丁潔月

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《新課標(biāo)》）凝練了四個(gè)維度的學(xué)科核心素養(yǎng)——信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任，很好地體現(xiàn)了學(xué)科的科學(xué)本質(zhì)和育人價(jià)值，其中特別強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。程序設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的有效途徑，但很多學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)無從下手。筆者認(rèn)為，這主要是因?yàn)閷W(xué)生在腦海中沒有相關(guān)的表征，不知道要做什么、怎么做。下面，筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，就如何借用流程圖在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維談一些看法。

計(jì)算思維和流程圖的映射關(guān)系

在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中，最重要的不是寫程序，而是設(shè)計(jì)。這就好比建筑、機(jī)械等行業(yè)要畫設(shè)計(jì)圖、施工圖，程序設(shè)計(jì)的思路也有必要以圖的形式畫出來。流程圖的使用和計(jì)算思維要素之間的關(guān)系，如右表所示。

顯然，流程圖是學(xué)生理清思路、輔助程序設(shè)計(jì)、發(fā)展計(jì)算思維的一種有效工具。在日常的程序設(shè)計(jì)教學(xué)中，學(xué)生畫好流程圖，練好基本功，能科學(xué)有效地輔助抽象建模、幫助綜合資源求解問題，進(jìn)而促進(jìn)知識(shí)的遷移運(yùn)用，這也是計(jì)算思維培養(yǎng)的內(nèi)涵所在。

流程圖在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

1.課前構(gòu)建流程圖，科學(xué)識(shí)別抽象建模

計(jì)算機(jī)歸根到底執(zhí)行的是數(shù)值計(jì)算，只有將現(xiàn)實(shí)問題轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)問題才能通過計(jì)算予以解決，也就是說，要將現(xiàn)實(shí)問題抽象為“可計(jì)算”問題。而設(shè)計(jì)與分析的過程就是不停地進(jìn)行抽象和封裝，并確定各個(gè)系統(tǒng)實(shí)體的細(xì)節(jié)。因此，在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中，教師要提出問題，讓學(xué)生圍繞問題進(jìn)行抽象、建模，然后引導(dǎo)學(xué)生用流程圖把抽象出來的內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián)。在此過程中，可設(shè)置頭腦風(fēng)暴等活動(dòng)，在激發(fā)學(xué)生興趣的同時(shí)幫助學(xué)生構(gòu)建思維框架，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)分析、抽象思維的能力。下面，筆者以《選擇排序》的第一課時(shí)為例進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。

環(huán)節(jié)一：教師播放動(dòng)畫，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鼓勵(lì)學(xué)生觀察分析。

環(huán)節(jié)二：頭腦風(fēng)暴，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)，畫出對(duì)應(yīng)流程圖（如下頁圖1）。

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師一般會(huì)直接告知學(xué)生算法思想，這樣會(huì)導(dǎo)致學(xué)生因缺少分析、概括的鍛煉而忽略了其中的邏輯聯(lián)系。因此，在課前，教師通過引導(dǎo)學(xué)生畫流程圖的辦法迅速進(jìn)入主題，對(duì)主題內(nèi)容進(jìn)行梳理，理清其邏輯結(jié)構(gòu)，這樣能有效激活學(xué)生的背景知識(shí)，有助于他們快速地檢索相關(guān)知識(shí)以及準(zhǔn)確地進(jìn)行分析判斷。

2.課中完善流程圖，綜合資源求解問題

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)認(rèn)為，任何復(fù)雜的算法，都可以以順序、選擇、循環(huán)這三種基本結(jié)構(gòu)（如圖2）作為“建筑單元”，對(duì)問題進(jìn)行抽象和構(gòu)造。通過“自頂向下，逐步求精”的程序設(shè)計(jì)方法，教師要將大的問題劃分為小問題，將復(fù)雜問題變?yōu)橄鄬?duì)簡單的問題，找出問題的關(guān)鍵、重點(diǎn)，然后通過帶有語義規(guī)則的符號(hào)定性、定量地去描述，進(jìn)而通過編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。經(jīng)過課前的準(zhǔn)備活動(dòng)，學(xué)生原有的知識(shí)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)入了激活狀態(tài)，對(duì)程序設(shè)計(jì)也有了一定的把握，具備了“逐步求精”的心理狀態(tài)。教師將課中活動(dòng)以提問的方式展開，要求學(xué)生完善相應(yīng)的流程圖，如下頁圖3、圖4所示。

問題1：既然是重復(fù)找最值，若有n個(gè)數(shù)，需要重復(fù)幾遍？

問題2：每遍怎么找出最值？

問題3：兩數(shù)互換怎么實(shí)現(xiàn)？

在設(shè)計(jì)過程中，流程圖記錄并顯性化呈現(xiàn)學(xué)生的思維發(fā)展變化。通過細(xì)化、完善程序設(shè)計(jì)，人腦對(duì)計(jì)算實(shí)施原理與過程進(jìn)行思考，用計(jì)算的方法來規(guī)范，并運(yùn)用計(jì)算來設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)問題求解。

3.課后運(yùn)用流程圖，舉一反三遷移應(yīng)用

流程圖是以圖表表征的形式幫助學(xué)生理清思路、構(gòu)建思維。在程序設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)是否清晰合理，對(duì)問題的解決非常重要。學(xué)生只有自己的思路清晰了，才能夠有條不紊、高效高質(zhì)地完成程序設(shè)計(jì)。因此，筆者嘗試設(shè)計(jì)有利于促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移的活動(dòng)，幫助學(xué)生牢固掌握并深入挖掘相關(guān)知識(shí)的內(nèi)涵。

