【摘" 要】本文結(jié)合筆者長期教學(xué)實踐，提出要運用表格、線條、文本框、文字批注等簡單工具，結(jié)合教學(xué)實踐，將思維過程圖形化、問題化和公式化，由淺入深，具象化思維演化過程，讓學(xué)生“看得見”思維過程，“學(xué)得會”思維推導(dǎo)方法。并在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)學(xué)生的理解與實踐，切實提升學(xué)生解決問題的能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的成長。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng)；思維可視化；圖形問題

新版信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)中提出信息科技課程要圍繞核心素養(yǎng)，體現(xiàn)課程性質(zhì)，反映課程理念。在核心素養(yǎng)的解釋中，信息意識要求學(xué)生對信息具有一定的敏感度和判斷力，可以感知信息、熟悉信息及其呈現(xiàn)與傳遞方式；計算思維要求學(xué)生能夠運用計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問題解決過程中涉及抽象、分解、建模、算法設(shè)計等思維活動。

在日常教學(xué)中，由于計算機(jī)處理問題更像是一個黑盒，輸入數(shù)據(jù)運行后給出結(jié)果，我們無法看到或接觸到運行過程，學(xué)生在學(xué)習(xí)時難免會覺得信息科技課程很抽象，不好理解。教師在處理教學(xué)內(nèi)容時，也缺乏有效的思維與過程的呈現(xiàn)手段。筆者根據(jù)自身長期的教學(xué)實踐，靈活運用表格、線條、文本框、文字批注等常見的手段與工具，在思維可視化方面做了一定的教學(xué)實踐探索。

一、如何讓思維可視化

思維是人類所具有的高級認(rèn)知活動。美國教育家布魯姆1956年提出，人的思維過程可以劃分為六個層次：記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價、創(chuàng)造。其中，記憶、理解、應(yīng)用被稱作低階思維，分析、評價、創(chuàng)造被稱作高階思維。在新頒布的課程標(biāo)準(zhǔn)中，對于人的培養(yǎng)提出了樂學(xué)善學(xué)、勤于思考，學(xué)會在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，具有探究能力和創(chuàng)新精神。

思維可視化，是指運用一系列圖示技術(shù)把本來不可視的思維（思考方法和思考路徑）呈現(xiàn)出來，使其清晰可見。被可視化后的“思維”更有利于理解和記憶，并在此基礎(chǔ)上更容易被學(xué)生遷移與運用，對學(xué)生信息意識、計算思維等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)具有很大的促進(jìn)作用。

但是，思維可視化需要教師具備一定的圖示表達(dá)能力，能夠用清晰可見的圖示將思維過程呈現(xiàn)，將問題解決的注意點從“強(qiáng)調(diào)答案”轉(zhuǎn)化為“強(qiáng)調(diào)答案的生成過程”，從而幫助學(xué)生更容易理解知識與方法，并在此基礎(chǔ)上落實素養(yǎng)與能力。常見的思維可視化技術(shù)有思維導(dǎo)圖、模型圖、流程圖、概念圖和圖片等。這些思維可視化技術(shù)往往具有一定的技術(shù)門檻，且對于簡單問題與思維的呈現(xiàn)，容易出現(xiàn)“簡單問題復(fù)雜化”的問題。筆者根據(jù)長期的教學(xué)實踐，探索出運用簡單的繪圖工具也可以將思維可視化，并根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容運用思維圖形化、問題化和公式化等手段，將抽象過程具象化，幫助學(xué)生理解、掌握和遷移相應(yīng)的知識與方法，并提升學(xué)生的素養(yǎng)與能力。

例如，對于小Q買筆的問題，可以設(shè)計如下的思維可視化樣例。

期末來臨，班長小Q決定將剩余班費x元錢，用于購買若干支鋼筆獎勵給一些學(xué)習(xí)好、表現(xiàn)好的同學(xué)。已知商店里有三種鋼筆，其單價分別為6元、5元和4元。小Q想買盡量多的筆（獎勵盡可能多的同學(xué)），同時他又不想有剩余的錢。請你編一程序，幫小Q制訂一種買筆的方案。

