算法——讓計算思維在信息技術課堂落地生根

蔣春紅

【摘要】在信息技術教學中如何將計算思維這一學科核心素養(yǎng)落至實處？文章從四個方面著手：頭腦風暴說算法、群策群力析算法、智慧工具述算法、推理規(guī)納固算法。通過問題分解、分析解決問題的方法，明確解決問題的步驟，促進學生主動完成知識的建構;巧妙運用流程圖工具，運用推理歸納方法，提升解決問題的效率。

【關鍵詞】學科核心素養(yǎng);計算思維;算法;流程圖

自《江蘇省義務教育信息技術課程綱要（2017年修訂）》頒布實施以來，計算思維作為信息技術四大核心素養(yǎng)之一就高頻出現(xiàn)在一線信息技術教師眼前。突然間，原來教學設計中寫習慣了的“知識目標、技能目標、情感與態(tài)度價值觀目標”一下子退出了教學設計的舞臺，取而代之的是學科核心素養(yǎng)。在新形勢下，在信息技術課堂中，如何把學科核心素養(yǎng)落到實處，尤其是“計算思維”這一核心素養(yǎng)。筆者自2018年起在信息技術日常課堂中，一直在嘗試尋找一種操作范式，讓計算思維在信息技術課堂中清晰可見，讓計算思維在信息技術課堂中落地生根。算法就像一把鑰匙，它為信息技術教師的教，為莘莘學子的學打開了一扇新的大門。

一、頭腦風暴說算法

當計算思維第一次進入視野時，筆者第一反應就是去搜索計算思維到底是什么。百度百科是這樣描述的：“計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)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，由周以真于2006年3月首次提出?！痹谶@個抽象的概念中，筆者唯一熟悉的就是“問題求解”，在編程教學中問題求解是主旋律。那么計算思維難道只能出現(xiàn)在編程教學中嗎？

第一次嘗試教學內(nèi)容是“VB算法”，筆者選用了阿凡提的故事為情境，提出了這樣的問題：“巴依老爺向放羊人提出：一個長20米寬11.4米的長方形羊圈，在不增加材料的情況下把羊圈擴大，同學們有什么辦法？”此問題情境，就是為了引出算法的概念：算法是解決問題的方法與步驟。學生們還真是想出了各種方法：有的提出把羊圈圍成正方形，有的提出把羊圈圍成圓形，有的提出借助墻壁少一條邊。確定方法后，他們又給出方案（即步驟），最終比對哪一種方案更優(yōu)。在這節(jié)課中，筆者體會到計算思維定義中“一系列思維活動”的含義，悟出計算思維可以表現(xiàn)為學生在問題解決的過程中一系列思維活動。

不是編程內(nèi)容的課，可不可以也用算法的思想呢？解決問題的方法與步驟，算法的概念是如此清晰明了。在運用PS制作“堅決制止餐飲浪費行為”海報的課堂上，筆者提出問題：“要把麥穗圖案放置到海報中，可以運用什么方法？”學生們異口同聲地回答：“選擇麥穗，復制然后粘貼?！痹谀且凰查g，筆者豁然開朗，關于信息技術課上如何培養(yǎng)計算思維，筆者找到了突破口——將算法思想引入信息技術課堂。有問題、方法、步驟這三要素的課堂，何愁計算思維在課堂中無處安放？

二、群策群力析算法

算法原來就是解決問題的方法與步驟啊！揭開算法的神秘面紗后，它在生活中似乎隨處可見了：數(shù)學學科中的統(tǒng)籌方法可以稱為算法，語文學科中移步換景的寫作手法也是算法，英語學科詞根詞綴記憶單詞法又何嘗不是算法的應用？那么在信息技術學科學習中，如何應用算法思想來提高學習的效率，拓展思維的深度呢？

在“動畫補間”教學章節(jié)中，筆者嘗試采用項目教學法。項目的任務是制作一個Flash影片，為《再別康橋》詩歌朗誦添彩。拿到項目后，學生分析詩歌的主要場景，每個場景需要繪制的動畫角色（元件），每個場景的實現(xiàn)需要運用的主要技術。學生們?nèi)翰呷毫?，匯聚集體智慧，將原本龐大的項目分解成若干個小問題。在明確了需要解決的問題及需要的技術支撐后，學生的學習目標也清晰了。信息技術教學由教師埋頭教轉變?yōu)閷W生昂首學，課堂的主旋律變成了解決問題，教學效率的提升是必然的。

思維深度的拓展如何保障呢？原先我們的課堂總結是這樣的：“今天你學會了什么技術？感悟了什么道理？……”在算法思想的指導下，我們的總結是：“（1）本節(jié)課我們解決了哪些問題？（2）解決這些問題大家分別采用了什么方法？（3）確定方法后，你們通過哪些步驟實現(xiàn)的？（4）這些方法在哪些軟件的學習中我們曾經(jīng)也使用過？它們有什么異同？”當分解問題、探究方法、明晰步驟成為習慣，思維深度的拓展將會成為必然。

