行為模擬：發(fā)展低年級(jí)算法學(xué)習(xí)新思維

在信息科技課程教學(xué)中，最被大家關(guān)注的內(nèi)容之一是“算法”及算法如何認(rèn)知、驗(yàn)證及設(shè)計(jì)。本期解碼，我們一起從一線(xiàn)的視角探討低年級(jí)學(xué)生如何開(kāi)展算法教學(xué)，解讀用生活中的行為模擬來(lái)提高學(xué)生算法認(rèn)知的策略與意義。

摘要：本文介紹了通過(guò)行為模擬發(fā)展低年級(jí)學(xué)生算法學(xué)習(xí)新思維的方法。該方法將編程概念與日常生活場(chǎng)景結(jié)合，通過(guò)角色扮演、故事劇場(chǎng)和互動(dòng)游戲等活動(dòng)形式具象化編程思維，通過(guò)行為觸發(fā)和問(wèn)題建構(gòu)，幫助學(xué)生形成從具體行為到抽象思維的過(guò)渡，以更好地理解和應(yīng)用編程概念與結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)算法學(xué)習(xí)新思維。

關(guān)鍵詞：行為；算法；思維

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）13-0020-04

編程，作為一種與計(jì)算機(jī)溝通的藝術(shù)，要求將解決問(wèn)題的方法與步驟由自然語(yǔ)言精準(zhǔn)地轉(zhuǎn)換為程序語(yǔ)句，然而對(duì)低年級(jí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，理解這種轉(zhuǎn)換具有一定難度。他們往往能聽(tīng)懂編程的概念，可一旦面對(duì)實(shí)際問(wèn)題，卻感到無(wú)從下手，這是因?yàn)樗麄兊某橄笏季S能力和問(wèn)題解決能力還在發(fā)展階段，對(duì)復(fù)雜的編程邏輯和抽象的編程概念還不能完全理解和掌握。因此，筆者在低年級(jí)的算法教學(xué)中利用“行為模擬”對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維訓(xùn)練，將編程概念與學(xué)生熟悉的日常生活場(chǎng)景相結(jié)合，通過(guò)角色扮演、故事劇場(chǎng)和互動(dòng)游戲等活動(dòng)形式，降低學(xué)習(xí)門(mén)檻，幫助學(xué)生完成從具體行為到抽象思維的過(guò)渡。通過(guò)每節(jié)編程課上的“行為模擬”促進(jìn)“思維活動(dòng)”，不僅有助于學(xué)生更好地理解和掌握編程知識(shí)，還能夠提高他們的編程興趣和自信心。

利用行為觸發(fā)問(wèn)題建模，發(fā)展高階抽象思維

在編程的世界里，算法不僅是解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的關(guān)鍵，更是對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的高度抽象化和建?；恼宫F(xiàn)。問(wèn)題建模是一種將現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題轉(zhuǎn)換為可以通過(guò)計(jì)算或算法來(lái)解決的模型的過(guò)程。算法教學(xué)的目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何將一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題抽象化，識(shí)別出問(wèn)題的關(guān)鍵因素，并將這些因素表達(dá)為計(jì)算模型，這樣的教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用已有知識(shí)的能力，以及在面對(duì)新問(wèn)題時(shí)創(chuàng)造性地思考和解決問(wèn)題的高階抽象思維。對(duì)于低年級(jí)的學(xué)生而言，理解這些無(wú)形的編程概念與程序結(jié)構(gòu)，往往是一個(gè)巨大的認(rèn)知挑戰(zhàn)。然而，通過(guò)行為模擬的方式可以將編程概念以更為直觀(guān)、生動(dòng)的方式展現(xiàn)給學(xué)生，為他們搭建一座從“具體行為”到“抽象思維”的橋梁，使其通過(guò)實(shí)踐操作和親身體驗(yàn)，逐步掌握編程的精髓。

