例談小學(xué)圖形化編程中 思維可視化工具的應(yīng)用

景花

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，小學(xué)信息技術(shù)教育改革也在不斷地推進(jìn)。在小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，圖形化編程教學(xué)得到了廣泛開展，但問題也隨之產(chǎn)生，教師需要在教學(xué)中積極探索有效的教學(xué)途徑與方法來解決問題。筆者發(fā)現(xiàn)，思維可視化工具可以很好地為小學(xué)圖形化編程教學(xué)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(xué)圖形化編程教學(xué)中的應(yīng)用方法和具體效果。

● 圖形化編程教學(xué)的現(xiàn)狀與思考

圖形化編程只需通過點(diǎn)擊并拖拽控件的方式編寫程序，不需要復(fù)雜的代碼，讓計(jì)算機(jī)編程像搭積木一樣容易上手。但在課堂教學(xué)實(shí)踐中筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生剛開始都會(huì)主動(dòng)探究，學(xué)習(xí)興趣濃厚，后來他們就逐漸失去主動(dòng)探究的興趣，等待教師“喂”腳本，而且在學(xué)習(xí)中也一直存在腳本搭建隨意的現(xiàn)象。這些都說明學(xué)生對(duì)程序的基本概念、基本結(jié)構(gòu)沒有真正理解與掌握，在作品創(chuàng)編中缺乏對(duì)知識(shí)的融會(huì)貫通與靈活應(yīng)用的方式方法。由此看來，學(xué)生解決問題的方法與思維方式已成為作品創(chuàng)新的瓶頸，因而必須讓學(xué)生學(xué)會(huì)像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考、分析、解決問題，掌握學(xué)習(xí)圖形化編程的有效方法。而作為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的有效載體，圖形化編程學(xué)習(xí)如何實(shí)現(xiàn)學(xué)生從自然思維到計(jì)算思維的轉(zhuǎn)換呢？下面筆者運(yùn)用“思維導(dǎo)圖”與“程序流程圖”這兩個(gè)思維可視化工具對(duì)培養(yǎng)學(xué)生思維的轉(zhuǎn)換進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐與探索。

● 思維導(dǎo)圖，構(gòu)建整體思維

思維導(dǎo)圖是運(yùn)用圖文結(jié)合的方法將人的思維可視化、形象化的一種工具。學(xué)生運(yùn)用思維導(dǎo)圖可以將所見、所聞、所想有機(jī)整合成清晰的有層次的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，充分展現(xiàn)思維過程。而計(jì)算思維就是一系列解決問題的思維過程，用思維導(dǎo)圖把學(xué)生解決問題的策略圖形化，便于學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)問題、優(yōu)化思路、凝練提升，有利于學(xué)生高效地解決問題。

1.呈現(xiàn)知識(shí)框架，促進(jìn)程序概念的全面理解

讓學(xué)生掌握編程語言的一些基本概念是計(jì)算思維能力培養(yǎng)的知識(shí)基礎(chǔ)，教師可以利用思維導(dǎo)圖對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行框架構(gòu)建，由點(diǎn)到面，呈現(xiàn)知識(shí)脈絡(luò)，理清知識(shí)關(guān)系，完成對(duì)知識(shí)的全面理解。

例如，在教學(xué)《小貓出題》一課時(shí)，學(xué)生初次接觸“變量”這一重要的程序概念，在本課的學(xué)習(xí)中，教師要將變量這一知識(shí)點(diǎn)通過思維導(dǎo)圖從不同的角度進(jìn)行歸納與總結(jié)（如圖1），加深學(xué)生對(duì)新知識(shí)的全面理解與記憶。

2.呈現(xiàn)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(chuàng)編作品之前不可缺少的重要環(huán)節(jié)。作品分析時(shí)，教師在拋出一系列相關(guān)問題或?qū)W生提出一些問題后讓學(xué)生討論，若學(xué)生的討論與回答僅停留于口頭文字的表述，對(duì)學(xué)習(xí)能力弱的學(xué)生來說會(huì)產(chǎn)生不理解、整體的學(xué)習(xí)印象不深刻的現(xiàn)象。而通過思維導(dǎo)圖逐層構(gòu)建的過程，能夠讓每個(gè)學(xué)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(xué)生理解作品的整體框架，形成解決問題的思路。

