摘要：本文提出，在落實(shí)《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的過(guò)程中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生深入對(duì)時(shí)序控制解決問(wèn)題能力的理解和應(yīng)用，用項(xiàng)目式、模塊化的方式切割分解、組合、重復(fù)子問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決中的規(guī)律和模式，在線性化的流程模式中求解復(fù)雜問(wèn)題，以真實(shí)問(wèn)題或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，建構(gòu)知識(shí)，提升問(wèn)題解決能力。通過(guò)對(duì)時(shí)間控制、執(zhí)行順序、變化趨勢(shì)、應(yīng)激驅(qū)動(dòng)的思考，完成對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的訓(xùn)練和提升，并將其遷移用于解決其他問(wèn)題，為后續(xù)復(fù)雜算法的應(yīng)用、計(jì)算思維的高階發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：時(shí)序控制；算法；計(jì)算思維

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）23-0000-04

引言

時(shí)序控制是與時(shí)間控制命令模塊相關(guān)和關(guān)注時(shí)間順序或事件序列處理的技術(shù)，時(shí)序控制過(guò)程涉及對(duì)事件、動(dòng)作或任務(wù)進(jìn)程按順序組織和執(zhí)行。時(shí)序算法是實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制的算法，偏向與時(shí)間相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)和事件驅(qū)動(dòng)、周期性分析、并發(fā)控制順序執(zhí)行操作特征，包括股票價(jià)格、溫度記錄或網(wǎng)絡(luò)流量和自動(dòng)駕駛汽車中的障礙物檢測(cè)和避免，以及硬件精準(zhǔn)測(cè)控下的應(yīng)激反應(yīng)時(shí)間、多傳感器間協(xié)調(diào)的先后執(zhí)行順序等，適合訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算思維，培養(yǎng)學(xué)生的時(shí)間觀念，幫助學(xué)生理解程序結(jié)構(gòu)，提升自動(dòng)化、系統(tǒng)化思維邏輯，塑造條理清晰的解決問(wèn)題風(fēng)格。

在《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）中，學(xué)科邏輯主線之一的“算法”，是學(xué)習(xí)和掌握解決問(wèn)題的思路和方法，理解、設(shè)計(jì)、實(shí)施算法的思維過(guò)程即計(jì)算思維，它強(qiáng)調(diào)問(wèn)題求解的操作過(guò)程和機(jī)器實(shí)現(xiàn)，其本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化。在計(jì)算思維的培養(yǎng)、訓(xùn)練和提升過(guò)程中，順序執(zhí)行有利于增強(qiáng)學(xué)生的理解和邏輯思維能力，時(shí)間命令模塊控制下的程序設(shè)計(jì)有利于學(xué)生對(duì)軟硬件間輸出結(jié)果的信息交互與科學(xué)原理的理解，特別是圖形化編程中積木式模塊指令的累積以及開(kāi)源硬件數(shù)字化創(chuàng)新過(guò)程中程式化的呈現(xiàn)與表達(dá)。在這種自上而下的順序化解決問(wèn)題最基本的算法結(jié)構(gòu)中，時(shí)序控制用項(xiàng)目式、模塊化的方式切割分解、組合、重復(fù)子問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決中的規(guī)律和模式，在線性化的流程模式中求解復(fù)雜問(wèn)題，為后續(xù)復(fù)雜算法的應(yīng)用、計(jì)算思維的高階發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

