巧妙運營思維“加工廠”

張靜

【摘要】隨著我國科技信息化的高速發展、人工智能技術的廣泛應用，計算思維作為人工智能教育和編程教育的培養核心越來越受到人們的關注。然而，由于思維具有“隱性化”特征，當下小學信息技術教學在培養學生計算思維的過程中存在諸多問題。本文基于蘇科版小學五年級信息技術Scratch板塊中的《小貓出題》為研究課例，以“WPS流程圖”軟件為工具，從問題識別與分解、流程圖繪制、腳本設計、創意拓展這四個關鍵環節探討了培養學生計算思維的教學過程，為小學信息技術教師培養學生計算思維能力提供借鑒與參考。

【關鍵詞】計算思維;流程圖;Scratch;可視化工具

美國的周以真教授最早提出：“計算思維是指運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。”這一概念提出后，全球教育界相繼對計算思維進行深入的研究。

周以真教授提出，計算思維是一個明確問題和制訂解決方案的思維過程，她在《計算思維》一文中明確指出了計算思維是概念化、根本化的，它是人的思維方式，是數學和工程思維的互補與融合。計算思維也是一種思想，并且是面向所有的人，所有的場合的思想，是我們生活和工作中不可或缺的思想。

計算思維的核心內涵是解決問題的過程和方法，而信息技術課程的目標就是培養學生靈活解決實際生活中問題的能力以適應社會的發展，從而更好地面對未來的生活。

一、小學階段計算思維培養的現狀

在小學信息技術課程體系中，Scratch趣味編程板塊是培養學生計算思維的主要載體。Scratch是一款可視化趣味編程軟件，操作簡單方便，我們拖動控件到腳本區即可實現相應的效果。然而，許多學生的學習效果并不理想，主要體現為：當教師講解完編程思路甚至是演示如何設計腳本后，許多學生在獨立操作時仍有些茫然，腳本編寫沒有邏輯性;一些學生雖然完成了作品，但只是學習模仿教師的步驟，自主獨立創作的能力較差;當程序運行不出現既定效果時，學生找不出問題所在，不會調整程序……可見，許多一線小學信息技術教師在實際培養學生計算思維的過程中仍存在諸多問題。

在創作作品的過程中，教師提出問題后，急于讓學生直接進入編寫腳本的階段，缺少從現實問題轉為抽象問題的過程，學生對問題的分解、重組、抽象和建模的整個思維過程都得不到體現，教師往往重視的是最后作品的呈現效果，忽略了學生在腳本設計過程中思維的變化，這種只關注學生成品而不關注制作過程的教學模式大大影響了計算思維的培養[1]。

學生在設計程序腳本時，思維加工的過程是隱含在腳本搭建過程中的，教師不注意觀察就很難了解和掌控學生的思維狀態，也無法對學生進行有針對性的指導和評價，這也是導致教師只能以學生的最終成品作為是否達成教學目標的主要判斷依據的原因。

可見，解決思維“隱性化”，讓思維“顯性化”至關重要。能否有一種有利于課堂實現的、操作方便快捷的思維輔助工具，幫助呈現學生發現問題、分析問題再到解決問題的思維全過程，從而有效地促進師生教與學過程中思維的交流、評價與提升？在眾多可視化工具中，筆者認為，流程圖比較適合呈現問題的解決過程。因此，本文中筆者采用流程圖來作為思維加工和可視化的工具進行教學研究。

二、流程圖對小學階段計算思維培養的價值

流程圖，也稱為程序框圖，是一種用來描述解決問題的方法、過程和算法的圖形工具，它通過各種具有確定含義的符號和連線，以及相對應的文字來描述處理邏輯的各類相關操作。算法是編程的核心，它可以用順序結構、選擇結構和循環結構獨立描述或組合描述[2]。因此，掌握這三種基本結構流程圖的畫法是關鍵。

流程圖畫法簡單，用相應的幾何形狀表示起始框、終止框、執行框和判別框等就可以清晰地描述算法，結構清晰，易于理解。然而，小學階段一節課一般為四十分鐘，課堂上如果組織學生在紙上畫流程圖，不僅浪費時間，也不利于流程圖后期的修改和保存。WPS文檔和WPS演示軟件是小學生四年級學習的內容，學生對WPS軟件已經有一定了解。在WPS軟件中專門有一個WPS流程圖模塊軟件，操作簡單，修改方便，且容易保存，能夠解決上述問題。因此，筆者在五年級開展本教學研究時選擇使用此軟件，發現非常適合學生在課堂上進行流程圖的繪制。

