讓程序思維可見
——“流程圖”在小學信息技術程序設計課程中的實踐與思考

江蘇省南京市科利華小學 孫穎燕

一、流程圖的應用背景和特征

1.程序設計教學現狀

信息技術教學水平的不斷發展，各種各樣適合學生學習的模塊化程序設計層出不窮，程序設計已然成為信息技術學科教學的核心內容。程序設計對學習者的邏輯思維能力有較高要求，而小學生的認知發展水平還處于具體運算階段，這個階段的學生的思維仍然需要具體事物的支持，還不能進行抽象邏輯思考，由自然語言直接過渡到程序語言有較大困難。

2.流程圖的特征

流程圖本質上是一種讓知識可視化的工具。它是一種“知識表征”，是指知識的外在表現形式 。教師借助流程圖能夠將模糊不清的概念轉變為清晰的外在形態，使學生進行更加有效的知識學習。其中，程序流程圖以簡單的圖形進行組合，可操作性強。

二、流程圖對程序設計教學的意義

1.流程圖讓問題浮出水面

在程序設計教學時，通常先由教師和學生一起分析程序所要實現的功能，再學習某些控件來編程以實現功能。所要實現的功能來源于學生對現象的描述，這個環節考查的是學生觀察程序現象、歸納總結和語言表達的能力。當學生真正開始編程時，經常會出現一些細節問題。例如，忘記添加“重復執行”控件，導致程序只執行一次；不知道“重復執行”控件應該添加在哪里，導致程序錯誤運行；將兩個判斷條件分開；等等。此類問題在功能描述階段并未浮出水面，卻在程序書寫過程中出現，原因就是學生的思維并未從自然語言成功過渡為程序語言。

案例1：以物聯網創新設計“智能樓道燈”一課為例，教學年級為四年級，無程序設計基礎。功能需求為：天黑時，當人經過，燈亮起。

在實現這一功能之前，學生首先進行了繪制簡單流程圖的練習：天黑時，燈亮起。在這個練習中，絕大多數學生能夠畫出流程圖（見圖1），但都忽略了一個問題——“重復”。如果程序以這樣的流程進行下去，僅在程序開始后判斷一次，程序便走向結束，無法實現長時間、循環的判斷。可想而知，如果直接開始編程，學生也不會想到將“重復執行”加到程序中。

圖 1

為了引發學生對此問題的思考，筆者設計了這樣一個游戲：用教室的地磚作為流程圖的模塊，讓學生扮演“程序”來走一走流程圖。小A同學在“開始”處站定，筆者發出指令：“現在是下午5點29分59秒，光照強度為20，太陽就快下山。”小A同學聽到指令，走到“判斷框”，判斷現在還不算天黑，便走到了“不開燈處”。緊接著，小B同學躍躍欲試，也來到了“開始”框中。筆者問道：“剛才程序已經走到了‘不開燈’框，怎么你上來直接到‘開始’框里了呢？”課堂沉默了一會后，小C同學舉起手說：“我覺得每一次判斷完了開不開燈以后應該再回到開始框，這樣才能保證程序一直有效。”筆者接著提問：“那我們的流程圖需要做怎樣的修改呢？”于是，學生開始完善流程圖，得到了進階版的流程圖（見圖2）。

接下來筆者提出加上“當人經過”這一條件，指導學生直接在原流程圖上進行修改，出現了圖3所示的問題案例。

圖 2

圖 3

由于學生將“天黑”和“當人經過”兩個條件的關系視為了先后關系，以為兩個條件不能并列。雖然在程序執行時沒有差異，但這樣的兩個條件是邏輯運算中的“與”關系，了解了這一點后，進而可以讓學生了解程序判斷中的條件是可以有多個并列的。問題如果體現到程序編寫中，學生很可能會用兩個“如果”控件的疊加代替兩個條件的并列，便會失去學習邏輯運算“與”的機會。在厘清邏輯關系后，學生修改得到正確的流程圖（見圖4）。