時(shí)序控制的教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用

在利用傳感器與環(huán)境的數(shù)據(jù)信息交互中，會(huì)產(chǎn)生系列化的源碼信息，在獲取、分析、應(yīng)用、分享的過(guò)程中，大量數(shù)據(jù)被逐一進(jìn)行遍歷處理，而以數(shù)字形式表達(dá)信息及其應(yīng)用背后的科學(xué)原理、思維方法、處理過(guò)程和工程實(shí)現(xiàn)，是信息科技學(xué)科教學(xué)的重點(diǎn)。這其中時(shí)序控制和時(shí)序算法的理解與應(yīng)用，能加強(qiáng)對(duì)計(jì)算思維的鍛煉與提升。在常見(jiàn)的圖形化編程中，條件控制語(yǔ)句、循環(huán)語(yǔ)句等組成順序化執(zhí)行的基本單元，“等待1秒”“等待直到”的命令模塊以及時(shí)鐘控制等模塊語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)了時(shí)間控制的功能。在教學(xué)實(shí)踐中引入時(shí)間和順序的觀念可以引導(dǎo)學(xué)生掌握問(wèn)題解決的全過(guò)程，理解簡(jiǎn)單算法，還可以訓(xùn)練和發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維。遞歸是一種特殊的時(shí)序控制形式，函數(shù)遞歸是函數(shù)自身調(diào)用自身，通過(guò)分解問(wèn)題為子問(wèn)題提供解決復(fù)雜問(wèn)題的有效方法，引入遞歸可以幫助學(xué)生理解如何將大問(wèn)題分解成可管理的小問(wèn)題。在某些情況下，算法的執(zhí)行可能由外部事件觸發(fā)，而不是簡(jiǎn)單的順序執(zhí)行。在多線程或分布式系統(tǒng)中，多個(gè)任務(wù)可能同時(shí)執(zhí)行，這需要對(duì)同步和異步操作有深入的理解。合適的時(shí)間控制，在問(wèn)題描述和解決過(guò)程中，是一種初步的邏輯思維，即從整體系統(tǒng)層面去思考項(xiàng)目全過(guò)程中的邏輯性、嚴(yán)謹(jǐn)性和全面性。在數(shù)智化作品中應(yīng)體現(xiàn)“以人為本，服務(wù)至上”的設(shè)計(jì)理念，照顧到每一個(gè)相關(guān)主體參數(shù)和每一個(gè)執(zhí)行細(xì)節(jié)，以及與自動(dòng)化智能硬件的匹配度，讓人機(jī)對(duì)話界面和機(jī)器硬件動(dòng)作更接近人性化需求。這些細(xì)節(jié)性基礎(chǔ)項(xiàng)目算法設(shè)計(jì)，為學(xué)生后續(xù)解決復(fù)雜問(wèn)題做了鋪墊。加強(qiáng)對(duì)時(shí)序控制的理解和訓(xùn)練，是一個(gè)入門(mén)的計(jì)算思維的訓(xùn)練過(guò)程，理解順序邏輯，逐漸形成流程化的意識(shí)習(xí)慣，提高學(xué)生的思維能力，是計(jì)算思維前期養(yǎng)成和訓(xùn)練的基礎(chǔ)。

時(shí)序控制與計(jì)算思維訓(xùn)練

1.認(rèn)識(shí)與抽象

在新課標(biāo)學(xué)段目標(biāo)中，第一學(xué)段的內(nèi)容有“信息交流與分享”“信息隱私與安全”和“數(shù)字設(shè)備體驗(yàn)”。這一學(xué)段的教學(xué)，應(yīng)在全新的數(shù)字化環(huán)境中，讓學(xué)生適應(yīng)信息交流與分享方式、思維方式，形成操作行為規(guī)范意識(shí)。①通過(guò)生活中的掃碼點(diǎn)餐、刷臉進(jìn)門(mén)等案例，啟發(fā)“條件”觸動(dòng)下的數(shù)字設(shè)備應(yīng)用，滲透選擇判斷和條件循環(huán)的編程結(jié)構(gòu)和算法基礎(chǔ)。②從用圖符的方式進(jìn)行情感表達(dá)，過(guò)渡到用圖符表達(dá)解題過(guò)程和實(shí)施步驟的線性流程，再上升到過(guò)程與算法流程圖的基礎(chǔ)表達(dá)等，使學(xué)生逐步接受用圖符來(lái)抽象并描述事物和項(xiàng)目問(wèn)題。③通過(guò)“如何管理自己生活中的各種信息”，進(jìn)一步了解信息的多種表示方式以及數(shù)據(jù)存在的形式，初步具備管理信息的能力，訓(xùn)練信息管理與控制的意識(shí)。④體驗(yàn)數(shù)字設(shè)備解決問(wèn)題的過(guò)程，通過(guò)智能可穿戴設(shè)備（如智能手環(huán)、智能衣物、智能紐扣）、智能電子設(shè)備等，開(kāi)拓學(xué)生視野，加深對(duì)數(shù)字社會(huì)下新的思維方式的理解。⑤對(duì)給定的簡(jiǎn)單任務(wù)，能識(shí)別任務(wù)實(shí)施的主要步驟，在實(shí)際應(yīng)用中，能按照操作流程使用數(shù)字設(shè)備，并能說(shuō)出操作步驟。這樣要求的目的是進(jìn)行抽象化，以及用步驟的概念來(lái)代替計(jì)算程序結(jié)構(gòu)的時(shí)間先后順序邏輯，形成操作和設(shè)計(jì)的思維萌芽（計(jì)算思維得以啟迪并初步應(yīng)用）。在這一學(xué)段的教學(xué)中，教師應(yīng)在認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行抽象，概括出事物的本質(zhì)規(guī)律，并在抽象的過(guò)程中進(jìn)行創(chuàng)新與創(chuàng)造，使學(xué)生擺脫固有思維定式。