例如，在教學(xué)《穿越迷宮》一課時(shí)，由于學(xué)生是第一次接觸多個(gè)角色的人機(jī)交互的小游戲，在制作前教師就提出問題：需要做哪些準(zhǔn)備工作？通過小組討論和教師適時(shí)的補(bǔ)充提問，提煉出問題的關(guān)鍵字并用思維導(dǎo)圖初步呈現(xiàn)，學(xué)生明確了先要準(zhǔn)備導(dǎo)入背景與必要的角色。在接下來的學(xué)習(xí)過程中，思維導(dǎo)圖又能有效地幫助分析角色的設(shè)計(jì)思路，如小貓是怎樣移動(dòng)的？小貓?jiān)谝苿?dòng)過程中需要遵守哪些規(guī)則？最后在進(jìn)行作品創(chuàng)編時(shí)，還可以繼續(xù)利用思維導(dǎo)圖進(jìn)行豐富的聯(lián)想，設(shè)置其他障礙，發(fā)散思維，增加創(chuàng)意，創(chuàng)作個(gè)性化作品，激發(fā)編程潛能，提高數(shù)字化創(chuàng)新能力。在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中學(xué)生都能將自己的想法與思考通過思維導(dǎo)圖可視化、具體化（如圖2），思維導(dǎo)圖的形成過程正是學(xué)生用計(jì)算思維對(duì)事件進(jìn)行分解、抽象、概括來解決問題的整體策略的體現(xiàn)。不斷地發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、創(chuàng)新作品的思維碰撞過程促進(jìn)了學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，鍛煉了學(xué)生解決復(fù)雜問題的計(jì)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(duì)解決問題的方法、思路或算法的一種描述。它能幫助學(xué)習(xí)者分析、抽象問題，建構(gòu)解決問題的模型，呈現(xiàn)程序的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)從自然語言到計(jì)算機(jī)語言轉(zhuǎn)換的思維可視化，從而依據(jù)流程圖順利地編寫程序，實(shí)現(xiàn)問題的解決。

1.理解程序結(jié)構(gòu)的思想

程序流程圖中的箭頭能呈現(xiàn)程序執(zhí)行的流向，描述比較復(fù)雜的編程思路與程序結(jié)構(gòu)，且形象直觀，便于理解。

例如，在教學(xué)《動(dòng)物表演》一課時(shí)，讓學(xué)生探尋讓三種小動(dòng)物按順序表演的方法，最優(yōu)化的方案是通過舞臺(tái)腳本按表演順序廣播消息并等待，每個(gè)小動(dòng)物角色負(fù)責(zé)接收消息并表演（如圖3），其中蘊(yùn)含了主程序調(diào)用子程序的思想（舞臺(tái)腳本調(diào)用角色腳本），運(yùn)用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想。學(xué)生通過流程圖能很清晰地理解程序的執(zhí)行流向和程序的結(jié)構(gòu)，如果有很多節(jié)目并隨時(shí)需要更改順序，通過主程序（舞臺(tái)腳本）可以很方便地調(diào)整表演順序。同樣，在學(xué)習(xí)自制積木時(shí)，也可以引入流程圖來理解程序結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生深刻地體驗(yàn)到結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想的優(yōu)點(diǎn)，可以高效地解決實(shí)際問題。