圖 4

2.流程圖讓過程清晰可見

以scratch程序設計為例，控件本身的含義對于學生來說并不困難，但程序功能一旦變得復雜，學生經常會望而卻步。 “流程圖”恰好就是打開程序設計之門的“金鑰匙”，它可以幫助學生厘清思路、梳理過程，進而更好地理解程序的思想。

案例2：五年級scratch“克隆飛機大戰”一課中，要求學生使用“克隆”控件，實現飛機反復出現并下落，火炮擊打飛機后，飛機消失并計分的功能，具體說明見圖5。這是一項集合多個知識點的全新挑戰，如果不厘清思路，很容易出現細節錯誤，由此帶來的程序調試會讓不少學生感到灰心。

圖 5

為了讓學生的思維從功能描述過渡到程序編寫，筆者帶領學生繪制了簡單的流程圖（見圖6）。

圖 6

此流程圖中的語言以自然語言為主，其中“隨機出現在舞臺上方”“下落5步”“碰到火炮”“落到底部”“加1分”等語句并不是程序中可以直接套用的語言，而是學生對于現象的程序化描述。但是有了這樣的程序框架，學生就能夠有條理地思考，寫程序的效率大大增加，對程序思想的理解也更加透徹。

三、流程圖在程序設計課程中的應用策略

1.初識階段——感受程序思想

在低年級學生初次接觸到程序時，對于一條條指令拼湊起來的過程是陌生的，但生活中各種各樣模型的“搭建說明書”是他們所熟知的，流程圖在這時就充當著“搭建說明書”的作用。例如，在學習“條件判斷”語句時，流程圖中恰好有對應的模塊可以對照學習；在學習“循環”語句時，簡單的回復箭頭更加易于理解。圖形化的樣式符合學生的認知偏好，由語言描述到流程圖之間的跨度對低年級學生來說接受度更高，對于初次嘗試編程的學生來說，流程圖是他們感受程序思想的有力工具。在繪制完流程圖后，可以根據流程圖直接講解現象——程序語言之間的區別，把現象流程圖改成更加貼近程序的流程圖，繼而對照流程圖編寫程序。

案例3：在物聯創新課程“聰明的風扇”一課中，要求實現功能：當溫度高于28℃并且有人靠近時，風扇打開。筆者先讓學生根據要求繪制了流程圖（見圖7）。

圖 7

這時的流程圖更靠近自然語言，“溫度”在編程軟件中能夠找到直接對應的語句，但“開風扇”必須通過電機來驅動，這時流程圖就充當起了橋梁的作用。筆者引導學生對比編程軟件中給出的控件，修改流程圖（見圖8）。

圖 8

由此，自然語言的功能描述到編寫程序之間搭建了兩座流程圖的橋梁，能夠幫助學生在程序設計初始之路走得更加順暢。

2.深入階段——梳理程序過程

在程序設計教學進行到一定的階段后，學生需要完成一些綜合性練習或設計作品來鞏固學習成果。流程圖可以很好地幫助學生梳理功能、繪制程序進行的過程。在程序設計中，往往越復雜的作品搭建越需要多感知通道的支撐，在日常教學中通常會使用的是游戲功能的視頻演示、語言描述過程、教師和學生分解過程再分步編寫等策略。這樣的策略，有的停留在自然語言描述的階段，雖然梳理出了過程，卻沒有幫助學生搭建程序編寫的腳手架；有的將程序過程過度分解，致使學生失去了對程序整體的感知和把握。在知識點運用頻繁的作品中，如“大魚吃小魚” “飛機大戰”這類游戲，角色眾多、場景豐富，如果直接編寫程序，很難做到萬無一失。偏向自然語言的流程圖和偏向程序語言的流程圖都能夠很好地減少犯錯的概率，給予學生多通道的知識強化和過程參照。

通過實踐，流程圖有效地加強了學生對程序思想的理解，讓原本看上去很復雜的程序變得有跡可循，讓程序思維可見。信息技術教學應當充分考慮學生的認知發展水平，借助流程圖等知識可視化工具，讓學生真正理解程序設計，感受到程序思維的“內在脈絡”，才能讓學生會編程、愛編程。