王晴燕　陸志海

計算思維作為以識別問題、統(tǒng)籌考量問題、尋找最佳途徑最終解決問題為導向的思維，被列為信息技術學科的核心素養(yǎng)之一。已有計算思維研究主要集中在計算思維概念的闡述與內(nèi)涵分析、編程教學中計算思維培養(yǎng)的必要性和可行性闡述、中小學編程教學中計算思維的培養(yǎng)策略上，而針對使用某一種具體的策略或方法作為自變量來檢驗計算思維的發(fā)展，以及如何發(fā)展的研究鮮有涉及。因此，筆者結合自身教學實踐，在已有研究基礎上，嘗試利用培養(yǎng)計算思維發(fā)展的策略之一——流程圖法來探明小學信息技術算法與程序設計單元教學中計算思維是否在這一策略的應用中真正得到發(fā)展，以及它的發(fā)展規(guī)律。

● 研究背景

1.關于流程圖

流程圖，也叫框圖，是由圖形、線條和簡單說明文字組成的，用以描述算法的一種圖形。為了方便交流與應用，一般采用一些常用的流程圖符號表示特定的意義，如圓角矩形是程序的起止框;矩形是處理框，菱形框是判斷框;平行四邊形是輸入輸出框。用流程圖表示算法，可以將程序執(zhí)行的步驟和各步驟間的邏輯關系清晰且直觀地展現(xiàn)在編程者面前，方便編程。

小學階段的程序設計教學是學生第一次接觸計算機編程，即便流程圖已經(jīng)足夠簡便，但對第一次接觸計算機編程類學習的小學生來說，還是顯得偏向規(guī)范類、說明類，容易使學生興趣丟失。因此，筆者對標準化的流程圖進行了簡化，即通用一種圓角矩形代指所有特定意義，短線箭頭標示程序走向。

2.計算思維的評價

計算思維是否得到發(fā)展，歸根結底需要有一個評價體系來進行判斷。近年來，雖然針對計算思維的評價并沒有完全統(tǒng)一的標準，但國內(nèi)外學者和一線教育工作者也都在致力于不斷完善計算思維的評價體系，創(chuàng)建評價工具。評價依據(jù)有相對統(tǒng)一的出發(fā)點，即周以真教授對計算思維的定義表述，據(jù)此，國外學者Alexander Repenning注重就計算思維與解決問題的密切聯(lián)系，將計算思維滲透到三個問題解決的發(fā)展過程中，這三個問題分別是最初遇到問題時的問題描述、問題解決方案的表達、解決方案的實施與評估。有研究者進一步細化以上三個一級評價指標，融入問題解決步驟中的九大核心要素，將問題的描述分為數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達;問題解決方案的表達細分為問題的分解，問題抽象、算法與程序、自動化;解決方案的實施與評估則分為仿真和并行化兩個二級指標，同時，該研究者依據(jù)這些評價指標，設計了計算思維培養(yǎng)效果調(diào)查問卷。在本研究中，筆者借鑒前人研究成果，并根據(jù)本研究中學習者的特點和使用的流程圖策略，針對性修改該份效果調(diào)查問卷，然后用來對計算思維進行量化測評。

3.教學實踐

筆者所在學校每個年級有八個平行班，學生們在五年級開始接觸編程類課程，經(jīng)過一學年的沉淀和比較后，筆者選擇了六年級的兩個平行班級為本研究的實驗對象，其中一個班級使用流程圖策略進行教學，成為實驗班，另一個班級不使用流程圖策略，成為對照班。這兩個班級總人數(shù)均為37人，其中實驗班女生18人，男生19人，對照班女生15人，男生22人，兩個班級的男女性別比例基本均衡，學生的計算機基礎能力相差不多，有一定的基礎操作知識，會簡單的編程。

在研究實驗中，就相同的教學主題“砸金蛋”設計4課時，持續(xù)一個月，對兩個班級分別實施不同的教學策略，即實驗班在第一課時便明確使用流程圖，對照班不使用流程圖進行教學。經(jīng)過一個主題單元教學之后，對兩班學生進行問卷調(diào)查，每班發(fā)放37份問卷，有效回收率100%，將問卷問題進行分類、賦分、編碼，利用Excel分析數(shù)據(jù)。

● 研究結果與分析

總結計算思維的權威定義和內(nèi)涵解讀可知，計算思維不是只屬于某一部分人的思維能力，而是每個人都需要擁有的求解問題的基本思維能力。本研究提取問題求解中的關鍵節(jié)點，即發(fā)現(xiàn)問題時的問題描述—給出問題解決的方案—執(zhí)行并評估方案，再從這三個歷程中具化出計算思維的九個核心要素，每個要素對應一條陳述編制到問卷中。參照李克特量表的賦分方法，每條陳述分別有“非常同意”記5分、“基本同意”記4分、“不確定”記3分、“基本不同意”記2分、“非常不同意”記1分五種回答。學生通過問卷反饋答案，筆者統(tǒng)計分數(shù)并試圖透過分數(shù)解讀計算思維能力在兩個班級中反映出的走向變化。