2.熟練計(jì)算機(jī)語言的表述

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

例如，在教學(xué)《穿越迷宮》一課時(shí)，在描述小貓不能穿墻和碰到老鼠的事件時(shí)，要求學(xué)生用“如果…那么…”的編程語言形式來準(zhǔn)確描述小貓的動(dòng)作，出示對(duì)應(yīng)的分支結(jié)構(gòu)流程圖（如圖4），由此熟悉流程圖用規(guī)定符號(hào)的表示形式，然后講解對(duì)應(yīng)控件的實(shí)現(xiàn)，在之后碰到老鼠的事件時(shí)，先出示流程圖再讓學(xué)生用編程語言來表達(dá)。通過這樣的方式讓學(xué)生會(huì)看、會(huì)說，準(zhǔn)確地理解流程圖的含義，理解程序的結(jié)構(gòu)，從而逐步學(xué)會(huì)運(yùn)用流程圖來描述解決實(shí)際問題。

3.架起語言轉(zhuǎn)換的橋梁

學(xué)習(xí)源于生活，將學(xué)生生活中玩耍的游戲搬上編程的舞臺(tái)，學(xué)生自然會(huì)興趣盎然，但是從實(shí)體游戲直接轉(zhuǎn)化成與計(jì)算機(jī)交互的游戲沒有想象的那么簡(jiǎn)單，教師可借助程序流程圖架起從自然語言轉(zhuǎn)化成圖形化編程語言的橋梁。

例如，在教學(xué)非常經(jīng)典的“猜數(shù)字”游戲時(shí)，筆者先與學(xué)生玩實(shí)體游戲，在學(xué)生玩得意猶未盡之時(shí)，提問：由小貓來扮演教師的角色，每位同學(xué)都可以跟小貓盡興地玩，那么怎樣來設(shè)計(jì)這個(gè)游戲呢？雖然學(xué)生有了親身體驗(yàn)，可以對(duì)游戲的流程用自然語言進(jìn)行大概的描述，但是馬上進(jìn)行腳本的搭建，大部分學(xué)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(shí)，教師有針對(duì)性地提問，讓學(xué)生說說在這個(gè)游戲中小貓要做什么，學(xué)生要做什么，分清交互角色的每個(gè)任務(wù)，弄清問題的關(guān)鍵。教師根據(jù)學(xué)生的回答用簡(jiǎn)易的程序流程圖將實(shí)現(xiàn)游戲的過程直觀形象地表達(dá)出來（如圖5），師生共同分解、抽象出實(shí)現(xiàn)游戲的基本模型，這樣就讓思維可見，同時(shí)也理清了對(duì)應(yīng)腳本搭建的思路，隨之的學(xué)習(xí)也有章可循，變得更輕松。

在游戲轉(zhuǎn)化的實(shí)踐中，程序流程圖有效支撐了學(xué)生的思維轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了從自然語言向圖形化編程語言的過渡，學(xué)生體驗(yàn)了從問題抽象到建立模型的計(jì)算思維的方法，計(jì)算思維能力得到了有效的鍛煉。

● 結(jié)束語

小學(xué)生的思維正處于形象思維到抽象思維的過渡時(shí)期，其計(jì)算思維能力的培養(yǎng)不是一蹴而就的，在圖形化編程教學(xué)中，要靈活運(yùn)用“思維導(dǎo)圖”和“程序流程圖”這兩個(gè)思維可視化的學(xué)習(xí)支架發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維。運(yùn)用思維導(dǎo)圖對(duì)問題進(jìn)行分解來呈現(xiàn)各個(gè)角色之間的聯(lián)系，構(gòu)建解決問題的整體思維，培養(yǎng)學(xué)生由處理簡(jiǎn)單問題到處理復(fù)雜問題的思維能力;運(yùn)用程序流程圖分析每一個(gè)角色的每一個(gè)動(dòng)作，并幫助理解程序結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自然語言到計(jì)算機(jī)語言的有效轉(zhuǎn)換，培養(yǎng)學(xué)生更精準(zhǔn)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(xué)生由自然思維向計(jì)算機(jī)思維轉(zhuǎn)換的能力，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維的方式去解決實(shí)際問題，是發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維能力的有效途徑，也是提升伴隨學(xué)生終身發(fā)展的信息技術(shù)核心素養(yǎng)的有效方法。