张静

【摘要】随着我国科技信息化的高速发展、人工智能技术的广泛应用，计算思维作为人工智能教育和编程教育的培养核心越来越受到人们的关注。然而，由于思维具有“隐性化”特征，当下小学信息技术教学在培养学生计算思维的过程中存在诸多问题。本文基于苏科版小学五年级信息技术Scratch板块中的《小猫出题》为研究课例，以“WPS流程图”软件为工具，从问题识别与分解、流程图绘制、脚本设计、创意拓展这四个关键环节探讨了培养学生计算思维的教学过程，为小学信息技术教师培养学生计算思维能力提供借鉴与参考。

【关键词】计算思维;流程图;Scratch;可视化工具

美国的周以真教授最早提出：“计算思维是指运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。”这一概念提出后，全球教育界相继对计算思维进行深入的研究。

周以真教授提出，计算思维是一个明确问题和制订解决方案的思维过程，她在《计算思维》一文中明确指出了计算思维是概念化、根本化的，它是人的思维方式，是数学和工程思维的互补与融合。计算思维也是一种思想，并且是面向所有的人，所有的场合的思想，是我们生活和工作中不可或缺的思想。

计算思维的核心内涵是解决问题的过程和方法，而信息技术课程的目标就是培养学生灵活解决实际生活中问题的能力以适应社会的发展，从而更好地面对未来的生活。

一、小学阶段计算思维培养的现状

在小学信息技术课程体系中，Scratch趣味编程板块是培养学生计算思维的主要载体。Scratch是一款可视化趣味编程软件，操作简单方便，我们拖动控件到脚本区即可实现相应的效果。然而，许多学生的学习效果并不理想，主要体现为：当教师讲解完编程思路甚至是演示如何设计脚本后，许多学生在独立操作时仍有些茫然，脚本编写没有逻辑性;一些学生虽然完成了作品，但只是学习模仿教师的步骤，自主独立创作的能力较差;当程序运行不出现既定效果时，学生找不出问题所在，不会调整程序……可见，许多一线小学信息技术教师在实际培养学生計算思维的过程中仍存在诸多问题。

在创作作品的过程中，教师提出问题后，急于让学生直接进入编写脚本的阶段，缺少从现实问题转为抽象问题的过程，学生对问题的分解、重组、抽象和建模的整个思维过程都得不到体现，教师往往重视的是最后作品的呈现效果，忽略了学生在脚本设计过程中思维的变化，这种只关注学生成品而不关注制作过程的教学模式大大影响了计算思维的培养[1]。

学生在设计程序脚本时，思维加工的过程是隐含在脚本搭建过程中的，教师不注意观察就很难了解和掌控学生的思维状态，也无法对学生进行有针对性的指导和评价，这也是导致教师只能以学生的最终成品作为是否达成教学目标的主要判断依据的原因。

可见，解决思维“隐性化”，让思维“显性化”至关重要。能否有一种有利于课堂实现的、操作方便快捷的思维辅助工具，帮助呈现学生发现问题、分析问题再到解决问题的思维全过程，从而有效地促进师生教与学过程中思维的交流、评价与提升？在众多可视化工具中，笔者认为，流程图比较适合呈现问题的解决过程。因此，本文中笔者采用流程图来作为思维加工和可视化的工具进行教学研究。

二、流程图对小学阶段计算思维培养的价值

流程图，也称为程序框图，是一种用来描述解决问题的方法、过程和算法的图形工具，它通过各种具有确定含义的符号和连线，以及相对应的文字来描述处理逻辑的各类相关操作。算法是编程的核心，它可以用顺序结构、选择结构和循环结构独立描述或组合描述[2]。因此，掌握这三种基本结构流程图的画法是关键。

流程图画法简单，用相应的几何形状表示起始框、终止框、执行框和判别框等就可以清晰地描述算法，结构清晰，易于理解。然而，小学阶段一节课一般为四十分钟，课堂上如果组织学生在纸上画流程图，不仅浪费时间，也不利于流程图后期的修改和保存。WPS文档和WPS演示软件是小学生四年级学习的内容，学生对WPS软件已经有一定了解。在WPS软件中专门有一个WPS流程图模块软件，操作简单，修改方便，且容易保存，能够解决上述问题。因此，笔者在五年级开展本教学研究时选择使用此软件，发现非常适合学生在课堂上进行流程图的绘制。

