讓程序思維可見
——“流程圖”在小學(xué)信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)課程中的實(shí)踐與思考

江蘇省南京市科利華小學(xué) 孫穎燕

一、流程圖的應(yīng)用背景和特征

1.程序設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀

信息技術(shù)教學(xué)水平的不斷發(fā)展，各種各樣適合學(xué)生學(xué)習(xí)的模塊化程序設(shè)計(jì)層出不窮，程序設(shè)計(jì)已然成為信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)的核心內(nèi)容。程序設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)習(xí)者的邏輯思維能力有較高要求，而小學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平還處于具體運(yùn)算階段，這個(gè)階段的學(xué)生的思維仍然需要具體事物的支持，還不能進(jìn)行抽象邏輯思考，由自然語言直接過渡到程序語言有較大困難。

2.流程圖的特征

流程圖本質(zhì)上是一種讓知識(shí)可視化的工具。它是一種“知識(shí)表征”，是指知識(shí)的外在表現(xiàn)形式 。教師借助流程圖能夠?qū)⒛：磺宓母拍钷D(zhuǎn)變?yōu)榍逦耐庠谛螒B(tài)，使學(xué)生進(jìn)行更加有效的知識(shí)學(xué)習(xí)。其中，程序流程圖以簡(jiǎn)單的圖形進(jìn)行組合，可操作性強(qiáng)。

二、流程圖對(duì)程序設(shè)計(jì)教學(xué)的意義

1.流程圖讓問題浮出水面

在程序設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，通常先由教師和學(xué)生一起分析程序所要實(shí)現(xiàn)的功能，再學(xué)習(xí)某些控件來編程以實(shí)現(xiàn)功能。所要實(shí)現(xiàn)的功能來源于學(xué)生對(duì)現(xiàn)象的描述，這個(gè)環(huán)節(jié)考查的是學(xué)生觀察程序現(xiàn)象、歸納總結(jié)和語言表達(dá)的能力。當(dāng)學(xué)生真正開始編程時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些細(xì)節(jié)問題。例如，忘記添加“重復(fù)執(zhí)行”控件，導(dǎo)致程序只執(zhí)行一次；不知道“重復(fù)執(zhí)行”控件應(yīng)該添加在哪里，導(dǎo)致程序錯(cuò)誤運(yùn)行；將兩個(gè)判斷條件分開；等等。此類問題在功能描述階段并未浮出水面，卻在程序書寫過程中出現(xiàn)，原因就是學(xué)生的思維并未從自然語言成功過渡為程序語言。

案例1：以物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)“智能樓道燈”一課為例，教學(xué)年級(jí)為四年級(jí)，無程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。功能需求為：天黑時(shí)，當(dāng)人經(jīng)過，燈亮起。

在實(shí)現(xiàn)這一功能之前，學(xué)生首先進(jìn)行了繪制簡(jiǎn)單流程圖的練習(xí)：天黑時(shí)，燈亮起。在這個(gè)練習(xí)中，絕大多數(shù)學(xué)生能夠畫出流程圖（見圖1），但都忽略了一個(gè)問題——“重復(fù)”。如果程序以這樣的流程進(jìn)行下去，僅在程序開始后判斷一次，程序便走向結(jié)束，無法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、循環(huán)的判斷。可想而知，如果直接開始編程，學(xué)生也不會(huì)想到將“重復(fù)執(zhí)行”加到程序中。

圖 1

為了引發(fā)學(xué)生對(duì)此問題的思考，筆者設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)游戲：用教室的地磚作為流程圖的模塊，讓學(xué)生扮演“程序”來走一走流程圖。小A同學(xué)在“開始”處站定，筆者發(fā)出指令：“現(xiàn)在是下午5點(diǎn)29分59秒，光照強(qiáng)度為20，太陽就快下山。”小A同學(xué)聽到指令，走到“判斷框”，判斷現(xiàn)在還不算天黑，便走到了“不開燈處”。緊接著，小B同學(xué)躍躍欲試，也來到了“開始”框中。筆者問道：“剛才程序已經(jīng)走到了‘不開燈’框，怎么你上來直接到‘開始’框里了呢？”課堂沉默了一會(huì)后，小C同學(xué)舉起手說：“我覺得每一次判斷完了開不開燈以后應(yīng)該再回到開始框，這樣才能保證程序一直有效。”筆者接著提問：“那我們的流程圖需要做怎樣的修改呢？”于是，學(xué)生開始完善流程圖，得到了進(jìn)階版的流程圖（見圖2）。

接下來筆者提出加上“當(dāng)人經(jīng)過”這一條件，指導(dǎo)學(xué)生直接在原流程圖上進(jìn)行修改，出現(xiàn)了圖3所示的問題案例。

圖 2

圖 3

由于學(xué)生將“天黑”和“當(dāng)人經(jīng)過”兩個(gè)條件的關(guān)系視為了先后關(guān)系，以為兩個(gè)條件不能并列。雖然在程序執(zhí)行時(shí)沒有差異，但這樣的兩個(gè)條件是邏輯運(yùn)算中的“與”關(guān)系，了解了這一點(diǎn)后，進(jìn)而可以讓學(xué)生了解程序判斷中的條件是可以有多個(gè)并列的。問題如果體現(xiàn)到程序編寫中，學(xué)生很可能會(huì)用兩個(gè)“如果”控件的疊加代替兩個(gè)條件的并列，便會(huì)失去學(xué)習(xí)邏輯運(yùn)算“與”的機(jī)會(huì)。在厘清邏輯關(guān)系后，學(xué)生修改得到正確的流程圖（見圖4）。

