例談小學圖形化編程中 思維可視化工具的應用

景花

隨著信息技術的快速發展，小學信息技術教育改革也在不斷地推進。在小學信息技術教學中，圖形化編程教學得到了廣泛開展，但問題也隨之產生，教師需要在教學中積極探索有效的教學途徑與方法來解決問題。筆者發現，思維可視化工具可以很好地為小學圖形化編程教學提供支持和幫助。本文借助具體例子闡釋思維可視化工具在小學圖形化編程教學中的應用方法和具體效果。

● 圖形化編程教學的現狀與思考

圖形化編程只需通過點擊并拖拽控件的方式編寫程序，不需要復雜的代碼，讓計算機編程像搭積木一樣容易上手。但在課堂教學實踐中筆者發現，學生剛開始都會主動探究，學習興趣濃厚，后來他們就逐漸失去主動探究的興趣，等待教師“喂”腳本，而且在學習中也一直存在腳本搭建隨意的現象。這些都說明學生對程序的基本概念、基本結構沒有真正理解與掌握，在作品創編中缺乏對知識的融會貫通與靈活應用的方式方法。由此看來，學生解決問題的方法與思維方式已成為作品創新的瓶頸，因而必須讓學生學會像計算機科學家一樣思考、分析、解決問題，掌握學習圖形化編程的有效方法。而作為培養學生計算思維的有效載體，圖形化編程學習如何實現學生從自然思維到計算思維的轉換呢？下面筆者運用“思維導圖”與“程序流程圖”這兩個思維可視化工具對培養學生思維的轉換進行了教學實踐與探索。

● 思維導圖，構建整體思維

思維導圖是運用圖文結合的方法將人的思維可視化、形象化的一種工具。學生運用思維導圖可以將所見、所聞、所想有機整合成清晰的有層次的知識結構圖，充分展現思維過程。而計算思維就是一系列解決問題的思維過程，用思維導圖把學生解決問題的策略圖形化，便于學習發現問題、優化思路、凝練提升，有利于學生高效地解決問題。

1.呈現知識框架，促進程序概念的全面理解

讓學生掌握編程語言的一些基本概念是計算思維能力培養的知識基礎，教師可以利用思維導圖對知識點進行框架構建，由點到面，呈現知識脈絡，理清知識關系，完成對知識的全面理解。

例如，在教學《小貓出題》一課時，學生初次接觸“變量”這一重要的程序概念，在本課的學習中，教師要將變量這一知識點通過思維導圖從不同的角度進行歸納與總結（如圖1），加深學生對新知識的全面理解與記憶。

2.呈現作品框架，形成解決問題的整體策略

作品分析是在模仿作品或創編作品之前不可缺少的重要環節。作品分析時，教師在拋出一系列相關問題或學生提出一些問題后讓學生討論，若學生的討論與回答僅停留于口頭文字的表述，對學習能力弱的學生來說會產生不理解、整體的學習印象不深刻的現象。而通過思維導圖逐層構建的過程，能夠讓每個學生都清楚地知道需要做什么、要解決哪些問題，更好地幫助學生理解作品的整體框架，形成解決問題的思路。

例如，在教學《穿越迷宮》一課時，由于學生是第一次接觸多個角色的人機交互的小游戲，在制作前教師就提出問題：需要做哪些準備工作？通過小組討論和教師適時的補充提問，提煉出問題的關鍵字并用思維導圖初步呈現，學生明確了先要準備導入背景與必要的角色。在接下來的學習過程中，思維導圖又能有效地幫助分析角色的設計思路，如小貓是怎樣移動的？小貓在移動過程中需要遵守哪些規則？最后在進行作品創編時，還可以繼續利用思維導圖進行豐富的聯想，設置其他障礙，發散思維，增加創意，創作個性化作品，激發編程潛能，提高數字化創新能力。在整個學習過程中學生都能將自己的想法與思考通過思維導圖可視化、具體化（如圖2），思維導圖的形成過程正是學生用計算思維對事件進行分解、抽象、概括來解決問題的整體策略的體現。不斷地發現問題、提出問題、創新作品的思維碰撞過程促進了學生深度學習的發生，鍛煉了學生解決復雜問題的計算思維能力。