1.行為對(duì)問(wèn)題建模的增益

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師可以通過(guò)設(shè)計(jì)具體的行為模擬任務(wù)，為學(xué)生提供從實(shí)踐操作逐步過(guò)渡到抽象理論思維的實(shí)踐平臺(tái)，通過(guò)這些任務(wù)，學(xué)生可以從具體的行為操作入手，通過(guò)親身實(shí)踐逐步感知、分析和總結(jié)其中的規(guī)律，進(jìn)而轉(zhuǎn)向更為抽象的理論思維。學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中需要?jiǎng)?chuàng)建問(wèn)題的抽象表示，這種表示可以是視覺(jué)的圖形、言語(yǔ)化的描述，也可以是通過(guò)肢體動(dòng)作來(lái)模擬的行為過(guò)程，即問(wèn)題建模。它可以幫助學(xué)生理解程序是如何反映和模擬現(xiàn)實(shí)世界中的事物和過(guò)程的，使學(xué)生能夠更好地把握編程概念并運(yùn)用它們解決問(wèn)題。同時(shí)，學(xué)生可以更直觀(guān)地感受到抽象思維在解決實(shí)際問(wèn)題中的重要作用，有助于對(duì)算法語(yǔ)言的理解。

2.行為驅(qū)動(dòng)問(wèn)題建模設(shè)計(jì)范例

范例1：在講解計(jì)數(shù)循環(huán)中的累加器時(shí)，學(xué)生第一次接觸for循環(huán)和s=s+1語(yǔ)句，很難理解，于是，筆者設(shè)計(jì)了如下的故事劇。

①課堂設(shè)情境。利用微機(jī)室的排布優(yōu)勢(shì)，筆者站在一排電腦桌旁，拍著第一張電腦桌，說(shuō)“這是1號(hào)山洞”，并放下一朵花，繼續(xù)往前走，當(dāng)說(shuō)“這是2號(hào)山洞”時(shí)，也放下一朵花，就這樣，一直走到6號(hào)山洞，學(xué)生的注意力逐漸被吸引。這時(shí)筆者突然轉(zhuǎn)身，對(duì)學(xué)生說(shuō)“我是一只小兔子”，這句話(huà)立刻引起學(xué)生的極大興趣，他們好奇地盯著我，想要知道接下來(lái)會(huì)發(fā)生什么。

②采花寓累加。筆者說(shuō)：“我拿著花籃來(lái)采花，大家看，我的花籃是空的。”筆者走到1號(hào)山洞，拿起花放到花籃里，問(wèn)學(xué)生：“我的花籃里有幾朵花？”學(xué)生回答：“一朵?！惫P者往前邁一步，又拿起2號(hào)山洞的花，問(wèn)“這樣，我的花籃里有幾朵花？”“兩朵?！薄皩?duì)，在一朵基礎(chǔ)上加一，共兩朵花……”

就這樣，筆者一直走到6號(hào)山洞，問(wèn)“我走到6號(hào)山洞，采了一朵花，這樣，我的花籃里一共有幾朵花？”“5+1=6，6朵花?！薄澳俏以偻斑~一步，還有花讓我采嗎？”“沒(méi)有了，因?yàn)橹挥?個(gè)山洞?！薄昂玫?，我的采花行動(dòng)圓滿(mǎn)結(jié)束！”

③繪圖理算法。就這樣，學(xué)生跟隨筆者的演繹，模擬走完了for（i=1;i<=6;i++）s=s+1的全過(guò)程。筆者又走回講臺(tái)，回顧整個(gè)算法的模擬過(guò)程。

④行為轉(zhuǎn)代碼。筆者讓學(xué)生扮演小兔子模擬整個(gè)過(guò)程，有了板書(shū)與活動(dòng)參與，學(xué)生對(duì)計(jì)數(shù)循環(huán)for語(yǔ)句和s=s+1累加器有了初步的理解。筆者又提出一個(gè)問(wèn)題：“如果1號(hào)山洞1朵花，2號(hào)山洞2朵花，3號(hào)山洞3朵花……我們?cè)撊绾斡谜Z(yǔ)句來(lái)表達(dá)呢？”筆者請(qǐng)學(xué)生模擬采花過(guò)程，學(xué)生發(fā)現(xiàn)山洞里花的數(shù)量與山洞編號(hào)之間的關(guān)系，很容易總結(jié)出s=s+i的語(yǔ)句。

