黃榮 江蘇省南京市立賢小學(xué)

●背景

算法是小學(xué)信息科技學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，是在問題解決過程中涉及的一系列綜合性的思維活動(dòng)。它是一個(gè)抽象的概念，如果在教學(xué)中泛泛而談，則很難培養(yǎng)學(xué)生的算法思維能力，而復(fù)雜問題解決的能力對(duì)學(xué)生的算法學(xué)習(xí)是非常重要的。因此在教學(xué)中，筆者嘗試將復(fù)雜的算法問題分解為多個(gè)子問題，使學(xué)生掌握復(fù)雜問題的分解策略。下面，以《花朵繽紛》一課為例進(jìn)行說明。

●教學(xué)實(shí)踐

《花朵繽紛》一課屬于“算法與程序設(shè)計(jì)”模塊，涉及的問題主要有兩個(gè)：一是如何在圖形化編程軟件中把一片花瓣變成一朵花；二是如何把一朵花變成花朵繽紛的特效。

1.引入：復(fù)雜問題解決的來(lái)源

①欣賞“一片花瓣變成一朵花”現(xiàn)象。

師：視頻中的一片花瓣變成了什么？讓我們從編程的角度研究“一片花瓣變成一朵花”問題。

②欣賞“花朵特效”現(xiàn)象并揭示課題。

學(xué)生繼續(xù)欣賞視頻。

師：視頻中的花朵又出現(xiàn)了什么特效？今天這節(jié)課，我們重點(diǎn)研究花朵繽紛。

生：花朵繽紛效果是由“一片花瓣變成一朵花”現(xiàn)象和“花朵特效”現(xiàn)象組成。

2.展開：復(fù)雜問題解決的主場(chǎng)

片段一：一片花瓣變成一朵花

師：各位同學(xué)動(dòng)手操作，嘗試將一片花瓣旋轉(zhuǎn)變成一朵花（以五片花瓣為例），如圖1所示。

圖1

教師出示研究要求：①轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)：一片花瓣如何旋轉(zhuǎn)變成一朵花？②說一說：小組內(nèi)交流一下一片花瓣變成一朵花的過程。

學(xué)生小組活動(dòng)。

師：哪位同學(xué)愿意將你們小組的研究成果向全班同學(xué)展示并交流？

生1：我要把這片花瓣依次進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

一位學(xué)生提出問題：旋轉(zhuǎn)過后還是只有一片花瓣，但是花朵有五片花瓣？

生2：花瓣每次旋轉(zhuǎn)過后，還要對(duì)這片花瓣進(jìn)行復(fù)制，然后再依次進(jìn)行旋轉(zhuǎn)復(fù)制五次，這樣就有五片花瓣了。

師：根據(jù)大家的回答，我們來(lái)梳理一下一片花瓣變成一朵花的具體操作步驟。第一步是要有一片花瓣，第二步是什么呢？

生：第二步是旋轉(zhuǎn)，并且要確定旋轉(zhuǎn)角度。

師：旋轉(zhuǎn)的時(shí)候要注意什么？（出示課件）為什么有的花瓣會(huì)出現(xiàn)雜亂無(wú)章的情況？

生：在旋轉(zhuǎn)之前，要設(shè)置好花瓣的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)。

師：因?yàn)樾D(zhuǎn)前就要設(shè)置好中心點(diǎn)，所以第二步是確定中心點(diǎn)，第三步是旋轉(zhuǎn)，第四步是什么呢？

生：旋轉(zhuǎn)后就要對(duì)花瓣進(jìn)行復(fù)制。

師：這樣就結(jié)束了嗎？

生：沒有，還要重復(fù)執(zhí)行旋轉(zhuǎn)復(fù)制這個(gè)過程，印好其余花瓣。

結(jié)合學(xué)生的回答，教師呈現(xiàn)一片花瓣變成一朵花的具體過程，如圖2所示。

圖2

學(xué)生根據(jù)算法過程在圖形化編程工具里編寫腳本進(jìn)行驗(yàn)證，并展示成果。

片段二：花朵特效

師：一朵花完成了，接下來(lái)完成花朵特效。我們來(lái)研究一下花朵有哪些變化，如圖3所示。

圖3

隨著學(xué)生的討論、交流，教師提煉，進(jìn)行板書：①位置不定；②出現(xiàn)多個(gè)花朵；③顏色各異；④大小不同。

師：根據(jù)同學(xué)們的回答，可以把花朵特效抽象成四個(gè)子問題，這樣就降低了難度。首先來(lái)看位置不定的效果是怎么實(shí)現(xiàn)的。如何改變花朵出現(xiàn)的位置呢？

生：需要用到運(yùn)動(dòng)模塊里的坐標(biāo)控件，通過改變坐標(biāo)里的數(shù)值去改變位置。

師：每次改變位置都要改變坐標(biāo)，很麻煩，怎么辦呢？能不能讓計(jì)算機(jī)隨機(jī)設(shè)定數(shù)值呢？它在運(yùn)算模塊里，你們能找到嗎？找到了以后研究一下隨機(jī)數(shù)的范圍怎么設(shè)置呢？

生：可以把隨機(jī)數(shù)的范圍設(shè)置成舞臺(tái)的X坐標(biāo)范圍和Y坐標(biāo)范圍。分別是-240～240，-180～180兩組數(shù)值。

師：繼續(xù)運(yùn)行一下腳本，就會(huì)在舞臺(tái)的隨機(jī)位置出現(xiàn)一朵花。那如果要連續(xù)不斷地出現(xiàn)在舞臺(tái)不同位置（也就是出現(xiàn)多個(gè)朵花），怎么辦呢？