2.選擇與分解

第二學(xué)段的內(nèi)容有“在線學(xué)習(xí)與生活”“數(shù)據(jù)與編碼”和“數(shù)據(jù)編碼探秘”。在這一學(xué)段中要求學(xué)生能根據(jù)需要選用合適的數(shù)字設(shè)備解決問(wèn)題，并簡(jiǎn)單地說(shuō)明理由，將問(wèn)題進(jìn)行分解，并用文字或圖示進(jìn)行描述。在選用合適的數(shù)字設(shè)備后簡(jiǎn)單地說(shuō)明理由，是語(yǔ)言組織的過(guò)程，即思維過(guò)程中生成的外在表達(dá)和輸出結(jié)果的呈現(xiàn)。用文字或圖示描述也是在訓(xùn)練學(xué)生進(jìn)行問(wèn)題的分解、抽象、邏輯化思維的過(guò)程。在簡(jiǎn)單問(wèn)題解決的過(guò)程中，形成分解問(wèn)題的意識(shí)，用邏輯圖例說(shuō)明觀點(diǎn)，按照一定的規(guī)則表達(dá)與交流信息，是內(nèi)化后形成的自我知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，把問(wèn)題劃分是計(jì)算思維中的分解理念，也是這一學(xué)段計(jì)算思維培養(yǎng)目標(biāo)中的重點(diǎn)。在這一學(xué)段的教學(xué)中，教師應(yīng)通過(guò)多個(gè)內(nèi)容的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，讓學(xué)生學(xué)會(huì)在解決問(wèn)題的過(guò)程中理解條件選擇，并根據(jù)選擇的理由呈現(xiàn)出選擇的結(jié)果，同時(shí)不斷將問(wèn)題進(jìn)行分解細(xì)化，逐步訓(xùn)練計(jì)算思維。

3.算法與過(guò)程

第三學(xué)段的內(nèi)容有“身邊的算法”“過(guò)程與控制”和“小型系統(tǒng)模型”。在這一學(xué)段的教學(xué)中，應(yīng)通過(guò)生活中的實(shí)例，了解算法的特征和效率。用自然語(yǔ)言、流程圖等方式描述算法，其中流程圖以直觀表達(dá)思路的優(yōu)勢(shì)幫助理解程序，即將問(wèn)題細(xì)分為多個(gè)實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題片段，并生成實(shí)施步驟，形成算法結(jié)構(gòu)化控制過(guò)程，直接將算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)應(yīng)用在知識(shí)與能力的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，形成計(jì)算思維密集提升階段。

4.綜合與遷移

第四學(xué)段的內(nèi)容有“互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新”“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”“人工智能與智慧社會(huì)”和“互聯(lián)智能設(shè)計(jì)”。在互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)中，進(jìn)一步檢驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用的方法與過(guò)程，理解人工智能，運(yùn)用計(jì)算思維方法解決學(xué)習(xí)和生活中的各種問(wèn)題，并能遷移到其他更多相似的場(chǎng)景應(yīng)用中，這是復(fù)雜計(jì)算思維的生成。在這一學(xué)段的教學(xué)中，不再是生活中已有情境的模仿，不再要求對(duì)細(xì)節(jié)技能的熟練程度以及理解細(xì)節(jié)的處理方法等，教師應(yīng)開(kāi)始“嘗試創(chuàng)作”，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)腦筋思考，發(fā)揮能力進(jìn)行“原始創(chuàng)新”，開(kāi)啟抽象、模型建立、構(gòu)思的高階思維。