通過(guò)上述問(wèn)題建模方法，學(xué)生以有趣的方式參與到編程學(xué)習(xí)中，將編程概念與實(shí)際情境相結(jié)合，不僅理解了復(fù)雜編程概念，而且深化了對(duì)循環(huán)語(yǔ)句如何控制程序流程的認(rèn)知，當(dāng)學(xué)生能夠通過(guò)自己的努力，將一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單的編程問(wèn)題時(shí)，會(huì)非常有成就感。這種成就感會(huì)激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力，使他們更加積極地投入到編程學(xué)習(xí)中，從而形成一個(gè)正向的學(xué)習(xí)循環(huán)。同時(shí)，通過(guò)問(wèn)題建模，學(xué)生需要將實(shí)際問(wèn)題中的關(guān)鍵信息和邏輯關(guān)系提取出來(lái)，形成簡(jiǎn)潔明了的抽象模型，通過(guò)不斷地練習(xí)和反思，學(xué)生逐漸掌握了如何有效地進(jìn)行抽象概括，提高了對(duì)問(wèn)題本質(zhì)的理解和把握能力，并將具體的解決方案進(jìn)行提煉和升華，形成一般性的規(guī)律和方法，實(shí)現(xiàn)了高級(jí)抽象思維的養(yǎng)成。

利用行為激發(fā)問(wèn)題建構(gòu)，發(fā)展深度邏輯思維

問(wèn)題建構(gòu)是基于問(wèn)題模型提出并實(shí)施解決方案的過(guò)程，它涵蓋了從問(wèn)題識(shí)別到解決方案實(shí)施的完整環(huán)節(jié)。在算法學(xué)習(xí)中，不僅要求學(xué)生能夠創(chuàng)建有效的程序來(lái)解決問(wèn)題，還需要他們能評(píng)估這些方案的實(shí)際效果，并做出必要的優(yōu)化調(diào)整。因此，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生深入分析問(wèn)題的各個(gè)層面，理解其中各組成部分之間的復(fù)雜關(guān)系，并將問(wèn)題分解為更小、更易處理的子問(wèn)題，從而完成問(wèn)題建構(gòu)。在這一過(guò)程中，行為模擬的應(yīng)用可以幫助學(xué)生更直觀(guān)地觀(guān)察算法是如何處理這些子問(wèn)題的，并理解其背后的邏輯原理。在實(shí)際問(wèn)題解決的過(guò)程中，學(xué)生需要綜合運(yùn)用所學(xué)的邏輯知識(shí)，不斷嘗試和調(diào)整算法，以尋求最佳解決方案。這個(gè)過(guò)程不僅鍛煉了學(xué)生的算法應(yīng)用能力，還促進(jìn)了他們深度邏輯思維的發(fā)展。通過(guò)不斷地分析和優(yōu)化算法，學(xué)生將逐漸具備深入剖析問(wèn)題本質(zhì)、識(shí)別隱藏條件和潛在約束的能力，從而設(shè)計(jì)出更完善的算法解決方案。

1.行為輔助，實(shí)現(xiàn)思維具象化

將編程邏輯與日常生活中的具體動(dòng)作相結(jié)合，使得學(xué)生能夠更直觀(guān)地感受到編程邏輯的運(yùn)作過(guò)程，從而更容易掌握編程的核心要義，同時(shí)，也能激發(fā)學(xué)生的好奇心，引導(dǎo)他們?cè)趯W(xué)習(xí)的過(guò)程中主動(dòng)探索、主動(dòng)思考。

2.行為導(dǎo)向，引領(lǐng)問(wèn)題有效建構(gòu)

范例2：針對(duì)復(fù)雜的雙重循環(huán)概念，可以借助生活場(chǎng)景和動(dòng)作幫助學(xué)生理解建構(gòu)問(wèn)題。

①運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)雙重循環(huán)。筆者請(qǐng)全體學(xué)生起立并聽(tīng)從指令，一起完成四組運(yùn)動(dòng)，每組動(dòng)作包括點(diǎn)頭、拍手、拍肩三個(gè)動(dòng)作。當(dāng)學(xué)生們開(kāi)心地做完四組動(dòng)作后，筆者開(kāi)始分析活動(dòng)流程，并板書(shū)：做第一組運(yùn)動(dòng)，要做點(diǎn)頭、拍手、拍肩這三個(gè)動(dòng)作，做第二組運(yùn)動(dòng)，也要重復(fù)這三個(gè)動(dòng)作，第三組、第四組同樣也要重復(fù)這三個(gè)動(dòng)作，這就是雙重循環(huán)。

