孫穎燕

【關(guān)鍵詞】流程圖 程序設(shè)計(jì) 小學(xué)信息技術(shù)

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(yǔ)言直接過(guò)渡到程序語(yǔ)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(wèn)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(lái)編程以實(shí)現(xiàn)功能。所要實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)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(yǔ)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(wèn)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(wèn)題在功能描述階段并未浮出水面，卻在程序書寫過(guò)程中出現(xiàn)，原因就是學(xué)生的思維并未從自然語(yǔ)言成功過(guò)渡為程序語(yǔ)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(wú)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。功能需求為：天黑時(shí)，當(dāng)人經(jīng)過(guò)，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(wèn)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(wú)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。

為了引發(fā)學(xué)生對(duì)此問(wèn)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(lái)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(yáng)就快下山?！毙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(lái)到了“開始”框中。筆者問(wèn)道：“剛才程序已經(jīng)走到了‘不開燈框，怎么你上來(lái)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(shuō)：“我覺(jué)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?！惫P者接著提問(wèn)：“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(lái)筆者提出加上“當(dāng)人經(jīng)過(guò)”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(wèn)題案例。

由于學(xué)生將“天黑”和“當(dāng)人經(jīng)過(guò)”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(méi)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(wèn)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）。

2.流程圖讓過(guò)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(lái)說(shuō)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?！傲鞒虉D”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(guò)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(shuō)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(lái)的程序調(diào)試會(huì)讓不少學(xué)生感到灰心。

為了讓學(xué)生的思維從功能描述過(guò)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）。

此流程圖中的語(yǔ)言以自然語(yǔ)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(yǔ)句并不是程序中可以直接套用的語(yǔ)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(lái)的過(guò)程是陌生的，但生活中各種各樣模型的“搭建說(shuō)明書”是他們所熟知的，流程圖在這時(shí)就充當(dāng)著“搭建說(shuō)明書”的作用。例如，在學(xué)習(xí)“條件判斷”語(yǔ)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(yǔ)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(yǔ)言描述到流程圖之間的跨度對(duì)低年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)接受度更高，對(duì)于初次嘗試編程的學(xué)生來(lái)說(shuō)，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(yǔ)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）。

這時(shí)的流程圖更靠近自然語(yǔ)言，“溫度”在編程軟件中能夠找到直接對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句，但“開風(fēng)扇”必須通過(guò)電機(jī)來(lái)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）。

由此，自然語(yǔ)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(guò)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(lái)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(guò)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(yǔ)言描述過(guò)程、教師和學(xué)生分解過(guò)程再分步編寫等策略。這樣的策略，有的停留在自然語(yǔ)言描述的階段，雖然梳理出了過(guò)程，卻沒(méi)有幫助學(xué)生搭建程序編寫的腳手架;有的將程序過(guò)程過(guò)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(wàn)無(wú)一失。偏向自然語(yǔ)言的流程圖和偏向程序語(yǔ)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(guò)程參照。

通過(guò)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(ài)編程。