流程圖清晰地展現(xiàn)了問題解決的細(xì)節(jié)和過程，有利于學(xué)生在搭建腳本和糾錯的過程中提升計算思維。

（二）促進探究合作學(xué)習(xí)，利于思維交流與碰撞

新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)教師要組織學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，通過學(xué)生繪制的流程圖，教師可以清楚地看到每個學(xué)生的思維方式和知識掌握情況，繼而根據(jù)這些情況引導(dǎo)學(xué)生開展自主、探究或合作學(xué)習(xí)。除了師生交流，生生交流也得以更加高效地實現(xiàn)。在小組合作環(huán)節(jié)，小組成員間可以通過流程圖進行探究和學(xué)習(xí)，分享思維方式，提高協(xié)作學(xué)習(xí)的效率，有利于學(xué)生在思維交流與碰撞中強化計算思維[3]。

（三）便于編程語言的轉(zhuǎn)換，利于知識遷移

目前，小學(xué)階段的編程課程以Scratch為主，升入初中、高中后可能還會學(xué)習(xí)當(dāng)下主流的、有一定難度的C++、Python等編程語言。但無論學(xué)習(xí)哪種編程內(nèi)容，掌握算法才是核心，而流程圖就是呈現(xiàn)算法的最好方式之一。學(xué)生學(xué)會了算法并掌握流程圖的繪制，再學(xué)習(xí)其他的編程語言將更加得心應(yīng)手，有利于在知識遷移中升華計算思維。

三、探究流程圖支持下的計算思維培養(yǎng)教學(xué)實踐

在實踐研究的過程中，教師應(yīng)遵循計算思維操作性定義的六個環(huán)節(jié)，結(jié)合Scratch軟件的特點，將所有環(huán)節(jié)恰當(dāng)?shù)厝谌雽嶋H教學(xué)中。教師從學(xué)生角度出發(fā)，創(chuàng)設(shè)問題情境，以分布遞進式引導(dǎo)強化學(xué)生的思維訓(xùn)練。

教師可利用流程圖工具，采用形象直觀的方式對抽象、復(fù)雜的知識進行分析，以呈現(xiàn)思維的方式來培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，引導(dǎo)學(xué)生將解決問題的思維轉(zhuǎn)化為一系列計算機可以執(zhí)行的命令的過程，在這個過程中注重學(xué)生思維加工的細(xì)節(jié)和變化。筆者實施教學(xué)的過程如圖1所示。

接下來以蘇科版小學(xué)五年級信息技術(shù)《小貓出題》一課為例，闡述計算思維培養(yǎng)教學(xué)過程中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（一）問題識別與分解

師：以加法為例，請同學(xué)們思考一下，我們從出題到判斷對錯要經(jīng)歷一個怎樣的過程？可以和你的同桌探討一下，回憶自己的做題過程。

生回答關(guān)鍵詞：要有兩個加數(shù)、要計算出正確的答案、做題目的人要輸入答案、要提示答案正確還是錯誤……

安排學(xué)生進行小組討論，讓他們根據(jù)自己的親身經(jīng)驗，分析從出題到答題的所有環(huán)節(jié)，羅列出做題的關(guān)鍵步驟，梳理問題解決的順序和過程，為后續(xù)繪制流程圖做好準(zhǔn)備。本課創(chuàng)建的情境是學(xué)生實際生活中非常熟悉的問題，有利于幫助學(xué)生根據(jù)自身經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)問題，并將學(xué)生思維聚焦于要解決的問題，再將任務(wù)進行分解和細(xì)化。同時，值得注意的是，每個學(xué)生都有自己的學(xué)習(xí)經(jīng)歷與體驗，這使得學(xué)生出現(xiàn)許多不同的解決方案，這些解決方案往往沒有對錯之分，各有優(yōu)缺點。教師要尊重每一個孩子的想法，不統(tǒng)一規(guī)定“正確答案”，培養(yǎng)學(xué)生多方面考慮問題的思維和能力，引導(dǎo)學(xué)生進行多種算法的嘗試與體驗。

（二）繪制流程圖

師：同學(xué)們剛剛已經(jīng)羅列了做題過程的所有環(huán)節(jié)，下面請同學(xué)們打開WPS流程圖，自己選擇一種運算（加、減、乘、除），按順序梳理做題過程，完成流程圖。

學(xué)生自主完成流程圖。如圖2所示。

師：請一位同學(xué)上來展示你的流程圖，分享你的思考過程。有問題的同學(xué)可以向演示的同學(xué)提問。同學(xué)們還有更好的解決方案可以提出來上臺展示。