三、智慧工具述算法

在程序設計中，算法的表達可以用自然語言、流程圖及偽代碼來體現(xiàn)。這些算法的表達方式在信息技術教學中可否拿來一用？

在“設計與制作演示文稿”章節(jié)中，“自定義動畫”這一教學內(nèi)容在教材上的體現(xiàn)僅是一項實踐學習，但學生要把“自定義動畫”用到恰到好處并不容易，動畫對象、動畫開始時間、動畫類型這三個概念學生并沒有立體的認知。因為動畫有事物發(fā)展順序這一要素，所以筆者在進行教學設計時，嘗試運用流程圖來貫穿教學始終。教學由“保護野生動物”宣傳片開始，引出“愛護環(huán)境”這一主題，教學任務為制作動畫版“愛護環(huán)境”公益廣告。在制作動畫開始，筆者提供相關素材，如垃圾、垃圾筒、綠水、青山、文字主題等，學生創(chuàng)編廣告故事情節(jié)，師生共同運用流程圖來梳理動畫思路，然后根據(jù)流程圖，依次針對各個動畫對象選擇合適的動畫類型，設置恰當?shù)拈_始方式，最終實現(xiàn)動畫效果。

與以往的教學設計相比，因為有流程圖的輔助，學生一個情節(jié)一個情節(jié)有條不紊地高效完成了動畫。在實踐過程中，他們對照流程圖，動畫對象的選擇是有序的，動畫對象的開始時間是“之前”還是“之后”是明確的，動畫類型是“進入”還是“退出”是切合情境的。流程圖教學，幫助學生實現(xiàn)了從淺層了解“自定義動畫”到深層掌握“自定義動畫”的轉變，打破了“走著走著就忘了初心”的混沌，構建了“邏輯性強”的秩序。

流程圖另一個妙處在于學生可以通過流程圖來評價學習目標達成情況，及時查漏補缺。例如，在本節(jié)課中，最后一個動畫情節(jié)中包含的知識點——如何對文字設置進入與退出兩種效果？如果這個情節(jié)學生自評未能完美表達，即可對該知識點再思考與實踐，直至解決問題為止。

四、推理規(guī)納固算法

算法是讓思維可見的利器，它如空氣一樣無處不在，也如空氣一樣常常被忽視。古人云：“工欲善其事，必先利其器?！庇嬎闼季S的培養(yǎng)若只是依靠在偶爾幾節(jié)“合適”的課中運用算法，那是遠遠不夠的。信息技術教師要在課堂中抓住契機，就學生自然生成的多個問題，探尋解決問題的共同方法，發(fā)現(xiàn)、歸納、總結規(guī)律，幫助學生構建有層次的知識體系。

例如，在“圖片制作”這節(jié)課中，經(jīng)過摳取“麥田”“農(nóng)民”“藍天”三個場景后，筆者發(fā)現(xiàn)還是有很多同學未能在給定的時間內(nèi)完成圖片的摳取。詢問了其中幾位同學，他們的回答是：“使用的工具有點多，沒能記住操作流程，因為看筆記所以慢了。”了解情況后，筆者就隨機采訪了一位完成得較快的同學，請他分享成功的秘訣。他說：“老師，我發(fā)現(xiàn)了規(guī)律，就是不管是用魔棒工具還是多邊形套索工具或是矩形工具，目的都是選取我們需要的部分，然后復制，最后粘貼至同一個目的地——我們自己的海報?！痹谶@位同學分享的基礎上，筆者在黑板上形成了如下圖板書。

發(fā)現(xiàn)多個任務之間的共同操作步驟，區(qū)分各任務之間的細節(jié)點，學生突然發(fā)現(xiàn)不需要再看一步操作一步了，可以在把握全局的前提下（藍天白云下、麥田邊、辛苦的農(nóng)民伯伯），根據(jù)提供的素材運用不同的摳圖方法，皆運用復制、粘貼、自由變換等技術，殊途同歸，匯集至海報文件中，最終合成理想的畫面。

還是在這節(jié)課中，海報中用兩列文字“一粥一飯當思來之不易”“半絲半縷恒念物力維堅”來揭示主題。學生發(fā)現(xiàn)共同點：兩列文字的效果一樣，只是文字內(nèi)容及位置不一致。這一次他們就很輕易地想到辦法：完成一列文字的制作，然后復制圖層，調整文字內(nèi)容及位置，就可以減少很多冗余操作了。

周以真教授在談到“什么是、什么不是計算思維”時，提出計算思維是面向所有的人、所有的領域。如何培養(yǎng)學生的計算思維是一個值得所有學科教師認真研究的課題。唐培和教授在《論計算思維及其教育》一書中提出：“計算思維的核心思維或程序思維。”既如此，我們一線教師何妨大膽地在教學中嘗試將算法思維滲透至各個教學流程中，結合各種具體的算法創(chuàng)造性地對教材進行二次開發(fā)，讓計算思維不再是縹渺、高深的思想，而成為具有可操作性的支撐性理論。

【參考文獻】

唐培和，秦福利，唐新來.論計算思維及其教育[M].北京：科學技術文獻出版社，2018：52.

陳小玉.趣學算法[M].北京：人民郵電出版社，2018.

陳麗婷，徐曉東.基于計算思維教育的國外小學教學案例研究[J].教育信息技術，2015.