譚國聚

摘要：程序設(shè)計在小學生信息技術(shù)課堂開展，已經(jīng)得到了廣泛共識，同時，教學過程中也伴隨著各種問題出現(xiàn)。本文針對問題，提出改進辦法，即小學生程序設(shè)計課堂教學應圍繞算法結(jié)構(gòu)和特定算法逐步開展，并概括總結(jié)以算法學習為核心教學內(nèi)容的幾點優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：算法結(jié)構(gòu);程序理解;算法思維;淺層學習;深層學習

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2021）S2-0045-03

問題提出

目前，程序設(shè)計的教學內(nèi)容已經(jīng)深入到小學的信息技術(shù)課堂，編程的主要軟件是scratch圖形化編程軟件。教師基于課程知識結(jié)構(gòu)體系，依次講授該課程知識點，課堂教學內(nèi)容以項目式為載體，大多數(shù)知識點輔以相應的例子講解，通過學習相關(guān)的命令模塊，提升學生編寫腳本的能力;但從學生的角度來看，認知程序設(shè)計的過程是基于案例的認知，通過簡單拖拽命令模塊，把命令模塊拼接到一起，這樣就完成了一個程序案例的編寫。通過這種方式學習程序設(shè)計存在以下三個問題：

（1）學生在學習過程中，分不清重點，往往“胡子眉毛一把抓”，學生學得很累，最后整個課堂教學效果不是很理想。

（2）教師單方面知識輸出，學生被動接受。教師與學生之間缺少雙向交流，難以激發(fā)學生的學習興趣，導致學生積極性、主動性不足，一旦學生在學習過程中受挫，就容易產(chǎn)生畏難情緒，造成厭學，甚至棄學。

（3）學生大量模仿操作，缺乏理解，過一段時間會忘掉相關(guān)的知識，同時缺乏對案例涉及到的知識點訓練過程。學生在獨立編寫程序腳本的過程中，遇到問題，沒有解決問題的思路和方法，提升算法思維能力淪為“紙上談兵”。

問題解決辦法

結(jié)合以上問題，在實踐中，筆者把課堂教學內(nèi)容調(diào)整為以“算法結(jié)構(gòu)和特定算法”為核心，輔以一定的針對算法的操作練習，運用講練結(jié)合的課堂模式，為學生獨立編寫程序、解決程序設(shè)計中出現(xiàn)的問題提供了思路和方法，收到了很好的教學效果。

1.基于算法結(jié)構(gòu)的教學內(nèi)容設(shè)計——以重復執(zhí)行舉例說明

在scratch中，算法結(jié)構(gòu)分為順序、重復執(zhí)行、判斷和自定義模塊程序結(jié)構(gòu)。在一個案例中，很少會使用單一的程序結(jié)構(gòu)，而是結(jié)合幾種算法結(jié)構(gòu)綜合使用。教師在整體分析案例的基礎(chǔ)上，提煉出要講的算法結(jié)構(gòu)，課堂上設(shè)計任務，進行針對性練習操作。

（1）結(jié)合具體案例提煉算法結(jié)構(gòu)，幫助學生認知算法結(jié)構(gòu)

例如，在講解大魚吃小魚的程序設(shè)計時，在講解之前，針對角色的造型和移動的程序設(shè)計，提煉重復執(zhí)行的算法結(jié)構(gòu)，強調(diào)學生對重復執(zhí)行的認知，明白重復執(zhí)行程序設(shè)計中能夠帶來什么樣的程序效果。以后再遇到任何程序設(shè)計中角色的造型變化和移動都可以采取類似辦法，不至于做得五花八門，沒有頭緒，為學生操作提供了思路和方法——提升了算法思維能力。

（2）針對程序設(shè)計中出現(xiàn)的問題，引導學生應用算法結(jié)構(gòu)解決問題

在課堂實踐中，操作任務的難度增加，教師應深入理解算法結(jié)構(gòu)，引導學生應用算法結(jié)構(gòu)來解決程序設(shè)計中出現(xiàn)的問題。例如，在講解如何讓程序停止的設(shè)計時，學生提出多種不同的方案，教師引導提示，如何通過算法結(jié)構(gòu)的設(shè)計來停止程序，那么學生最容易想到，碰到角色，讓程序停止，用到判斷的算法結(jié)構(gòu)解決問題。還有的學生提出如果變量累加到一定的數(shù)值，就讓程序停止。這兩種辦法都涉及用算法結(jié)構(gòu)解決問題。在實踐中，無論采取哪種方式來停止程序，都沒有解決程序結(jié)束的問題。特別是通過變量解決問題，出現(xiàn)了一個問題，當變量值累加到一定的數(shù)值時，程序并沒有停止，變量還在繼續(xù)一直累加。通過和學生互動，驗證運行結(jié)果，加上重復執(zhí)行的算法結(jié)構(gòu)，問題得到很好的解決。