學(xué)生嘗試操作，試著用重復(fù)控件完成位置不定和出現(xiàn)多個(gè)花朵的效果。

師：花朵開滿畫面后，可以使用特效類控件實(shí)現(xiàn)花朵的顏色特效和大小變化，這兩個(gè)特效類控件在哪里呢？

學(xué)生快速找到顏色特效和大小特效控件，嘗試搭建腳本并運(yùn)行。

3.練習(xí)：復(fù)雜問題解決的延伸

制作“雪花漫天飛”效果。

教師要求學(xué)生觀察圖4中的效果，思考以下問題：①一片雪花是由什么角色旋轉(zhuǎn)而成的？②需要利用循環(huán)控件重復(fù)旋轉(zhuǎn)復(fù)制幾次？③仔細(xì)觀察，雪花有哪些變化？④“雪花漫天飛”與“花朵繽紛”效果有什么聯(lián)系？

圖4

●教學(xué)思考

1.動(dòng)手操作，情境中感知算法

活動(dòng)是學(xué)生認(rèn)知的基礎(chǔ)，智慧從動(dòng)作開始。學(xué)生通過看一看、動(dòng)手操作、說一說、上機(jī)編程等豐富的實(shí)踐探索活動(dòng)，經(jīng)歷了動(dòng)手、動(dòng)口、動(dòng)腦的過程，充分調(diào)動(dòng)了各種感官參與學(xué)習(xí)，對(duì)一片花瓣變成一朵花的過程由感性認(rèn)識(shí)上升到了理性認(rèn)識(shí)。學(xué)生能深刻地理解一片花瓣變成一朵花的算法過程，并用圖形化工具進(jìn)行腳本編寫。

在上面的教學(xué)片段中，學(xué)生不是簡(jiǎn)單的“操作工”，而是“研究者”，目標(biāo)指引操作，問題驅(qū)動(dòng)操作。因此，學(xué)生學(xué)習(xí)算法過程的熱情是高漲的。

2.分解問題，過程中感悟算法

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，在進(jìn)行編程學(xué)習(xí)時(shí)，需要將算法學(xué)習(xí)貫穿于問題求解的過程中，而問題可以分為簡(jiǎn)單問題和復(fù)雜問題，簡(jiǎn)單問題不需要分解，復(fù)雜問題可以分解為若干子問題，然后根據(jù)功能求解出解決子問題的具體操作步驟，形成求解方案。

在本節(jié)課中，學(xué)生首先要明確具體的任務(wù)，即如何在圖形化編程工具中實(shí)現(xiàn)花朵繽紛的效果。其次，抽象問題的關(guān)鍵特征，明確問題求解的輸入和輸出。再次，分解問題，將復(fù)雜的花朵繽紛問題分解為兩個(gè)簡(jiǎn)單的問題，即一片花瓣變成一朵花和花朵的特效兩個(gè)子問題，再由子問題分析出具體操作步驟，形成科學(xué)的算法。這樣先整體后部分、先抽象后具體的方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力。

分解問題的環(huán)節(jié)，是學(xué)生自主探究的主要環(huán)節(jié)，在片段一中，有學(xué)生的肯定，有學(xué)生的補(bǔ)充，也有學(xué)生的質(zhì)疑。學(xué)生不但探索到一片花瓣變成一朵花的過程，同時(shí)也抽象出了其中的具體步驟。在片段二中，師生一問一答，教師的有效提問帶領(lǐng)全班學(xué)生經(jīng)歷了重難點(diǎn)的突破，使學(xué)生對(duì)花朵特效腳本的編寫從模糊到清晰，進(jìn)一步地感悟了算法。從實(shí)踐效果來(lái)看，無(wú)論是片段一還是片段二，學(xué)生均能在教師的引導(dǎo)下抽象出問題的基本特征，并將問題分解為具體操作步驟，這一過程有效地激發(fā)了學(xué)生的探究欲望，發(fā)展了學(xué)生的計(jì)算思維。

3.知識(shí)遷移，拓展中明晰算法

學(xué)習(xí)遷移是指一種學(xué)習(xí)對(duì)另一種學(xué)習(xí)的影響，也是將學(xué)得的經(jīng)驗(yàn)有變化地運(yùn)用于另一情境的能力。在練習(xí)環(huán)節(jié)，筆者設(shè)置了題目：如何在圖形化編程工具中實(shí)現(xiàn)“雪花漫天飛”的效果？在教學(xué)中，教師是引導(dǎo)者，通過三個(gè)問題引導(dǎo)學(xué)生明確“雪花漫天飛”的學(xué)習(xí)任務(wù)，并對(duì)“花朵繽紛”與“雪花漫天飛”進(jìn)行對(duì)比、辨別與聯(lián)系，再主動(dòng)地將解決“花朵繽紛”問題的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)遷移到“雪花漫天飛”的情境中去。這樣，學(xué)生能通過經(jīng)驗(yàn)的遷移、重組，主動(dòng)構(gòu)建、完善新的知識(shí)，從而提升學(xué)習(xí)效率。

總之，學(xué)生親歷了分析問題、抽象特征、分解問題、設(shè)計(jì)算法、實(shí)踐操作等過程之后，能真正理解和掌握基本的知識(shí)與技能，更重要的是掌握了相應(yīng)的解決復(fù)雜問題的算法，知道如何分析問題，如何找到解決復(fù)雜問題的路徑，進(jìn)而了解解決復(fù)雜問題的基本范式。