借助流程圖培養小學高年級學生計算思維能力的探索

歐昭旋

【摘要】本文以佛山市小學信息技術小學五年級部分課程為例，討論如何借助流程圖培養小學高年級學生的計算思維能力，通過三個不同的案例從不同角度來討論如何利用流程圖幫助學生建立模型，從而促進計算思維的養成。

【關鍵詞】流程圖;計算思維;問題解決能力

一、引言

人工智能時代來臨，小學編程教育已成為趨勢，然而小學編程教育的目的是不是就是教會學生編程呢？實際上小學編程教育并不是要教會學生編程，而是將編程教育作為一種載體去培養學生的計算思維，教給學生一種問題解決的能力。但是要如何將這種抽象的思維方式教給學生呢，我們可以借助一種可視化的學習工具將復雜的、不可視的思維過程和思維方式清晰得呈現出來。而流程圖正好符合這種學習工具的要求，它可以將復雜的問題過程化、直觀化。

本文將以佛山市小學信息技術五年級部分課程為例，討論如何借助流程圖輔助小學高年級學生形成計算思維，提出教學設計方案，并在佛山市順德區均安中心小學展開教學實踐，從流程圖應用于小學編程教育的策略與實施等方面進行探索。

二、可行性分析

（一）學生思維方式分析

根據皮亞杰的認知發展理論，小學高年級的學生正處于形式運算思維期。這個時期，兒童發展到抽象邏輯推理水平，思維形式擺脫思維內容，可以關注假設的命題，可以對假設的命題進行推理演繹。這恰恰為培養小學高年級學生的計算思維提供了認知條件，而難點在于如何將這個推理過程清晰化、直觀化，流程圖剛好可以將整個過程呈現出來，所以就學生思維方式來分析，借助流程圖輔助小學高年級學生形成計算思維這個方式是可行的。

（二）學習工具可行性分析

本文的實驗對象是佛山市順德區均安中心小學五年級的學生，佛山市小學五年級上學期的學習內容是圖形化編程，所使用的軟件是編程貓公司開發的源碼編輯器。這款編程軟件擺脫了傳統程序編程給人留下的復雜、枯燥的印象，它的編程方式非常簡單，像搭積木一樣，將代碼拼接完整即可，學生在編程過程中不需要去記憶那些復雜的代碼，編程過程所見即所得，更能夠調動學生的學習興趣。

而且這種積木式編程與流程圖一樣都是可視化的，將流程圖轉化為對應的積木式代碼相對來說比轉化為傳統的程序代碼來說更加容易。利用流程圖作為學習工具，能夠幫助學生將解決問題的想法和步驟映射到流程圖中，學生再將流程圖轉化為對應的積木式代碼，獲得程序的解決方案，因此就學習工具來說，借助流圖輔助小學高年級學生形成計算思維這個方式是可行的。

三、策略與實施

根據高中信息技術課程標準對計算思維的定義，計算思維是指個人在計算機技術領域和形成問題解決方案過程中的一系列思維活動。具有計算思維能力的學生，可以界定問題、抽象特征、建立建構模型、并在信息活動中合理的組織數據;在形成解決問題的方案之前，需要經歷問題判斷、內容分析、整合信息資源，以及確定如何運用何種算法流程;總結利用計算機解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關的其他問題解決中。我們可以將計算思維總結為以下四個步驟，如圖1：

流程圖可以應用于計算思維的整個過程，學習者自主思考，由簡單、基礎的子問題著手，并借助流程圖中的框線和符號逐漸抽象、設計問題解決的計算邏輯，最終建模型，并通過歸納推理進行總結和遷移。其中，流程圖在計算思維的第三個步驟建立模型的應用最為有效，下面我將通過三個不同的案例從不同角度來討論如何利用流程圖幫助學生建立模型，從而促進計算思維的養成。

（一）主題任務流程化

在信息技術課中，學生有時候要完成一些比較復雜，非單一的任務，對于這類任務學生可能會比較難以下手，不知道如何去建立模型，這時候我們就可以通過流程圖將復雜、抽象的問題具體化，引導學生將一個復雜的、非單一的主題任務流程化，讓學生明確各個步驟之間的時序。