時(shí)序控制與計(jì)算思維的提升

隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在智能設(shè)備、自動(dòng)化系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理中，時(shí)序控制特別是對(duì)時(shí)間的精確控制和管理將是關(guān)鍵。未來(lái)的時(shí)序控制設(shè)計(jì)將更加智能化，包括對(duì)時(shí)區(qū)、夏令時(shí)和日期格式的智能識(shí)別和處理，更加精確的時(shí)間同步技術(shù)，以確保各種設(shè)備和系統(tǒng)的時(shí)間一致性，以及對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)和模式的預(yù)測(cè)和分析能力，包括無(wú)人駕駛、萬(wàn)物互聯(lián)、物流鏈等，以支持更復(fù)雜的時(shí)間相關(guān)任務(wù)和決策。為適應(yīng)時(shí)代要求，把握學(xué)習(xí)提升的機(jī)會(huì)，在教育實(shí)踐過(guò)程中，教師應(yīng)利用時(shí)序控制，有效啟發(fā)和提升學(xué)生的計(jì)算思維。

1.對(duì)時(shí)間控制的思考

時(shí)間控制考慮任務(wù)執(zhí)行所需的時(shí)間間隔、事件的觸發(fā)時(shí)間以及設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的效率。它既涉及代碼層面的具體實(shí)現(xiàn)，也涉及整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)。時(shí)間控制意味著需要考慮如何在有限的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，這要求能夠有效地分析問(wèn)題、制訂解決方案，并將其轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的程序，通過(guò)編程中的時(shí)間控制，學(xué)生需要不斷嘗試、調(diào)整和優(yōu)化時(shí)間控制的方法，反復(fù)試驗(yàn)和調(diào)試，學(xué)會(huì)解決問(wèn)題，并培養(yǎng)耐心和毅力。在利用時(shí)間控制進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新，以提高他們的創(chuàng)新意識(shí)和對(duì)技術(shù)發(fā)展的敏感度。在具體的應(yīng)用情境下，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生巧妙處理時(shí)間控制問(wèn)題涉及的各種問(wèn)題，積極思考如何利用時(shí)間控制來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的功能和效果，將問(wèn)題中關(guān)于時(shí)間的序列用線性化的手段分解，從中提煉規(guī)律性和價(jià)值呈現(xiàn)的算法，從而培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力和創(chuàng)造性思維。

2.對(duì)執(zhí)行順序的思考

順序控制遵循“順理而有序、和諧而不紊亂”的邏輯，有些事情前后存在依賴、解鎖等邏輯關(guān)系。時(shí)序設(shè)計(jì)的邏輯性表現(xiàn)為有條理的思考方式，以時(shí)間先后順序進(jìn)行統(tǒng)籌有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和對(duì)時(shí)間概念的抽象理解能力。從整體上思考問(wèn)題，分析任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)與依賴關(guān)系，讓學(xué)生學(xué)會(huì)將復(fù)雜的問(wèn)題分解為簡(jiǎn)單的步驟，學(xué)會(huì)組織和表達(dá)清晰的思維，有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力以及創(chuàng)造力。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，在明確問(wèn)題后，收集信息，理解情境并確定需要解決的具體問(wèn)題，分析問(wèn)題的根源和本質(zhì)，列出可能的解決方案，即進(jìn)行初步的簡(jiǎn)單算法設(shè)計(jì)。對(duì)中小學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)時(shí)序算法，建立簡(jiǎn)單時(shí)間系列的模型理念，以及初步建立問(wèn)題思考框架與模型化、項(xiàng)目式解決問(wèn)題的思維方式，有益于培養(yǎng)對(duì)抽象問(wèn)題進(jìn)行分解的能力。

3.對(duì)變化趨勢(shì)的思考

在時(shí)序控制下對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，延伸事務(wù)發(fā)展的預(yù)測(cè)與估算，是高階思維能力的體現(xiàn)。簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)一個(gè)變量與一個(gè)自變量之間的關(guān)系，是一種線性方程算法，在自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)過(guò)程中將數(shù)學(xué)思維轉(zhuǎn)化到計(jì)算思維上來(lái)，易于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。時(shí)序算法應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，如在解決公共場(chǎng)所的擁擠問(wèn)題中易擁堵點(diǎn)人流的監(jiān)控，采用了一種基于ARIMA時(shí)間序列算法的人口流量密度的預(yù)測(cè)模型，用于預(yù)測(cè)公共交通進(jìn)出站點(diǎn)人流情況及運(yùn)營(yíng)路線情況，達(dá)到公共交通的“智慧調(diào)度”。再如，將Microsoft時(shí)序算法應(yīng)用在趨勢(shì)分析及預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)中。