②角色扮演深化理解。筆者接著讓學(xué)生舉例，一個(gè)學(xué)生當(dāng)導(dǎo)演，其他五個(gè)學(xué)生搬好板凳坐到講臺(tái)上。當(dāng)導(dǎo)演的學(xué)生讓第一個(gè)同學(xué)過(guò)來(lái)，給他一塊糖，讓他回去，再讓第二個(gè)同學(xué)過(guò)來(lái)，給他一塊糖，讓他回去，又讓他過(guò)來(lái)，又給他一塊糖，又讓他回去，接著讓第三個(gè)同學(xué)過(guò)來(lái)，每次給他一塊糖，讓他回去，這組動(dòng)作重復(fù)了三次，讓第四個(gè)同學(xué)過(guò)來(lái)，這組動(dòng)作重復(fù)了四次，第五個(gè)同學(xué)也重復(fù)了這個(gè)動(dòng)作五次……然后，當(dāng)導(dǎo)演的學(xué)生開(kāi)始提問(wèn)：“我每次重復(fù)的動(dòng)作是什么？”“過(guò)來(lái)，給糖，回去?！保ㄆ渌麑W(xué)生說(shuō)）“對(duì)，這就是循環(huán)體，s=s+1，第一個(gè)同學(xué)重復(fù)這組動(dòng)作一次，第二個(gè)同學(xué)重復(fù)這組動(dòng)作兩次，第三個(gè)……”學(xué)生們開(kāi)始齊聲復(fù)述剛才的活動(dòng)場(chǎng)景。

學(xué)生舉的例子更具可操作性，讓他們更加深刻地理解了雙重循環(huán)的概念，并在他們心中建立起一個(gè)關(guān)于如何識(shí)別和實(shí)現(xiàn)雙重循環(huán)的明確模型。這種互動(dòng)和實(shí)踐，不僅讓抽象的理論知識(shí)變得生動(dòng)有趣，還極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。程序結(jié)構(gòu)不再是計(jì)算機(jī)編程中的一個(gè)理論概念，它已經(jīng)深深根植于學(xué)生的日常行為和邏輯思維。

3.行為助力，搭建問(wèn)題與思維框架

為了幫助學(xué)生更好地進(jìn)行問(wèn)題建構(gòu)，教師可以設(shè)計(jì)一些具有層次性和挑戰(zhàn)性的任務(wù)，這些任務(wù)可以包括一些實(shí)際問(wèn)題或者有趣的編程挑戰(zhàn)，旨在讓學(xué)生在實(shí)際操作中不斷嘗試、調(diào)整和完善自己的解決方案，從而有效鍛煉自己的邏輯思維和問(wèn)題解決能力。同時(shí)，教師提供及時(shí)的反饋和指導(dǎo)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)并糾正自己的思維誤區(qū)和錯(cuò)誤，這不僅可以讓學(xué)生在錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)，還能幫助他們建立正確的編程思維框架。通過(guò)不斷地試錯(cuò)與反思，學(xué)生可以逐漸掌握問(wèn)題解構(gòu)和思維構(gòu)建的技巧。

經(jīng)歷問(wèn)題建構(gòu)的過(guò)程，學(xué)生不僅能夠理解問(wèn)題的表面，更能深入挖掘問(wèn)題的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系。他們需要思考問(wèn)題的核心需求，并設(shè)計(jì)合適的算法和程序來(lái)實(shí)現(xiàn)這些需求，這一過(guò)程充分鍛煉了學(xué)生的邏輯推理和歸納思維能力，有助于他們?cè)诿鎸?duì)復(fù)雜問(wèn)題時(shí)能夠迅速找到突破口并制訂出切實(shí)可行的解決方案。通過(guò)問(wèn)題建構(gòu)的系統(tǒng)訓(xùn)練，學(xué)生可以逐漸形成自己的編程思維體系，形成獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力，更有效地推動(dòng)深度思維能力的提升。

利用行為實(shí)踐驅(qū)動(dòng)問(wèn)題探索，系統(tǒng)發(fā)展創(chuàng)新思維

編程思維的培養(yǎng)不局限于對(duì)程序編寫(xiě)技能的訓(xùn)練，它更是一種綜合性的技能，涵蓋了邏輯推理、問(wèn)題分析與解決能力等多個(gè)方面，當(dāng)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)有基礎(chǔ)認(rèn)知后，教師可以進(jìn)一步通過(guò)問(wèn)題實(shí)踐來(lái)引導(dǎo)學(xué)生，以實(shí)現(xiàn)其創(chuàng)新思維的系統(tǒng)養(yǎng)成。