學(xué)生展示、相互點評、交流，教師協(xié)助指導(dǎo)。

教師在學(xué)生明確解決問題的每一個環(huán)節(jié)后，讓學(xué)生自主思考，獨立完成流程圖，幫助學(xué)生更好地理清編程思路，給予學(xué)生充分獨立思考的時間。畫流程圖的過程中，教師一定要強調(diào)流程圖的作用，不要讓畫流程圖流于形式而浪費寶貴的課堂時間。具體來說就是教師要引導(dǎo)學(xué)生規(guī)范地畫流程圖，掌握各種不同表示指令，為學(xué)生準(zhǔn)確地閱讀流程圖打下扎實基礎(chǔ)。

最后請完成流程圖的學(xué)生上臺展示，分享思考過程，生生對比之中，促進學(xué)生思維的碰撞與互助。在自主繪制、分享交流的過程中，讓大家相互對照學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)各自做法存在的差異，促進生生之間的共同進步。

（三）設(shè)計腳本

師：現(xiàn)在流程圖我們已經(jīng)完成了，下面請同學(xué)們根據(jù)自己的流程圖完成腳本設(shè)計，想想每一步用哪個控件來實現(xiàn)。

學(xué)生根據(jù)自己的流程圖完成腳本。

利用流程圖理清思路后，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)流程圖設(shè)計腳本，主要是完成利用Scratch中的控件實現(xiàn)每個步驟之間的思維轉(zhuǎn)換。學(xué)生要熟練地掌握Scratch中的所有控件在流程圖中的規(guī)范表現(xiàn)形式，在這樣的前提下，教師再引導(dǎo)學(xué)生逐步將流程圖的邏輯結(jié)構(gòu)用腳本編寫來實現(xiàn)。

在編寫腳本的過程中，學(xué)生不需要等到腳本全部搭建完成后再測試效果，而是可以在完成一個或多個環(huán)節(jié)后利用Scratch實時可視化的特性驗證當(dāng)前程序的正確性，再以相同的方法解決下一個環(huán)節(jié)，扎實推進整個作品的完成。

（四）創(chuàng)意拓展

師：現(xiàn)在大家都完成了出一題的效果，同學(xué)們還想怎樣設(shè)計完善我們的口算練習(xí)小工具呢？

生回答關(guān)鍵詞：連續(xù)答多題、答對提示“答對了”、答錯提示“答錯了”、答對加幾分、答錯扣幾分、增加計時器……

師：大家的主意太棒了，請同學(xué)們把想法加入自己的流程圖中，進一步完善流程圖，再根據(jù)新的流程圖搭建相應(yīng)的腳本。

再創(chuàng)作是通過引導(dǎo)學(xué)生分享作品或碰撞交流想法后，產(chǎn)生新的創(chuàng)意進行的作品拓展，學(xué)生再創(chuàng)作的過程是計算思維參與的過程，也是與他人共同協(xié)作、共同進步的過程。一個好的作品是需要不斷地進行優(yōu)化和完善的。教師先引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自身經(jīng)驗多方面提出優(yōu)化方案并分享交流，再進行問題識別與分解，鼓勵學(xué)生將想法體現(xiàn)在流程圖中，進一步完善流程圖后再設(shè)計相應(yīng)腳本。在整個大循環(huán)過程中，流程圖也成為教師評價學(xué)生思維發(fā)展的重要依據(jù)。

結(jié)語

運用流程圖開展小學(xué)Scratch教學(xué)也存在許多問題與不足，例如學(xué)生計算機操作水平差異大，一些學(xué)生用軟件繪制流程圖速度較慢;繪制流程圖流于形式，教師僅增加了繪制流程圖的環(huán)節(jié)，而沒有引導(dǎo)學(xué)生真正理解流程圖;還有一些學(xué)生認(rèn)為簡單地拖動腳本就可以完成作品，覺得不需要另外花時間繪制流程圖，因此不認(rèn)真學(xué)。凡此種種，皆因師生沒有意識到，培養(yǎng)和提升計算思維的關(guān)鍵就是將思維的形成與發(fā)展過程

“可視化”，合理、恰當(dāng)?shù)赜煤盟季S“加工廠”—流程圖這個工具。計算思維的提高不是一蹴而就的，短時間內(nèi)可能大家的思維表現(xiàn)差異不大，但長期堅持用好流程圖，學(xué)生的思維能力將獲得極大的發(fā)展，流程圖對人工智能教育、編程教育具有十分長遠的意

義[4]。這需要我們一線教師長期堅持和努力，引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實際，通過計算思維解決實際問題，為真正提高學(xué)生計算思維刻苦鉆研、不斷探索。

【參考文獻】

[1]張立國，王國化.計算思維：信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的核心議題[J].電化教育研究，2018（05）：115-121.

[2]萬詩強.計算思維教學(xué)在小學(xué)信息技術(shù)課程中的探索與實踐[J].中國教育信息化，2019（18）：47-49.

[3]王娟.基于Scratch的創(chuàng)意計算思維可視化研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2015.

[4]陳曉云.以思維可視化方式培養(yǎng)學(xué)生計算思維的應(yīng)用研究[D].南京：南京師范大學(xué)，2020.