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(jì)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(jì)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(jí)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(shí)別與分解、流程圖繪制、腳本設(shè)計(jì)、創(chuàng)意拓展這四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)探討了培養(yǎng)學(xué)生計(jì)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(jì)算思維能力提供借鑒與參考。

【關(guān)鍵詞】計(jì)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(jì)算思維是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。”這一概念提出后，全球教育界相繼對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行深入的研究。

周以真教授提出，計(jì)算思維是一個(gè)明確問題和制訂解決方案的思維過程，她在《計(jì)算思維》一文中明確指出了計(jì)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(bǔ)與融合。計(jì)算思維也是一種思想，并且是面向所有的人，所有的場(chǎng)合的思想，是我們生活和工作中不可或缺的思想。

計(jì)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(shí)際生活中問題的能力以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，從而更好地面對(duì)未來的生活。

一、小學(xué)階段計(jì)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(jì)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(dòng)控件到腳本區(qū)即可實(shí)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(jì)腳本后，許多學(xué)生在獨(dú)立操作時(shí)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(dú)立創(chuàng)作的能力較差;當(dāng)程序運(yùn)行不出現(xiàn)既定效果時(shí)，學(xué)生找不出問題所在，不會(huì)調(diào)整程序……可見，許多一線小學(xué)信息技術(shù)教師在實(shí)際培養(yǎng)學(xué)生計(jì)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(jìn)入編寫腳本的階段，缺少從現(xiàn)實(shí)問題轉(zhuǎn)為抽象問題的過程，學(xué)生對(duì)問題的分解、重組、抽象和建模的整個(gè)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(jì)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(jì)算思維的培養(yǎng)[1]。

學(xué)生在設(shè)計(jì)程序腳本時(shí)，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(duì)學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)和評(píng)價(jià)，這也是導(dǎo)致教師只能以學(xué)生的最終成品作為是否達(dá)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(shí)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(jìn)師生教與學(xué)過程中思維的交流、評(píng)價(jià)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(jìn)行教學(xué)研究。

二、流程圖對(duì)小學(xué)階段計(jì)算思維培養(yǎng)的價(jià)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(hào)和連線，以及相對(duì)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(dú)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(fèi)時(shí)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(jí)學(xué)習(xí)的內(nèi)容，學(xué)生對(duì)WPS軟件已經(jīng)有一定了解。在WPS軟件中專門有一個(gè)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(jí)開展本教學(xué)研究時(shí)選擇使用此軟件，發(fā)現(xiàn)非常適合學(xué)生在課堂上進(jìn)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(shí)只是對(duì)教師演示程序進(jìn)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(shí)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(jì)算思維過程進(jìn)行可視化表達(dá)、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(shí)，還可以通過流程圖較快地找出錯(cuò)誤所在，讓錯(cuò)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(cuò)的過程中提升計(jì)算思維。

（二）促進(jìn)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(gè)學(xué)生的思維方式和知識(shí)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(shí)現(xiàn)。在小組合作環(huán)節(jié)，小組成員間可以通過流程圖進(jìn)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(qiáng)化計(jì)算思維[3]。

（三）便于編程語言的轉(zhuǎn)換，利于知識(shí)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(huì)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(huì)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(shí)遷移中升華計(jì)算思維。

三、探究流程圖支持下的計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)實(shí)踐

在實(shí)踐研究的過程中，教師應(yīng)遵循計(jì)算思維操作性定義的六個(gè)環(huán)節(jié)，結(jié)合Scratch軟件的特點(diǎn)，將所有環(huán)節(jié)恰當(dāng)?shù)厝谌雽?shí)際教學(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(jìn)式引導(dǎo)強(qiáng)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(duì)抽象、復(fù)雜的知識(shí)進(jìn)行分析，以呈現(xiàn)思維的方式來培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)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(jì)算機(jī)可以執(zhí)行的命令的過程，在這個(gè)過程中注重學(xué)生思維加工的細(xì)節(jié)和變化。筆者實(shí)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(jí)信息技術(shù)《小貓出題》一課為例，闡述計(jì)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(shí)別與分解