圖 4

2.流程圖讓過程清晰可見

以scratch程序設(shè)計(jì)為例，控件本身的含義對(duì)于學(xué)生來說并不困難，但程序功能一旦變得復(fù)雜，學(xué)生經(jīng)常會(huì)望而卻步。 “流程圖”恰好就是打開程序設(shè)計(jì)之門的“金鑰匙”，它可以幫助學(xué)生厘清思路、梳理過程，進(jìn)而更好地理解程序的思想。

案例2：五年級(jí)scratch“克隆飛機(jī)大戰(zhàn)”一課中，要求學(xué)生使用“克隆”控件，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)反復(fù)出現(xiàn)并下落，火炮擊打飛機(jī)后，飛機(jī)消失并計(jì)分的功能，具體說明見圖5。這是一項(xiàng)集合多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的全新挑戰(zhàn)，如果不厘清思路，很容易出現(xiàn)細(xì)節(jié)錯(cuò)誤，由此帶來的程序調(diào)試會(huì)讓不少學(xué)生感到灰心。

圖 5

為了讓學(xué)生的思維從功能描述過渡到程序編寫，筆者帶領(lǐng)學(xué)生繪制了簡(jiǎn)單的流程圖（見圖6）。

圖 6

此流程圖中的語言以自然語言為主，其中“隨機(jī)出現(xiàn)在舞臺(tái)上方”“下落5步”“碰到火炮”“落到底部”“加1分”等語句并不是程序中可以直接套用的語言，而是學(xué)生對(duì)于現(xiàn)象的程序化描述。但是有了這樣的程序框架，學(xué)生就能夠有條理地思考，寫程序的效率大大增加，對(duì)程序思想的理解也更加透徹。

三、流程圖在程序設(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用策略

1.初識(shí)階段——感受程序思想

在低年級(jí)學(xué)生初次接觸到程序時(shí)，對(duì)于一條條指令拼湊起來的過程是陌生的，但生活中各種各樣模型的“搭建說明書”是他們所熟知的，流程圖在這時(shí)就充當(dāng)著“搭建說明書”的作用。例如，在學(xué)習(xí)“條件判斷”語句時(shí)，流程圖中恰好有對(duì)應(yīng)的模塊可以對(duì)照學(xué)習(xí)；在學(xué)習(xí)“循環(huán)”語句時(shí)，簡(jiǎn)單的回復(fù)箭頭更加易于理解。圖形化的樣式符合學(xué)生的認(rèn)知偏好，由語言描述到流程圖之間的跨度對(duì)低年級(jí)學(xué)生來說接受度更高，對(duì)于初次嘗試編程的學(xué)生來說，流程圖是他們感受程序思想的有力工具。在繪制完流程圖后，可以根據(jù)流程圖直接講解現(xiàn)象——程序語言之間的區(qū)別，把現(xiàn)象流程圖改成更加貼近程序的流程圖，繼而對(duì)照流程圖編寫程序。

案例3：在物聯(lián)創(chuàng)新課程“聰明的風(fēng)扇”一課中，要求實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)溫度高于28℃并且有人靠近時(shí)，風(fēng)扇打開。筆者先讓學(xué)生根據(jù)要求繪制了流程圖（見圖7）。

圖 7

這時(shí)的流程圖更靠近自然語言，“溫度”在編程軟件中能夠找到直接對(duì)應(yīng)的語句，但“開風(fēng)扇”必須通過電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，這時(shí)流程圖就充當(dāng)起了橋梁的作用。筆者引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比編程軟件中給出的控件，修改流程圖（見圖8）。

圖 8

由此，自然語言的功能描述到編寫程序之間搭建了兩座流程圖的橋梁，能夠幫助學(xué)生在程序設(shè)計(jì)初始之路走得更加順暢。

2.深入階段——梳理程序過程

在程序設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)行到一定的階段后，學(xué)生需要完成一些綜合性練習(xí)或設(shè)計(jì)作品來鞏固學(xué)習(xí)成果。流程圖可以很好地幫助學(xué)生梳理功能、繪制程序進(jìn)行的過程。在程序設(shè)計(jì)中，往往越復(fù)雜的作品搭建越需要多感知通道的支撐，在日常教學(xué)中通常會(huì)使用的是游戲功能的視頻演示、語言描述過程、教師和學(xué)生分解過程再分步編寫等策略。這樣的策略，有的停留在自然語言描述的階段，雖然梳理出了過程，卻沒有幫助學(xué)生搭建程序編寫的腳手架；有的將程序過程過度分解，致使學(xué)生失去了對(duì)程序整體的感知和把握。在知識(shí)點(diǎn)運(yùn)用頻繁的作品中，如“大魚吃小魚” “飛機(jī)大戰(zhàn)”這類游戲，角色眾多、場(chǎng)景豐富，如果直接編寫程序，很難做到萬無一失。偏向自然語言的流程圖和偏向程序語言的流程圖都能夠很好地減少犯錯(cuò)的概率，給予學(xué)生多通道的知識(shí)強(qiáng)化和過程參照。

通過實(shí)踐，流程圖有效地加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)程序思想的理解，讓原本看上去很復(fù)雜的程序變得有跡可循，讓程序思維可見。信息技術(shù)教學(xué)應(yīng)當(dāng)充分考慮學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平，借助流程圖等知識(shí)可視化工具，讓學(xué)生真正理解程序設(shè)計(jì)，感受到程序思維的“內(nèi)在脈絡(luò)”，才能讓學(xué)生會(huì)編程、愛編程。