1.問題描述階段：流程圖幫助梳理信息，明確問題

在以問題的徹底處理和解決為導向的一系列活動中，首先經(jīng)歷的便是描述這個問題，即明確遇到的是什么問題，是否能夠應用已有知識進行解決，清楚“已知條件”，排除干擾，明晰需求解的“未知項”，對應計算思維的數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表示三個要素。由圖1可知，經(jīng)過實驗對比，實驗班學生的數(shù)據(jù)收集能力、數(shù)據(jù)分析能力和數(shù)據(jù)表示能力都得到一定程度的提升，特別是數(shù)據(jù)表示能力提升了將近20%，其對應的題目為“我總能把語言描述的步驟轉化成流程圖”，這也真實反映出本研究中采用的流程圖策略取得了實效。

2.解決方案表達階段：流程圖促成逐步分解，歸納總結方案

在問題描述清晰后，求解問題需要面臨的便是拿出解決方案，回應的是“你準備怎么做”這樣的疑慮，這一階段滲透的計算思維核心要素包括問題分解、抽象、算法與程序、自動化。通過實驗數(shù)據(jù)可知，每一個計算思維的核心要素都有不同程度的提升，特別是問題分解能力，經(jīng)過流程圖思想的貫徹，學生在解決問題時，會先將大的問題分解成一個個小的問題。例如，學生會將“砸金蛋”這個大的問題，逐步分解成設置背景、添加角色、編寫腳本，又將設置背景細化為兩個背景——一個是游戲歡迎界面，另一個是游戲進行中的背景，依次分解，直至問題解決。在抽象思維層面，實驗班比對照班能更快地將程序中的流程圖在腦海中轉化為相對應的腳本語句，如金蛋被砸碎，抽象成“將造型切換為‘破碎’”。而算法與程序這一核心要素，主要指能夠歸納總結方式方法，并最終形成問題解決方法的能力。筆者在所簡化設計的流程圖中，將整個程序中所涉及的背景和每個角色列為對象，從背景到角色依次排開，一個對象一條流程，這樣的方式有利于學生對比不同流程中的相同腳本，從而總結出解決某個問題所要使用的腳本，使算法與程序能力得到鍛煉與提升。另外，由于流程圖將思維可視化、留痕化，學生每走一步都不自覺地想要對照流程圖看有沒有實現(xiàn)效果，邊寫程序邊測試效果，重復驗證腳本，最終促使自動化能力的提升。

3.方案的執(zhí)行與評估：模型化解決方法，多任務執(zhí)行方案

問題解決最終走向方案的執(zhí)行和評估，而這一層面所涉及的計算思維核心要素包括仿真與并行化兩方面。其中，仿真可通俗地理解為能夠效仿范例，并能夠在理解的基礎上有所創(chuàng)新;并行化即學習者能像計算機一樣可同時處理多項任務。由圖2可以看出，在仿真方面，學生沒有表現(xiàn)出明顯的差異，也就是說流程圖策略基本不會影響到學生是否會“在掌握老師給定的程序示例的基礎上，建構模型，利用自己的知識體系再修改發(fā)揮”。另外，流程圖策略對并行化層面的影響明顯更大，實驗班比對照班的并行化能力提升了近31%，這同樣要歸功于流程圖的可視化和留痕化，流程圖清晰地將待處理的任務展示在學習者面前，并且各個任務和知識之間并不是孤立的、分散的，而是通過流程圖相互聯(lián)系起來。例如，在《砸金蛋》單元的學習中，程序開始時金蛋和錘子以及獎品是隱藏的，到切換游戲狀態(tài)時才會顯示，在流程圖的提醒下，學生能夠將這三個角色的隱藏與顯示并行化處理，而不是孤立地做完金蛋的腳本，再去做錘子或獎品的腳本。

● 結語

在本研究中，筆者依托前人研究經(jīng)驗，基于計算思維的權威定義，解構計算思維為九大核心要素，對其進行了更深更細致的探索。利用兩個學習水平相近的平行班級進行使用流程圖策略和不使用流程圖策略的對比實驗，通過分析數(shù)據(jù)得出的主要研究結論有：首先，在問題描述階段，流程圖有效促進計算思維核心要素中數(shù)據(jù)收集、分析和表達能力的提升;其次，解決方案的形成過程中所滲透的計算思維也得到全面提高，其中又以問題的分解層面表現(xiàn)更為突出;最后，在方案的執(zhí)行與評估中，雖然對計算思維的仿真要素影響不多，但越來越多的學生習慣于像計算機一樣可以多任務并行處理，并行化能力得到鍛煉。但不可否認的是，本研究中實驗教學內(nèi)容只選取了一個教學單元，實驗持續(xù)時間也較短，研究結論的普適性還有待進一步提高。