（一）理清程序邏輯關系，利于展現問題解決的細節和過程

有些學生在搭建腳本時只是對教師演示程序進行模仿，如果脫離完整腳本的展示，他們便無從下手，當程序出現問題時也不知如何修改，這種現象產生的原因是學生在無思考或思考混亂的情況下急于編寫程序。而流程圖正是一種將計算思維過程進行可視化表達、幫助學生理清程序邏輯關系的工具。學生不僅可以根據流程圖來搭建腳本，當程序出現問題時，還可以通過流程圖較快地找出錯誤所在，讓錯誤有跡可循。流程圖清晰地展現了問題解決的細節和過程，有利于學生在搭建腳本和糾錯的過程中提升計算思維。

（二）促進探究合作學習，利于思維交流與碰撞

新課程標準倡導教師要組織學生開展自主學習、探究學習和合作學習，通過學生繪制的流程圖，教師可以清楚地看到每個學生的思維方式和知識掌握情況，繼而根據這些情況引導學生開展自主、探究或合作學習。除了師生交流，生生交流也得以更加高效地實現。在小組合作環節，小組成員間可以通過流程圖進行探究和學習，分享思維方式，提高協作學習的效率，有利于學生在思維交流與碰撞中強化計算思維[3]。

（三）便于編程語言的轉換，利于知識遷移

目前，小學階段的編程課程以Scratch為主，升入初中、高中后可能還會學習當下主流的、有一定難度的C++、Python等編程語言。但無論學習哪種編程內容，掌握算法才是核心，而流程圖就是呈現算法的最好方式之一。學生學會了算法并掌握流程圖的繪制，再學習其他的編程語言將更加得心應手，有利于在知識遷移中升華計算思維。

三、探究流程圖支持下的計算思維培養教學實踐

在實踐研究的過程中，教師應遵循計算思維操作性定義的六個環節，結合Scratch軟件的特點，將所有環節恰當地融入實際教學中。教師從學生角度出發，創設問題情境，以分布遞進式引導強化學生的思維訓練。

教師可利用流程圖工具，采用形象直觀的方式對抽象、復雜的知識進行分析，以呈現思維的方式來培養學生的計算思維，引導學生將解決問題的思維轉化為一系列計算機可以執行的命令的過程，在這個過程中注重學生思維加工的細節和變化。筆者實施教學的過程如圖1所示。

接下來以蘇科版小學五年級信息技術《小貓出題》一課為例，闡述計算思維培養教學過程中的一些關鍵環節。

（一）問題識別與分解

師：以加法為例，請同學們思考一下，我們從出題到判斷對錯要經歷一個怎樣的過程？可以和你的同桌探討一下，回憶自己的做題過程。

生回答關鍵詞：要有兩個加數、要計算出正確的答案、做題目的人要輸入答案、要提示答案正確還是錯誤……

安排學生進行小組討論，讓他們根據自己的親身經驗，分析從出題到答題的所有環節，羅列出做題的關鍵步驟，梳理問題解決的順序和過程，為后續繪制流程圖做好準備。本課創建的情境是學生實際生活中非常熟悉的問題，有利于幫助學生根據自身經驗發現問題，并將學生思維聚焦于要解決的問題，再將任務進行分解和細化。同時，值得注意的是，每個學生都有自己的學習經歷與體驗，這使得學生出現許多不同的解決方案，這些解決方案往往沒有對錯之分，各有優缺點。教師要尊重每一個孩子的想法，不統一規定“正確答案”，培養學生多方面考慮問題的思維和能力，引導學生進行多種算法的嘗試與體驗。