該問題可以用如圖1所示方式來呈現(xiàn)問題解決的思維過程。

二、思維圖形化，以圖形化助思維生成

計算機(jī)的本質(zhì)是一個黑盒，它是如何運行的？數(shù)據(jù)在計算機(jī)內(nèi)部是如何計算的？計算過程中數(shù)據(jù)發(fā)生了哪些變化？對于運算的控制是如何發(fā)生的？這些可能讓學(xué)生產(chǎn)生疑惑或者不理解的過程，在計算機(jī)處理問題時，均是不可見的。那么，我們?nèi)绾卧谡n堂上用學(xué)生可見的方式幫助學(xué)生理解數(shù)據(jù)在計算機(jī)內(nèi)部運算的過程，就變得尤為重要。

筆者認(rèn)為可以運用思維圖形化將抽象、不可見的數(shù)據(jù)與運算過程呈現(xiàn)出來，引導(dǎo)學(xué)生去觀察、思考與理解計算機(jī)內(nèi)部計算與處理的步驟，進(jìn)而幫助學(xué)生適應(yīng)計算機(jī)的抽象性，理解數(shù)據(jù)與信息的存儲形式，形成運用計算思維解決問題的關(guān)鍵能力。

下面以浙江版八年級信息技術(shù)上冊“第8課 循環(huán)結(jié)構(gòu)——for循環(huán)”為例。

在“第8課 循環(huán)結(jié)構(gòu)——for循環(huán)”中，采用了輸出字符串“Python3”中的各個字符引入了循環(huán)結(jié)構(gòu)，筆者對這個例子進(jìn)行了改編，在原有題意的基礎(chǔ)上，修改為：輸入任意字符串，輸出這個字符串中大寫字符、小寫字母和數(shù)字的個數(shù)。這一修改既保留了教材原有的意圖，也復(fù)習(xí)了“第7課 分支結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實例”，達(dá)到了承上啟下的目的。

由于for語句的作用是將序列中的元素逐個遍歷，而這個遍歷過程僅有一句語句組成，因此筆者采用如圖2所示呈現(xiàn)該問題的思考過程。

字符串s：

【教學(xué)建議】

在實際教學(xué)過程中，不妨采取分步走、分步呈現(xiàn)的方式組織課堂。

第一步，呈現(xiàn)字符串s和表格，讓學(xué)生理解字符串是由連續(xù)的存儲單元組成，每個單元里面放了一個字符，而我們需要將這些字符逐個取出并放到變量x中，由此引出for循環(huán)語句的作用；

第二步，討論針對變量x如何來分類判斷和統(tǒng)計對應(yīng)的字符個數(shù)；

第三步，將呈現(xiàn)出的圖形圖示與python語句對應(yīng)，幫助學(xué)生理解算法形成的過程。

三、思維問題化，以問題鏈促思維遞進(jìn)

計算思維的形成不僅要關(guān)心如何讓學(xué)生理解計算機(jī)處理問題的過程，還要讓學(xué)生習(xí)慣和形成運用計算機(jī)處理問題的特點來解決新的問題，這一過程就是學(xué)生自主形成與運用思維的過程。然而，在教學(xué)實踐過程中，大部分教師更關(guān)注學(xué)生對知識和方法的掌握，而缺少對思維運用的指導(dǎo)與訓(xùn)練，由此容易形成學(xué)生課堂上聽得懂，課后作業(yè)做不來的情況。

筆者認(rèn)為可以在教學(xué)實踐中運用問題鏈的方式，將思維的生成過程、思考方向、形成步驟呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生厘清運用計算機(jī)解決問題的一般路徑，進(jìn)而掌握知識與方法的遷移運用，形成一定的思維運用能力。

下面以浙教版八年級信息技術(shù)上冊“第6課 多分支結(jié)構(gòu)程序設(shè)計”為例。

教材上用“比較三個數(shù)a，b，c（圖3），輸出其中最大的數(shù)”教授多分支結(jié)構(gòu)的程序?qū)崿F(xiàn)，筆者在教授完例題后，又設(shè)計了一個遞進(jìn)問題幫助學(xué)生進(jìn)一步加深對多分支結(jié)構(gòu)的理解與運用。問題為：“輸入一個三位數(shù)，再把它的次序打亂重新組合一個新的三位整數(shù)，使其值最大”，并采用如下的問題鏈來幫助學(xué)生形成問題解決路徑。

