流程圖在計算思維教學(xué)實踐中的運用與思考

丁潔月

《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》（以下簡稱《新課標》）凝練了四個維度的學(xué)科核心素養(yǎng)——信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任，很好地體現(xiàn)了學(xué)科的科學(xué)本質(zhì)和育人價值，其中特別強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。程序設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生計算思維的有效途徑，但很多學(xué)生在實際應(yīng)用中會無從下手。筆者認為，這主要是因為學(xué)生在腦海中沒有相關(guān)的表征，不知道要做什么、怎么做。下面，筆者結(jié)合自己的教學(xué)實踐，就如何借用流程圖在程序設(shè)計教學(xué)中發(fā)展學(xué)生計算思維談一些看法。

計算思維和流程圖的映射關(guān)系

在程序設(shè)計教學(xué)中，最重要的不是寫程序，而是設(shè)計。這就好比建筑、機械等行業(yè)要畫設(shè)計圖、施工圖，程序設(shè)計的思路也有必要以圖的形式畫出來。流程圖的使用和計算思維要素之間的關(guān)系，如右表所示。

顯然，流程圖是學(xué)生理清思路、輔助程序設(shè)計、發(fā)展計算思維的一種有效工具。在日常的程序設(shè)計教學(xué)中，學(xué)生畫好流程圖，練好基本功，能科學(xué)有效地輔助抽象建模、幫助綜合資源求解問題，進而促進知識的遷移運用，這也是計算思維培養(yǎng)的內(nèi)涵所在。

流程圖在程序設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用

1.課前構(gòu)建流程圖，科學(xué)識別抽象建模

計算機歸根到底執(zhí)行的是數(shù)值計算，只有將現(xiàn)實問題轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)問題才能通過計算予以解決，也就是說，要將現(xiàn)實問題抽象為“可計算”問題。而設(shè)計與分析的過程就是不停地進行抽象和封裝，并確定各個系統(tǒng)實體的細節(jié)。因此，在程序設(shè)計教學(xué)中，教師要提出問題，讓學(xué)生圍繞問題進行抽象、建模，然后引導(dǎo)學(xué)生用流程圖把抽象出來的內(nèi)容進行關(guān)聯(lián)。在此過程中，可設(shè)置頭腦風(fēng)暴等活動，在激發(fā)學(xué)生興趣的同時幫助學(xué)生構(gòu)建思維框架，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)分析、抽象思維的能力。下面，筆者以《選擇排序》的第一課時為例進行教學(xué)實踐。

環(huán)節(jié)一：教師播放動畫，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鼓勵學(xué)生觀察分析。

環(huán)節(jié)二：頭腦風(fēng)暴，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)，畫出對應(yīng)流程圖（如下頁圖1）。

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師一般會直接告知學(xué)生算法思想，這樣會導(dǎo)致學(xué)生因缺少分析、概括的鍛煉而忽略了其中的邏輯聯(lián)系。因此，在課前，教師通過引導(dǎo)學(xué)生畫流程圖的辦法迅速進入主題，對主題內(nèi)容進行梳理，理清其邏輯結(jié)構(gòu)，這樣能有效激活學(xué)生的背景知識，有助于他們快速地檢索相關(guān)知識以及準確地進行分析判斷。

2.課中完善流程圖，綜合資源求解問題

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的觀點認為，任何復(fù)雜的算法，都可以以順序、選擇、循環(huán)這三種基本結(jié)構(gòu)（如圖2）作為“建筑單元”，對問題進行抽象和構(gòu)造。通過“自頂向下，逐步求精”的程序設(shè)計方法，教師要將大的問題劃分為小問題，將復(fù)雜問題變?yōu)橄鄬唵蔚膯栴}，找出問題的關(guān)鍵、重點，然后通過帶有語義規(guī)則的符號定性、定量地去描述，進而通過編程實現(xiàn)自動化。經(jīng)過課前的準備活動，學(xué)生原有的知識和認知結(jié)構(gòu)進入了激活狀態(tài)，對程序設(shè)計也有了一定的把握，具備了“逐步求精”的心理狀態(tài)。教師將課中活動以提問的方式展開，要求學(xué)生完善相應(yīng)的流程圖，如下頁圖3、圖4所示。

問題1：既然是重復(fù)找最值，若有n個數(shù)，需要重復(fù)幾遍？

問題2：每遍怎么找出最值？

問題3：兩數(shù)互換怎么實現(xiàn)？

在設(shè)計過程中，流程圖記錄并顯性化呈現(xiàn)學(xué)生的思維發(fā)展變化。通過細化、完善程序設(shè)計，人腦對計算實施原理與過程進行思考，用計算的方法來規(guī)范，并運用計算來設(shè)計系統(tǒng)，實現(xiàn)問題求解。