● 程序流程圖，走向程序思維

程序流程圖是人們對解決問題的方法、思路或算法的一種描述。它能幫助學習者分析、抽象問題，建構解決問題的模型，呈現程序的結構，實現從自然語言到計算機語言轉換的思維可視化，從而依據流程圖順利地編寫程序，實現問題的解決。

1.理解程序結構的思想

程序流程圖中的箭頭能呈現程序執行的流向，描述比較復雜的編程思路與程序結構，且形象直觀，便于理解。

例如，在教學《動物表演》一課時，讓學生探尋讓三種小動物按順序表演的方法，最優化的方案是通過舞臺腳本按表演順序廣播消息并等待，每個小動物角色負責接收消息并表演（如圖3），其中蘊含了主程序調用子程序的思想（舞臺腳本調用角色腳本），運用了結構化程序設計的思想。學生通過流程圖能很清晰地理解程序的執行流向和程序的結構，如果有很多節目并隨時需要更改順序，通過主程序（舞臺腳本）可以很方便地調整表演順序。同樣，在學習自制積木時，也可以引入流程圖來理解程序結構，讓學生深刻地體驗到結構化程序設計思想的優點，可以高效地解決實際問題。

2.熟練計算機語言的表述

如果學生能夠使用規范的編程語言來描述事件，那么正確使用對應的控件編寫程序也就水到渠成了，可借助流程圖讓學生將自然語言轉換成編程語言，鍛煉其表述能力。

例如，在教學《穿越迷宮》一課時，在描述小貓不能穿墻和碰到老鼠的事件時，要求學生用“如果…那么…”的編程語言形式來準確描述小貓的動作，出示對應的分支結構流程圖（如圖4），由此熟悉流程圖用規定符號的表示形式，然后講解對應控件的實現，在之后碰到老鼠的事件時，先出示流程圖再讓學生用編程語言來表達。通過這樣的方式讓學生會看、會說，準確地理解流程圖的含義，理解程序的結構，從而逐步學會運用流程圖來描述解決實際問題。

3.架起語言轉換的橋梁

學習源于生活，將學生生活中玩耍的游戲搬上編程的舞臺，學生自然會興趣盎然，但是從實體游戲直接轉化成與計算機交互的游戲沒有想象的那么簡單，教師可借助程序流程圖架起從自然語言轉化成圖形化編程語言的橋梁。

例如，在教學非常經典的“猜數字”游戲時，筆者先與學生玩實體游戲，在學生玩得意猶未盡之時，提問：由小貓來扮演教師的角色，每位同學都可以跟小貓盡興地玩，那么怎樣來設計這個游戲呢？雖然學生有了親身體驗，可以對游戲的流程用自然語言進行大概的描述，但是馬上進行腳本的搭建，大部分學生還是無從下手，自然語言到圖形化編程語言的過渡還存在較大的困難。此時，教師有針對性地提問，讓學生說說在這個游戲中小貓要做什么，學生要做什么，分清交互角色的每個任務，弄清問題的關鍵。教師根據學生的回答用簡易的程序流程圖將實現游戲的過程直觀形象地表達出來（如圖5），師生共同分解、抽象出實現游戲的基本模型，這樣就讓思維可見，同時也理清了對應腳本搭建的思路，隨之的學習也有章可循，變得更輕松。

在游戲轉化的實踐中，程序流程圖有效支撐了學生的思維轉換，實現了從自然語言向圖形化編程語言的過渡，學生體驗了從問題抽象到建立模型的計算思維的方法，計算思維能力得到了有效的鍛煉。

● 結束語

小學生的思維正處于形象思維到抽象思維的過渡時期，其計算思維能力的培養不是一蹴而就的，在圖形化編程教學中，要靈活運用“思維導圖”和“程序流程圖”這兩個思維可視化的學習支架發展學生的計算思維。運用思維導圖對問題進行分解來呈現各個角色之間的聯系，構建解決問題的整體思維，培養學生由處理簡單問題到處理復雜問題的思維能力;運用程序流程圖分析每一個角色的每一個動作，并幫助理解程序結構，實現自然語言到計算機語言的有效轉換，培養學生更精準地把握問題的抽象思維能力。以上兩者相輔相成，逐步提高學生由自然思維向計算機思維轉換的能力，培養學生運用計算思維的方式去解決實際問題，是發展學生計算思維能力的有效途徑，也是提升伴隨學生終身發展的信息技術核心素養的有效方法。