4.對(duì)應(yīng)激驅(qū)動(dòng)的思考

隨著數(shù)智化水平的不斷提升，服務(wù)型機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人、自我學(xué)習(xí)機(jī)器人以及一些超大規(guī)模應(yīng)用系統(tǒng)在人機(jī)對(duì)話交流、應(yīng)激驅(qū)動(dòng)反應(yīng)方面各樹(shù)一幟，凸顯了人性化的應(yīng)激表達(dá)，應(yīng)激驅(qū)動(dòng)的動(dòng)作靈敏而穩(wěn)重。從設(shè)計(jì)思維角度考量，既要符合人性化要求，又要符合機(jī)器自動(dòng)化的執(zhí)行，這些綜合性的設(shè)計(jì)，是算法統(tǒng)籌下的一種高階思維（計(jì)算思維）的具體應(yīng)用。另外，多種多樣的傳感器捕獲的大量數(shù)據(jù)，是對(duì)外界環(huán)境的應(yīng)激反饋。這其中條件判斷是應(yīng)激驅(qū)動(dòng)的依據(jù)，機(jī)器思維處理問(wèn)題是在不斷地選擇判斷，最終確認(rèn)輸出結(jié)果?；跀?shù)字化智能主體的應(yīng)激驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，是不斷嘗試應(yīng)用邏輯規(guī)則來(lái)分析解決問(wèn)題并設(shè)計(jì)算法方案，以及根據(jù)已知的大數(shù)據(jù)規(guī)則做出合理的結(jié)論與預(yù)測(cè)的過(guò)程。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，應(yīng)激驅(qū)動(dòng)的思考過(guò)程，也是對(duì)其計(jì)算思維不斷訓(xùn)練、養(yǎng)成、提升和高階應(yīng)用的過(guò)程。

結(jié)語(yǔ)

在教學(xué)實(shí)踐中，基于時(shí)序控制的教學(xué)實(shí)施，應(yīng)將計(jì)算思維核心素養(yǎng)滲透到每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，從具象的知識(shí)和技能中細(xì)化計(jì)算思維的訓(xùn)練、培養(yǎng)、發(fā)展和提升，以最終落實(shí)課程育人目標(biāo)，使學(xué)生更好地適應(yīng)數(shù)字時(shí)代的社會(huì)發(fā)展要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊曉哲，劉昕.面向數(shù)字素養(yǎng)的義務(wù)教育信息科技課程[J].全球教育展望，2022（06）：109-117.

[2]李鋒.義務(wù)教育信息科技課程“新”在哪[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2022（11）：9-10.

[3]中華人民共和國(guó)教育部.教育部關(guān)于印發(fā)義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/202204/t20220420_619921.html.

[4]趙天成，王玉瀟，王國(guó)臣.基于ARIMA時(shí)序算法的車站人流密度預(yù)測(cè)模型[J].數(shù)字通信世界，2020（03）：26-28.

[5]段曉波，高晶晶，胡文平，等.基于Microsoft時(shí)序算法的電容器組電容預(yù)測(cè)及預(yù)警[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2017，38（01）：22-27+34.

[6]徐琴，韓潔.Microsoft時(shí)序算法在電子商城中的應(yīng)用研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2016（04）：243-244.

作者簡(jiǎn)介：楊炳會(huì)，中學(xué)高級(jí)教師，省級(jí)名師網(wǎng)絡(luò)工作室主持人，研究方向?yàn)榫幊探逃?、人工智能教育。張玲，寧夏大學(xué)教育學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榻逃夹g(shù)學(xué)基本理論與實(shí)踐、教育信息化發(fā)展與績(jī)效評(píng)估、教師專業(yè)發(fā)展研究與實(shí)踐等。

本文系寧夏第七屆基礎(chǔ)教育教學(xué)課題“新課標(biāo)下信息科技跨學(xué)科主題的實(shí)踐研究”研究成果（課題編號(hào)：JXKT-JC-07-050）。