3.課后運用流程圖，舉一反三遷移應(yīng)用

流程圖是以圖表表征的形式幫助學(xué)生理清思路、構(gòu)建思維。在程序設(shè)計中，設(shè)計是否清晰合理，對問題的解決非常重要。學(xué)生只有自己的思路清晰了，才能夠有條不紊、高效高質(zhì)地完成程序設(shè)計。因此，筆者嘗試設(shè)計有利于促進學(xué)習(xí)遷移的活動，幫助學(xué)生牢固掌握并深入挖掘相關(guān)知識的內(nèi)涵。

（1）運用流程圖輔助算法優(yōu)化

在介紹完選擇排序的相關(guān)知識后，筆者趁熱打鐵，引導(dǎo)學(xué)生進一步對算法進行設(shè)計，嘗試優(yōu)化。教師提出：同樣解決排序問題，有不同的算法。雖然結(jié)果一致，但有的算法會更好更高效，如堆排序、歸并排序或其他排序，請思考這些排序算法有何區(qū)別。學(xué)生課后查資料，思考，完成流程圖的設(shè)計并做相關(guān)分析。

（2）運用流程圖輔助系統(tǒng)設(shè)計

在實際生活中，排序算法很實用，其他地方可能會用到，因此可以把代碼打包成“函數(shù)”，其他地方想用這個函數(shù)，就直接寫出函數(shù)名，傳入數(shù)據(jù)即可。當然，這個函數(shù)也可以調(diào)用另一個函數(shù)，或者用于其他更復(fù)雜的函數(shù)。在使用時，復(fù)雜度被隱藏，不需要知道內(nèi)部的循環(huán)和變量，結(jié)果會像魔術(shù)一樣返回，如下頁圖5所示。在此基礎(chǔ)上，筆者引導(dǎo)學(xué)生運用模塊化設(shè)計的思想，嘗試思考并設(shè)計：模擬電子地圖，搜索A城市到B城市的最短路徑。

綜上所述，如果教師僅介紹思想、算法實現(xiàn)會顯得單薄。借助流程圖，則可以激發(fā)學(xué)生進一步思考，增加程序的設(shè)計感，鍛煉學(xué)生的知識遷移應(yīng)用能力，也豐富了所學(xué)知識。

應(yīng)用策略

1.理論與實踐相結(jié)合

要在程序設(shè)計教學(xué)中落實計算思維的培養(yǎng)，就要對客觀世界進行合理抽象建模，畫好流程圖，也要將設(shè)計出的藍圖付諸實踐，編程調(diào)試運行。然后，結(jié)合實踐反思設(shè)計，進一步提高學(xué)生的理論認識。在這個過程中，學(xué)生和教師一起經(jīng)歷“抽象—形式化表達—構(gòu)造—自動化”的過程，有效地實施計算思維的培養(yǎng)。

2.應(yīng)用與表征相結(jié)合

表征是指某（些）事物和事物屬性能確切地表示另一（些）事物和事物屬性。課前，教師鼓勵學(xué)生用流程圖把形象的客觀世界進行抽象建模，并把抽象出來的內(nèi)容進行關(guān)聯(lián);課中，完善流程圖，將抽象出來的內(nèi)容通過帶有語義規(guī)則的符號定性、定量地去描述;課后，運用流程圖繼續(xù)輔助深入挖掘，不斷豐富知識。不同階段有不同的表征，但無論如何，教師都應(yīng)注意與實際應(yīng)用相結(jié)合，且流程圖要注意留白，為課中的完善、課后的深入挖掘做準備。另外，在用流程圖輔助程序設(shè)計時，不同的符號有不同的含義，不同的結(jié)構(gòu)有不一樣的表征作用，規(guī)范使用有助于形成規(guī)范的行為習(xí)慣，養(yǎng)成良好的思維品質(zhì)。

3.理念與技術(shù)相結(jié)合

作為信息技術(shù)教師，要緊跟時代潮流，更新教學(xué)觀念，運用多種手段輔助教學(xué)，提升自身數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的應(yīng)用能力。同時，還要根據(jù)學(xué)生情況、教學(xué)內(nèi)容，選用合適的工具輔助，使課堂效率事半功倍。例如，在繪制流程圖時，可以選用常規(guī)的辦公軟件Word、WPS、PPT，也可以用Viso、OmniGraffle等專業(yè)繪制工具。當然，也可以在iPad和智能手機上畫好圖再投屏，或者邊講解邊畫等。

結(jié)束語

根據(jù)新課標的價值取向和培養(yǎng)目標，筆者聯(lián)系自身教學(xué)實際，以“圖解程序設(shè)計，描繪思維藍圖”為教學(xué)切入點，把計算思維內(nèi)涵的三個層次作為培養(yǎng)目標，踐行和分析了新課改大背景下如何把握信息技術(shù)學(xué)科的科學(xué)本質(zhì)和育人價值，進而促進信息素養(yǎng)的提升。筆者相信，為培養(yǎng)出適應(yīng)數(shù)字時代的建設(shè)者，一線教學(xué)不僅堅持教學(xué)的真理，還需要有好的方法傳道授業(yè)解惑，更需要不斷進行最平凡的教學(xué)研究。