（一）理清程序逻辑关系，利于展现问题解决的细节和过程

有些学生在搭建脚本时只是对教师演示程序进行模仿，如果脱离完整脚本的展示，他们便无从下手，当程序出现问题时也不知如何修改，这种现象产生的原因是学生在无思考或思考混乱的情况下急于编写程序。而流程图正是一种将计算思维过程进行可视化表达、帮助学生理清程序逻辑关系的工具。学生不仅可以根据流程图来搭建脚本，当程序出现问题时，还可以通过流程图较快地找出错误所在，让错误有迹可循。流程图清晰地展现了问题解决的细节和过程，有利于学生在搭建脚本和纠错的过程中提升计算思维。

（二）促进探究合作学习，利于思维交流与碰撞

新课程标准倡导教师要组织学生开展自主学习、探究学习和合作学习，通过学生绘制的流程图，教师可以清楚地看到每个学生的思维方式和知识掌握情况，继而根据这些情况引导学生开展自主、探究或合作学习。除了师生交流，生生交流也得以更加高效地实现。在小组合作环节，小组成员间可以通过流程图进行探究和学习，分享思维方式，提高协作学习的效率，有利于学生在思维交流与碰撞中强化计算思维[3]。

（三）便于编程语言的转换，利于知识迁移

目前，小学阶段的编程课程以Scratch为主，升入初中、高中后可能还会学习当下主流的、有一定难度的C++、Python等编程语言。但无论学习哪种编程内容，掌握算法才是核心，而流程图就是呈现算法的最好方式之一。学生学会了算法并掌握流程图的绘制，再学习其他的编程语言将更加得心应手，有利于在知识迁移中升华计算思维。

三、探究流程图支持下的计算思维培养教学实践

在实践研究的过程中，教师应遵循计算思维操作性定义的六个环节，结合Scratch软件的特点，将所有环节恰当地融入实际教学中。教师从学生角度出发，创设问题情境，以分布递进式引导强化学生的思维训练。

教师可利用流程图工具，采用形象直观的方式对抽象、复杂的知识进行分析，以呈现思维的方式来培养学生的计算思维，引导学生将解决问题的思维转化为一系列计算机可以执行的命令的过程，在这个过程中注重学生思维加工的细节和变化。笔者实施教学的过程如图1所示。

接下来以苏科版小学五年级信息技术《小猫出题》一课为例，阐述计算思维培养教学过程中的一些关键环节。

（一）问题识别与分解

师：以加法为例，请同学们思考一下，我们从出题到判断对错要经历一个怎样的过程？可以和你的同桌探讨一下，回忆自己的做题过程。

生回答关键词：要有两个加数、要计算出正确的答案、做题目的人要输入答案、要提示答案正确还是错误……

安排学生进行小组讨论，让他们根据自己的亲身经验，分析从出题到答题的所有环节，罗列出做题的关键步骤，梳理问题解决的顺序和过程，为后续绘制流程图做好准备。本课创建的情境是学生实际生活中非常熟悉的问题，有利于帮助学生根据自身经验发现问题，并将学生思维聚焦于要解决的问题，再将任务进行分解和细化。同时，值得注意的是，每个学生都有自己的学习经历与体验，这使得学生出现许多不同的解决方案，这些解决方案往往没有对错之分，各有优缺点。教师要尊重每一个孩子的想法，不统一规定“正确答案”，培养学生多方面考虑问题的思维和能力，引导学生进行多种算法的尝试与体验。