【教學(xué)建議】

在實際教學(xué)實踐中，我們可以一邊呈現(xiàn)問題一邊思考問題的解決方法與程序代碼之間的關(guān)系，以此達(dá)到學(xué)生能力與思維的深入訓(xùn)練。

第一步，提出問題1“如何將x中的a、b、c分離？”由學(xué)生回憶并實現(xiàn)相應(yīng)的算法。

第二步，在分離后的a、b、c的基礎(chǔ)上，思考問題2“如何保證a是最大的？”，學(xué)生容易想到可以將a分別與b、c比較后，將較大的數(shù)交換到a中。

第三步，引導(dǎo)學(xué)生思考，接下來應(yīng)該如何實現(xiàn)，學(xué)生應(yīng)可以想到接下去可以保證b最大，此時教師拋出第3問“如何保證b最大？”，由學(xué)生實現(xiàn)。

第四步，讓學(xué)生思考此時的最大數(shù)怎么表示，最終給出結(jié)果表達(dá)式：a×100+b×10+c。

四、思維公式化，以公式演化促素養(yǎng)落地

在新頒布的義務(wù)教育階段課程標(biāo)準(zhǔn)中，將信息技術(shù)課程獨立出來，并命名為“信息科技”，課程的內(nèi)涵、作用與目標(biāo)發(fā)生了本質(zhì)的變化，在課堂教學(xué)中如何突出信息科技課程的科學(xué)性，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力，變得尤為重要。

筆者認(rèn)為可以在教學(xué)過程中，對教材上的素材進(jìn)一步提煉與挖掘，運用數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的思維特點，遷移并結(jié)合到信息科技的日常教學(xué)中，從而讓信息科技的教學(xué)往科學(xué)類課程發(fā)展與演變。

下面以浙教版信息技術(shù)八年級上冊“第14課 枚舉算法”為例。

本節(jié)課用張丘建在《算經(jīng)》中提出的“百錢買百雞”問題幫助學(xué)生理解枚舉算法的概念，教材上首先對問題進(jìn)行分析，并用x表示公雞，y表示母雞，z表示小雞。結(jié)合題意，分析出x、y、z的取值范圍分別為0≤x≤20， 0≤y≤33，0≤z≤100。

然后，利用枚舉的思想，給出枚舉算法設(shè)計的關(guān)鍵條件：

最后，根據(jù)式①、②兩個條件，設(shè)計了枚舉公雞x和母雞y的枚舉算法。

【教學(xué)建議】

在本節(jié)課的教學(xué)中，教師可以從教材出發(fā)，先以教材的方法理解枚舉的基本思想，然后對原問題進(jìn)行深入的討論，最終給出優(yōu)化后的方案。在這個過程中，教師將枚舉算法的實現(xiàn)跳出代碼的限制，讓學(xué)生將注意力放到問題的討論與分析中來，使學(xué)生明白算法學(xué)習(xí)的本質(zhì)是找到解決問題的方法，代碼只是實現(xiàn)方法的工具。

第一步，按照教材內(nèi)容，將“百錢買百雞”問題的基本解決方案落實。

第二步，帶著學(xué)生對教材上的方法進(jìn)行變換與討論。

第三步，學(xué)生根據(jù)討論后的新方法，編程實現(xiàn)，并在這個過程中進(jìn)一步理解與思考方法不同對代碼實現(xiàn)的影響。

第四步，總結(jié)兩種方法的異同，將算法的學(xué)習(xí)認(rèn)識維度從知識與方法提高到能力與素養(yǎng)的高度。

課堂實踐證明，思維可視化在培養(yǎng)學(xué)生建立抽象思維能力，理解基于黑盒的計算機(jī)運行機(jī)制，掌握抽象建模、算法設(shè)計等方面有積極作用。在信息科技課堂教學(xué)中進(jìn)行思維可視化的探索，通過各種手段與工具將學(xué)生的思維“可視”“可分析”“可推導(dǎo)”，增強(qiáng)了學(xué)生在信息意識、計算思維等方面的核心素養(yǎng)的發(fā)展，對于日常的信息科技課堂教學(xué)改進(jìn)是重要的一步。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.