（3）針對程序設(shè)計內(nèi)容，通過自定義模塊，優(yōu)化算法結(jié)構(gòu)，提升算法思維能力

在講解“雞兔同籠”的程序時，用常規(guī)的思路輸入信息、處理信息和輸出信息，學生在完成相關(guān)的操作之后，進一步通過自定義模塊講解操作，把程序分解成三個自定義模塊，分別是輸入信息、處理信息和輸出信息模塊，讓學生優(yōu)化已有的程序設(shè)計，這樣不僅能夠幫助學生理解程序結(jié)構(gòu)，而且能夠幫助學生很好地理解算法，使算法思維能力的提升落實到具體的程序設(shè)計操作中。

算法是程序設(shè)計的核心。在一個程序設(shè)計中，算法結(jié)構(gòu)的構(gòu)建是編寫好程序設(shè)計的基礎(chǔ)。圍繞算法結(jié)構(gòu)開展的教學是教學中不可缺少的內(nèi)容。在小學生程序設(shè)計的課堂教學實踐中，設(shè)計算法結(jié)構(gòu)、有意識地引導學生應用算法結(jié)構(gòu)，都能夠很好地解決程序設(shè)計中出現(xiàn)的問題，提升算法思維能力。

2.特定問題設(shè)計特定算法的教學——以列表運行舉例說明

著名計算機科學家Wirth提出“算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序”。算法是解決“做什么”和“怎么做”的問題，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是加工對象。不了解算法就談不上程序設(shè)計。隨著教學內(nèi)容的增加，程序設(shè)計學習的難度增大，因此，教師不僅要學會通過算法結(jié)構(gòu)來解決問題，還要對特定問題設(shè)計相應的算法開展教學。

例如，列表（scratch 1.4版本稱鏈表）是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，那么如何運行列表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，需要特定的算法。在課堂實踐中，不僅要注重腳本的講解，更要對具體程序設(shè)計目標要求和具體任務進行分析，強調(diào)編寫腳本的思路和方法，并演示驗證思路和方法。不是教師單方面講解相關(guān)的命令模塊，而是師生共同推導算法的結(jié)構(gòu)，幫助學生建構(gòu)列表運行算法的結(jié)構(gòu)，理解列表運行算法的結(jié)構(gòu)，記住列表運行算法的結(jié)構(gòu)，有效地提升學生的算法思維能力。

課堂實錄（點名冊的程序設(shè)計）

師：通過一條一條運行列表中的項目數(shù)，那么我們班有48名學生，這樣一條一條按照順序羅列下去，列表運行非常煩瑣，那么怎樣優(yōu)化這個程序結(jié)構(gòu)？

生：通過重復執(zhí)行，可以讓列表的項目運行！

教師邊演示，邊操作，把重復執(zhí)行的命令拖到腳本區(qū)，驗證列表是否能夠按照順序運行，結(jié)果是運行，但是，不是點完姓名就完全停止，而是列表中的項目反復運行，沒有優(yōu)化。

生：對重復執(zhí)行的次數(shù)不要有限制，可以重復執(zhí)行列表中的項目數(shù)。

根據(jù)學生所說，教師演示操作，并驗證程序的結(jié)果，還是不行，不是我們想象的結(jié)果。怎么辦？（這里已經(jīng)通過演示和驗證幫助學生建構(gòu)重復執(zhí)行算法的結(jié)構(gòu)）

師：能不能聲明一個變量，來幫助我們完成列表的運行？（演示操作聲明一個變量）。

師：我們觀察一下，當我們把學生名單存儲到列表時，添加項目數(shù)，會發(fā)現(xiàn)計算機給每一個項目默認一個位置，這個位置是按照順序添加。那么，我們通過變量的累加讓計算機讀取位置，這樣就可以運行列表了。就像我們在班里點名，點到學號就知道是誰一樣。