（二）绘制流程图

师：同学们刚刚已经罗列了做题过程的所有环节，下面请同学们打开WPS流程图，自己选择一种运算（加、减、乘、除），按顺序梳理做题过程，完成流程图。

学生自主完成流程图。如图2所示。

师：请一位同学上来展示你的流程图，分享你的思考过程。有问题的同学可以向演示的同学提问。同学们还有更好的解决方案可以提出来上台展示。

学生展示、相互点评、交流，教师协助指导。

教师在学生明确解决问题的每一个环节后，让学生自主思考，独立完成流程图，帮助学生更好地理清编程思路，给予学生充分独立思考的时间。画流程图的过程中，教师一定要强调流程图的作用，不要让画流程图流于形式而浪费宝贵的课堂时间。具体来说就是教师要引导学生规范地画流程图，掌握各种不同表示指令，为学生准确地阅读流程图打下扎实基础。

最后请完成流程图的学生上台展示，分享思考过程，生生对比之中，促进学生思维的碰撞与互助。在自主绘制、分享交流的过程中，让大家相互对照学习，发现各自做法存在的差异，促进生生之间的共同进步。

（三）设计脚本

师：现在流程图我们已经完成了，下面请同学们根据自己的流程图完成脚本设计，想想每一步用哪个控件来实现。

学生根据自己的流程图完成脚本。

利用流程图理清思路后，引导学生根据流程图设计脚本，主要是完成利用Scratch中的控件实现每个步骤之间的思维转换。学生要熟练地掌握Scratch中的所有控件在流程图中的规范表现形式，在这样的前提下，教师再引导学生逐步将流程图的逻辑结构用脚本编写来实现。

在编写脚本的过程中，学生不需要等到脚本全部搭建完成后再测试效果，而是可以在完成一个或多个环节后利用Scratch实时可视化的特性验证当前程序的正确性，再以相同的方法解决下一个环节，扎实推进整个作品的完成。

（四）创意拓展

师：现在大家都完成了出一题的效果，同学们还想怎样设计完善我们的口算练习小工具呢？

生回答关键词：连续答多题、答对提示“答对了”、答错提示“答错了”、答对加几分、答错扣几分、增加计时器……

师：大家的主意太棒了，请同学们把想法加入自己的流程图中，进一步完善流程图，再根据新的流程图搭建相应的脚本。

再创作是通过引导学生分享作品或碰撞交流想法后，产生新的创意进行的作品拓展，学生再创作的过程是计算思维参与的过程，也是与他人共同协作、共同进步的过程。一个好的作品是需要不断地进行优化和完善的。教师先引导学生根据自身经验多方面提出优化方案并分享交流，再進行问题识别与分解，鼓励学生将想法体现在流程图中，进一步完善流程图后再设计相应脚本。在整个大循环过程中，流程图也成为教师评价学生思维发展的重要依据。

结语

运用流程图开展小学Scratch教学也存在许多问题与不足，例如学生计算机操作水平差异大，一些学生用软件绘制流程图速度较慢;绘制流程图流于形式，教师仅增加了绘制流程图的环节，而没有引导学生真正理解流程图;还有一些学生认为简单地拖动脚本就可以完成作品，觉得不需要另外花时间绘制流程图，因此不认真学。凡此种种，皆因师生没有意识到，培养和提升计算思维的关键就是将思维的形成与发展过程

“可视化”，合理、恰当地用好思维“加工厂”—流程图这个工具。计算思维的提高不是一蹴而就的，短时间内可能大家的思维表现差异不大，但长期坚持用好流程图，学生的思维能力将获得极大的发展，流程图对人工智能教育、编程教育具有十分长远的意

义[4]。这需要我们一线教师长期坚持和努力，引导学生理论联系实际，通过计算思维解决实际问题，为真正提高学生计算思维刻苦钻研、不断探索。

【参考文献】

[1]张立国，王国化.计算思维：信息技术学科核心素养培养的核心议题[J].电化教育研究，2018（05）：115-121.

[2]万诗强.计算思维教学在小学信息技术课程中的探索与实践[J].中国教育信息化，2019（18）：47-49.

[3]王娟.基于Scratch的创意计算思维可视化研究[D].上海：上海师范大学，2015.

[4]陈晓云.以思维可视化方式培养学生计算思维的应用研究[D].南京：南京师范大学，2020.