1.行為實(shí)踐中的問(wèn)題設(shè)計(jì)

問(wèn)題實(shí)踐是將算法知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程，教師可以設(shè)計(jì)一些具有挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性的問(wèn)題實(shí)踐任務(wù)，讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的算法知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，這些問(wèn)題可以來(lái)自日常生活、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、社會(huì)熱點(diǎn)等，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生需要迅速定位問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)，并找到合適的解決方案，這不僅能夠鍛煉邏輯思維能力，還能夠提高問(wèn)題分析和解決能力。同時(shí)，通過(guò)不斷嘗試和迭代，學(xué)生還可以發(fā)掘新的算法和策略，培養(yǎng)系統(tǒng)創(chuàng)新思維的能力。

2.行為實(shí)踐中的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)

以排列組合為例，這部分內(nèi)容對(duì)低年級(jí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)更是思維的極限挑戰(zhàn)，特別是組合公式的理解更是難上加難。為了幫助學(xué)生更好地理解這一概念，筆者設(shè)計(jì)了以下學(xué)習(xí)活動(dòng)：

上課伊始，筆者對(duì)第一排的5個(gè)男生說(shuō)：“老師需要3個(gè)同學(xué)幫我去總務(wù)處領(lǐng)這學(xué)期微機(jī)室的滅火器，我應(yīng)該如何選人呢？因?yàn)樾∈ナ前嚅L(zhǎng)，所以，我一定要讓他帶頭，那么就是從剩下的4個(gè)同學(xué)中選2人就可以了。但如果我一定不讓小圣去，那就是從剩下的4個(gè)同學(xué)中選3位?！惫P者回到講臺(tái)，利用板書(shū)和學(xué)生一起梳理這段陳述，如果一定讓小圣去，那就是，如果一定不讓小圣去，就是，那么，從5個(gè)同學(xué)里選3人去拿滅火器的方案數(shù)就是，也就是，這是組合的一個(gè)公式，也是編程中處理問(wèn)題的一種方法。

3.利用行為引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展系統(tǒng)創(chuàng)新思維

通過(guò)理論與實(shí)踐的結(jié)合，不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，還能幫助他們深刻理解編程思維和算法設(shè)計(jì)的核心概念。學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜問(wèn)題時(shí)需要從整體到局部，從抽象到具體，進(jìn)行全面思考和規(guī)劃。他們需要考慮到問(wèn)題的各個(gè)方面和可能的影響因素，從而設(shè)計(jì)出全面而有效的解決方案。這種系統(tǒng)性的思考方式，有助于學(xué)生在面對(duì)未知領(lǐng)域和復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，能夠迅速找到切入點(diǎn)，提出創(chuàng)新的想法和解決方案。此外，問(wèn)題實(shí)踐還能幫助學(xué)生深入理解編程思維和算法設(shè)計(jì)的核心概念。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生可以更加直觀(guān)地感受到算法的力量和編程的魅力，從而增強(qiáng)對(duì)編程學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。同時(shí)，他們還能在實(shí)踐中不斷調(diào)整和優(yōu)化自己的設(shè)計(jì)方案，提高算法的效率和準(zhǔn)確性。

總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)行為模擬進(jìn)行低年級(jí)算法教學(xué)，不僅可以將編程思維具象化，讓學(xué)生在輕松愉快的氛圍中掌握編程的基本概念和方法，提高他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，讓他們充分享受編程帶來(lái)的樂(lè)趣和挑戰(zhàn)，而且可以在問(wèn)題解決中培養(yǎng)學(xué)生的高階抽象思維、深度邏輯思維、系統(tǒng)創(chuàng)新思維，幫助他們實(shí)現(xiàn)自我超越和發(fā)展。在行為模擬的引導(dǎo)下，學(xué)生能夠主動(dòng)思考、積極探索，將所學(xué)算法知識(shí)靈活應(yīng)用于實(shí)際場(chǎng)景中，從具體到抽象，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，循序漸進(jìn)地掌握編程知識(shí)，這不僅符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，還有助于學(xué)生建立起完整的知識(shí)體系和思維框架，全面提升信息素養(yǎng)和能力，為他們未來(lái)的學(xué)習(xí)和生活奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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