例如，佛山市小學信息技術五年級上冊第三課《畫正多邊形》中循環的嵌套這一知識點，學生需要利用循環的嵌套來繪制由正多邊形作為基本圖形的組合圖形，如圖2。學生一開始看到這樣一個組合圖形可能會不知道從何入手，于是，筆者先向學生展示了這個圖形的繪制動畫，引導學生利用流程圖梳理出這個圖形的繪制步驟，如圖3，這就是我們所要完成的一個主題任務，但是觀察圖三發現，這個流程圖的步驟還不夠具體，因此我通過提出四個問題（如圖4），引導學生繼續加工流程圖，從解決一個復雜的問題，分解為解決幾個簡單的小問題，將整個步驟更加具體化，并要求學生對每個步驟的注意事項進行標注，得出圖5。通過梳理、和加工，繪制組合圖形的步驟和執行時序一目了然，這時，學生很快就能根據流程圖拼接出相應的程序，如圖6。最后，歸納總結出繪制組合圖形的規律（如圖7）。

通過繪制流程圖的過程幫助學生理清編程思路，學生在繪制流程圖的過程中，層層分析、分解問題，將非單一的復雜任務簡單化、流程化，從而建立模型，找到問題的解決方案，并通過思考和修改將其運用于同類問題的解決過程中，例如，由繪制六個正四邊形的組合圖形的腳本，歸納出繪制正多邊形組合圖形的規律，進而繪制出其他正多邊形的組合圖形。

（二）問題求解流程化

通過繪制流程圖幫助學生提取問題的核心，進一步分析解決問題，將復雜的問題分解為簡單可行的操作。在信息技術教學中，除了課堂教學，我們還可以將流程圖運用于學生的競賽培訓中。例如，在培訓學生參加循線小車比賽時，學生遇到的難題就是理不清如何用兩個循線傳感器去判斷小車的行進方向是否偏離軌道。那么，如何借助流程圖幫助學生找到問題的解決方案呢？

1.提出問題清單

2.建立模型

在列出問題清單后，引導學生分析在不同情況下，左右兩個巡線傳感器返回的值與0大小的對比，來判斷小車是否偏離軌道，以及應該執行何種操作，將整個思考的過程繪制成一個流程圖（如圖8），利用流程圖來梳理解決問題。

1.獲得問題解決方案

通過流程圖理清編程思路，學生會快就能利用圖形化編程軟件編寫出對應的程序（如圖9）。通過借助流程圖，引導學生提取問題的核心，將一個復雜的問題，層層分解、尋找解決問題的方法，學生在解決問題的過程中一步步梳理編程思路，最終建立為一個完整的模型，同時也在解決問題的過程中潛移默化地培養了學生的計算思維。

（三）項目分析流程化

在綜合應用案例的學習中，可能會涉及多個不同角色的不同操作，通過繪制流程圖可以幫助學生分解任務，理清每個角色所要實現的效果以及編程思路。以佛山市小學信息技術五年級上學期第七課《接蘋果》為例，結合計算思維的四個步驟來討論如何利用流程圖如何展開項目分析，從而促進計算思維的養成。

2.問題識別與抽象特征

首先通過試玩游戲和小組討論環節，引導學生分析游戲的規則，將需要解決的問題提取出來，并根據不同的角色將問題進行分類，從而將一個復雜的任務，分解為兩個部分，并將每個角色所要實現的功能通過文字語言描述出來，抽象出問題的特征（如表1所示）。

3.建立模型

按照文本要求，通過流程圖將每個角色相應的功能表示出來（如圖10所示），幫助學生梳理所有角色的每個動作之間的先后順序，引導學生根據流程圖搭建出對應的程序，從而提高學生的邏輯思維能力和算法能力。

1.問題遷移

在每個項目結束后，我們可以通過一個拓展任務，讓學生進一步回憶程序的設計邏輯，并嘗試對建立的模型進行調整和修改，思考如何將這個模型運用于其他問題的解決上。例如，在接蘋果這一課，我們可以提出讓學生繼續加工這個游戲，試試看模仿蘋果的腳本，加入炸彈角色，設計游戲結束的條件，以此提供給學生進一步思考和優化的機會，這個過程其實就體現了計算思維的優化過程。

四、結束語

由于計算思維不可視的特點，所以在計算思維的培養上我們需要更多的關注如何幫助學生去呈現整個思維過程。在探索中發現，流程圖作為一種可視化的學習工具，能夠有效地幫助學生提取問題的核心，梳理思路，建立問題解決的模型，從而促進思維的發展。我們要根據不同的教學情境，引導學生合理使用流程圖。因此，我們需要從不同的角度去研究流程圖在信息技術課堂的應用，希望更多的老師加入到這一項研究中來，讓流程圖在計算思維培養上的應用更加科學。

參考文獻：

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[2]李鋒，趙健.高中信息技術課程標準修訂：理念與內容[J].中國電化教育，2016（12）：4-9.