（1）運(yùn)用流程圖輔助算法優(yōu)化

在介紹完選擇排序的相關(guān)知識(shí)后，筆者趁熱打鐵，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步對(duì)算法進(jìn)行設(shè)計(jì)，嘗試優(yōu)化。教師提出：同樣解決排序問題，有不同的算法。雖然結(jié)果一致，但有的算法會(huì)更好更高效，如堆排序、歸并排序或其他排序，請(qǐng)思考這些排序算法有何區(qū)別。學(xué)生課后查資料，思考，完成流程圖的設(shè)計(jì)并做相關(guān)分析。

（2）運(yùn)用流程圖輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在實(shí)際生活中，排序算法很實(shí)用，其他地方可能會(huì)用到，因此可以把代碼打包成“函數(shù)”，其他地方想用這個(gè)函數(shù)，就直接寫出函數(shù)名，傳入數(shù)據(jù)即可。當(dāng)然，這個(gè)函數(shù)也可以調(diào)用另一個(gè)函數(shù)，或者用于其他更復(fù)雜的函數(shù)。在使用時(shí)，復(fù)雜度被隱藏，不需要知道內(nèi)部的循環(huán)和變量，結(jié)果會(huì)像魔術(shù)一樣返回，如下頁圖5所示。在此基礎(chǔ)上，筆者引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)的思想，嘗試思考并設(shè)計(jì)：模擬電子地圖，搜索A城市到B城市的最短路徑。

綜上所述，如果教師僅介紹思想、算法實(shí)現(xiàn)會(huì)顯得單薄。借助流程圖，則可以激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考，增加程序的設(shè)計(jì)感，鍛煉學(xué)生的知識(shí)遷移應(yīng)用能力，也豐富了所學(xué)知識(shí)。

應(yīng)用策略

1.理論與實(shí)踐相結(jié)合

要在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中落實(shí)計(jì)算思維的培養(yǎng)，就要對(duì)客觀世界進(jìn)行合理抽象建模，畫好流程圖，也要將設(shè)計(jì)出的藍(lán)圖付諸實(shí)踐，編程調(diào)試運(yùn)行。然后，結(jié)合實(shí)踐反思設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高學(xué)生的理論認(rèn)識(shí)。在這個(gè)過程中，學(xué)生和教師一起經(jīng)歷“抽象—形式化表達(dá)—構(gòu)造—自動(dòng)化”的過程，有效地實(shí)施計(jì)算思維的培養(yǎng)。

2.應(yīng)用與表征相結(jié)合

表征是指某（些）事物和事物屬性能確切地表示另一（些）事物和事物屬性。課前，教師鼓勵(lì)學(xué)生用流程圖把形象的客觀世界進(jìn)行抽象建模，并把抽象出來的內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián);課中，完善流程圖，將抽象出來的內(nèi)容通過帶有語義規(guī)則的符號(hào)定性、定量地去描述;課后，運(yùn)用流程圖繼續(xù)輔助深入挖掘，不斷豐富知識(shí)。不同階段有不同的表征，但無論如何，教師都應(yīng)注意與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，且流程圖要注意留白，為課中的完善、課后的深入挖掘做準(zhǔn)備。另外，在用流程圖輔助程序設(shè)計(jì)時(shí)，不同的符號(hào)有不同的含義，不同的結(jié)構(gòu)有不一樣的表征作用，規(guī)范使用有助于形成規(guī)范的行為習(xí)慣，養(yǎng)成良好的思維品質(zhì)。

3.理念與技術(shù)相結(jié)合

作為信息技術(shù)教師，要緊跟時(shí)代潮流，更新教學(xué)觀念，運(yùn)用多種手段輔助教學(xué)，提升自身數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的應(yīng)用能力。同時(shí)，還要根據(jù)學(xué)生情況、教學(xué)內(nèi)容，選用合適的工具輔助，使課堂效率事半功倍。例如，在繪制流程圖時(shí)，可以選用常規(guī)的辦公軟件Word、WPS、PPT，也可以用Viso、OmniGraffle等專業(yè)繪制工具。當(dāng)然，也可以在iPad和智能手機(jī)上畫好圖再投屏，或者邊講解邊畫等。

結(jié)束語

根據(jù)新課標(biāo)的價(jià)值取向和培養(yǎng)目標(biāo)，筆者聯(lián)系自身教學(xué)實(shí)際，以“圖解程序設(shè)計(jì)，描繪思維藍(lán)圖”為教學(xué)切入點(diǎn)，把計(jì)算思維內(nèi)涵的三個(gè)層次作為培養(yǎng)目標(biāo)，踐行和分析了新課改大背景下如何把握信息技術(shù)學(xué)科的科學(xué)本質(zhì)和育人價(jià)值，進(jìn)而促進(jìn)信息素養(yǎng)的提升。筆者相信，為培養(yǎng)出適應(yīng)數(shù)字時(shí)代的建設(shè)者，一線教學(xué)不僅堅(jiān)持教學(xué)的真理，還需要有好的方法傳道授業(yè)解惑，更需要不斷進(jìn)行最平凡的教學(xué)研究。