師：以加法為例，請(qǐng)同學(xué)們思考一下，我們從出題到判斷對(duì)錯(cuò)要經(jīng)歷一個(gè)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(gè)加數(shù)、要計(jì)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(cuò)誤……

安排學(xué)生進(jìn)行小組討論，讓他們根據(jù)自己的親身經(jīng)驗(yàn)，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(shí)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(yàn)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(jìn)行分解和細(xì)化。同時(shí)，值得注意的是，每個(gè)學(xué)生都有自己的學(xué)習(xí)經(jīng)歷與體驗(yàn)，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(duì)錯(cuò)之分，各有優(yōu)缺點(diǎn)。教師要尊重每一個(gè)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(jìn)行多種算法的嘗試與體驗(yàn)。

（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(qǐng)同學(xué)們打開WPS流程圖，自己選擇一種運(yùn)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(qǐng)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(tái)展示。

學(xué)生展示、相互點(diǎn)評(píng)、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(gè)環(huán)節(jié)后，讓學(xué)生自主思考，獨(dú)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(dú)立思考的時(shí)間。畫流程圖的過程中，教師一定要強(qiáng)調(diào)流程圖的作用，不要讓畫流程圖流于形式而浪費(fèi)寶貴的課堂時(shí)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(shí)基礎(chǔ)。

最后請(qǐng)完成流程圖的學(xué)生上臺(tái)展示，分享思考過程，生生對(duì)比之中，促進(jìn)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(duì)照學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)各自做法存在的差異，促進(jìn)生生之間的共同進(jìn)步。

（三）設(shè)計(jì)腳本

師：現(xiàn)在流程圖我們已經(jīng)完成了，下面請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)自己的流程圖完成腳本設(shè)計(jì)，想想每一步用哪個(gè)控件來實(shí)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(jì)腳本，主要是完成利用Scratch中的控件實(shí)現(xiàn)每個(gè)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(shí)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(cè)試效果，而是可以在完成一個(gè)或多個(gè)環(huán)節(jié)后利用Scratch實(shí)時(shí)可視化的特性驗(yàn)證當(dāng)前程序的正確性，再以相同的方法解決下一個(gè)環(huán)節(jié)，扎實(shí)推進(jìn)整個(gè)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(jì)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(duì)提示“答對(duì)了”、答錯(cuò)提示“答錯(cuò)了”、答對(duì)加幾分、答錯(cuò)扣幾分、增加計(jì)時(shí)器……

師：大家的主意太棒了，請(qǐng)同學(xué)們把想法加入自己的流程圖中，進(jìn)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(jìn)行的作品拓展，學(xué)生再創(chuàng)作的過程是計(jì)算思維參與的過程，也是與他人共同協(xié)作、共同進(jìn)步的過程。一個(gè)好的作品是需要不斷地進(jìn)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(yàn)多方面提出優(yōu)化方案并分享交流，再進(jìn)行問題識(shí)別與分解，鼓勵(lì)學(xué)生將想法體現(xiàn)在流程圖中，進(jìn)一步完善流程圖后再設(shè)計(jì)相應(yīng)腳本。在整個(gè)大循環(huán)過程中，流程圖也成為教師評(píng)價(jià)學(xué)生思維發(fā)展的重要依據(jù)。

結(jié)語

運(yùn)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(jì)算機(jī)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(dòng)腳本就可以完成作品，覺得不需要另外花時(shí)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(shí)到，培養(yǎng)和提升計(jì)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(gè)工具。計(jì)算思維的提高不是一蹴而就的，短時(shí)間內(nèi)可能大家的思維表現(xiàn)差異不大，但長期堅(jiān)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(duì)人工智能教育、編程教育具有十分長遠(yuǎn)的意

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

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