變量的增加的目的是什么？我們?yōu)槭裁匆暶髯兞坎拍軌蜻\行列表？變量的累加的目的是什么？這等一系列的追問，促使學生發(fā)生思考，這個過程就是學生學習知識的過程，算法思維的培養(yǎng)搭載了知識的學習，這樣的課堂是才真正的課堂學習。教師進一步講解，變量的累加，是通過給變量賦值，從而建立和列表項目數(shù)的關(guān)系，就像點學號，我們通過學號的讀取，就知道對應的同學一樣。變量的累加后的賦值，和列表項目所在的位置對應，變量累加的值在和列表中對應的項目數(shù)的位置，這樣就可以讀取列表的項目數(shù)。通過梳理程序運行過程，不停地驗證，這樣逐步建構(gòu)列表運行的模型，加深重復執(zhí)行和變量的使用方法，確立變量累加和列表中項目數(shù)的位置的關(guān)系，便于學生獨立做練習，完成相應的操作。

師生共同理解程序、驗證程序的過程在程序設(shè)計課堂中尤為重要，這是提升算法思維的有效辦法。師生共同閱讀程序，厘清思路、推導算法，建構(gòu)算法結(jié)構(gòu)的過程，就是幫助學生理解程序、理解算法的過程。學生在“潤物細無聲”中提升了算法思維能力。

算法為核心的課堂教學的優(yōu)勢

首先，對于算法的學習，是重點突出的課堂，有利于學生學習和記憶。師生共同推導運行算法的結(jié)構(gòu)（如列表運行）、建構(gòu)的模型，學生清楚，記憶也非常方便，無論在什么時候遇到列表運行，無論是靜態(tài)列表還是動態(tài)列表，都可以用到同樣的辦法，學生能夠很快解決問題，能夠獨立編寫好關(guān)于運行列表的腳本。

其次，提升了對程序理解的意識，為下一步獨立編寫程序打好基礎(chǔ)。根據(jù)問題建立模型、設(shè)計算法并編寫程序解決問題，是算法思維的顯性體現(xiàn)。程序理解分為認讀程序、編寫程序、驗證程序，幫助學生從感性認知上升為理性認知。通過解釋程序腳本的含義，讓學生修改程序，體驗不同的運行結(jié)果，引導學生理解程序是怎樣解決問題的，體會程序中蘊含的算法思維要素，為下一階段獨立設(shè)計算法、編寫程序做好鋪墊。

再次，算法學習，使程序設(shè)計的學習成為深層學習，提升算法思維不再是“紙上談兵”。算法的學習是深層學習，學生基于對所學知識的理解，主動地完成程序設(shè)計知識的自我構(gòu)建，建立起程序設(shè)計知識與算法思維之間的關(guān)聯(lián)性，能夠運用算法完成相應的操作任務，運用算法進行程序設(shè)計腳本的遷移。程序設(shè)計深層學習不同于淺層學習，淺層學習通過反復模仿，通過記憶的方式掌握一些最簡單、最基本的技能，學生是被動地接受知識，是為了應付學習任務而實施的學習行為，學生對所學知識缺乏理解。算法學習是在淺層學習基礎(chǔ)上，讓學生注重學習體驗，積極主動地學習知識，通過自主學習，不僅完成程序設(shè)計知識的積累，而且在積累知識的過程中，通過自主體驗，批判地獲得知識，將操作和算法思維訓練有效結(jié)合。

最后，算法學習，通過結(jié)合數(shù)學等跨學科的學習，有效提升學生綜合素質(zhì)。例如，在程序設(shè)計中結(jié)合一些經(jīng)典的數(shù)學命題、編寫音樂等教學案例展開，課堂不僅是一節(jié)信息技術(shù)的課堂，也是一節(jié)跨學科綜合實踐課堂，更是一節(jié)通過信息技術(shù)解決問題的實踐項目，這樣的學習，可以有效促進學生綜合素養(yǎng)的提升。

結(jié)語

程序設(shè)計的學習越來越受到重視，而且，程序設(shè)計作為信息技術(shù)學科特有的知識體系，是其他學科無法替代也無法比擬的。未來，小學生程序設(shè)計學習，無論是在內(nèi)容上還是在課堂學習的模式上，都會發(fā)生變化。以教授算法為核心的教學內(nèi)容將會促進小學信息技術(shù)學科程序設(shè)計教學內(nèi)容迭代發(fā)展，促進小學生算法思維能力逐步提升。

參考文獻：

[1]譚浩強.C語言程序設(shè)計（第四版）[M].北京：清華大學出版社，2010.

[2]李必信，鄭國梁，李宣東，等.軟件理解研究與進展[J].計算機研究與發(fā)展，1999（08）.