（二）繪制流程圖

師：同學們剛剛已經羅列了做題過程的所有環節，下面請同學們打開WPS流程圖，自己選擇一種運算（加、減、乘、除），按順序梳理做題過程，完成流程圖。

學生自主完成流程圖。如圖2所示。

師：請一位同學上來展示你的流程圖，分享你的思考過程。有問題的同學可以向演示的同學提問。同學們還有更好的解決方案可以提出來上臺展示。

學生展示、相互點評、交流，教師協助指導。

教師在學生明確解決問題的每一個環節后，讓學生自主思考，獨立完成流程圖，幫助學生更好地理清編程思路，給予學生充分獨立思考的時間。畫流程圖的過程中，教師一定要強調流程圖的作用，不要讓畫流程圖流于形式而浪費寶貴的課堂時間。具體來說就是教師要引導學生規范地畫流程圖，掌握各種不同表示指令，為學生準確地閱讀流程圖打下扎實基礎。

最后請完成流程圖的學生上臺展示，分享思考過程，生生對比之中，促進學生思維的碰撞與互助。在自主繪制、分享交流的過程中，讓大家相互對照學習，發現各自做法存在的差異，促進生生之間的共同進步。

（三）設計腳本

師：現在流程圖我們已經完成了，下面請同學們根據自己的流程圖完成腳本設計，想想每一步用哪個控件來實現。

學生根據自己的流程圖完成腳本。

利用流程圖理清思路后，引導學生根據流程圖設計腳本，主要是完成利用Scratch中的控件實現每個步驟之間的思維轉換。學生要熟練地掌握Scratch中的所有控件在流程圖中的規范表現形式，在這樣的前提下，教師再引導學生逐步將流程圖的邏輯結構用腳本編寫來實現。

在編寫腳本的過程中，學生不需要等到腳本全部搭建完成后再測試效果，而是可以在完成一個或多個環節后利用Scratch實時可視化的特性驗證當前程序的正確性，再以相同的方法解決下一個環節，扎實推進整個作品的完成。

（四）創意拓展

師：現在大家都完成了出一題的效果，同學們還想怎樣設計完善我們的口算練習小工具呢？

生回答關鍵詞：連續答多題、答對提示“答對了”、答錯提示“答錯了”、答對加幾分、答錯扣幾分、增加計時器……

師：大家的主意太棒了，請同學們把想法加入自己的流程圖中，進一步完善流程圖，再根據新的流程圖搭建相應的腳本。

再創作是通過引導學生分享作品或碰撞交流想法后，產生新的創意進行的作品拓展，學生再創作的過程是計算思維參與的過程，也是與他人共同協作、共同進步的過程。一個好的作品是需要不斷地進行優化和完善的。教師先引導學生根據自身經驗多方面提出優化方案并分享交流，再進行問題識別與分解，鼓勵學生將想法體現在流程圖中，進一步完善流程圖后再設計相應腳本。在整個大循環過程中，流程圖也成為教師評價學生思維發展的重要依據。

結語

運用流程圖開展小學Scratch教學也存在許多問題與不足，例如學生計算機操作水平差異大，一些學生用軟件繪制流程圖速度較慢;繪制流程圖流于形式，教師僅增加了繪制流程圖的環節，而沒有引導學生真正理解流程圖;還有一些學生認為簡單地拖動腳本就可以完成作品，覺得不需要另外花時間繪制流程圖，因此不認真學。凡此種種，皆因師生沒有意識到，培養和提升計算思維的關鍵就是將思維的形成與發展過程

“可視化”，合理、恰當地用好思維“加工廠”—流程圖這個工具。計算思維的提高不是一蹴而就的，短時間內可能大家的思維表現差異不大，但長期堅持用好流程圖，學生的思維能力將獲得極大的發展，流程圖對人工智能教育、編程教育具有十分長遠的意

義[4]。這需要我們一線教師長期堅持和努力，引導學生理論聯系實際，通過計算思維解決實際問題，為真正提高學生計算思維刻苦鉆研、不斷探索。

【參考文獻】

[1]張立國，王國化.計算思維：信息技術學科核心素養培養的核心議題[J].電化教育研究，2018（05）：115-121.

[2]萬詩強.計算思維教學在小學信息技術課程中的探索與實踐[J].中國教育信息化，2019（18）：47-49.

[3]王娟.基于Scratch的創意計算思維可視化研究[D].上海：上海師范大學，2015.

[4]陳曉云.以思維可視化方式培養學生計算思維的應用研究[D].南京：南京師范大學，2020.