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【摘 要】培养学生的计算思维，是培养信息技术核心素养的重要目标之一。如何在减轻学生认知负荷的前提下将计算思维的培养与小学信息技术教学实践有效融合，是当前一线教师面临的一个重要挑战。本文主要基于计算思维的定义，分析常见的思维可视化工具，以思维可视化工具软件为支撑，探索培养学生计算思维的策略，以期为高效提升学生信息素养助力。
【关键词】计算思维;思维可视化;教学策略
初中阶段信息技术教学的目标是培养学生的信息技术核心素养，增强其在未来社会对信息的应用与创造能力。《江苏省义务教育信息技术课程纲要（2017年修订）》（下文简称《纲要》）指出，计算思维是新时代学生信息技術核心素养的重要组成部分[1]。计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、人类行为理解等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动。计算思维与信息技术素养的其他维度相互支持、互相渗透，集中体现了信息技术学科的育人价值[2]。
1 思维可视化的定义
心理学研究表明，思维是人类特有的精神活动，“思维比知识更重要”是教学改革中逐渐被接受的事实。思维具有隐性特征，需要通过一定的载体才能将其生成过程清晰展现出来，这体现了思维的可操作性。教师可从提高教学效能出发，借助评价载体，考查学生计算思维训练的实际效果[3]。
思维可视化是指利用图例等，将思维展示出来，促进行为向更深层次发展。在传统的教学活动中，大多数情况下，学生的整个问题解决过程只存在于思维活动中，而且这个过程往往容易被忽略。同时一些教师和学生更加关注答案，并不重视思维的生成过程。在课堂教学实践中，充分实现思维可视化，可以有效减轻学生的思维负担，训练他们运用信息技术分析解决问题的能力，提高他们的思维能力和学习创新能力。
2 常见的思维可视化工具
图形是直观形象的语言，容易让人接受，且一般不会遗漏重要内容。所谓思维可视化工具，就是利用计算机将思维过程转变为图形的创作工具。在互联网时代，此类工具较多，大致可分为以下三类：
2.1 思维导图类
思维导图是表达发散性思维的一种有效的图形思维工具，是应用于记忆、学习、思考的思维“地图”。此类工具包括百度脑图、Mindmanager、Xmind、FreeMind等。思维导图在使用上，注重的是表现知识的分类以及各知识点之间的层级关系。在实际教学中，思维导图更多的是应用于对陈述性知识的归类，但这仅是学生思维的一部分，而要有效提高学生思维的维度，仍需其他的可视化工具来补充。
2.2 流程图类
信息技术教师对流程图并不陌生，其在教学实践中常用流程图来表示程序的执行过程。常用的流程图绘制工具包括Office当中的SmartArt、Visio等各种离线工具包，也有Processon这种基于网络的流程图在线绘制工具。流程图与思维导图相比，更加倾向于展示实际的处理过程以及事件间的逻辑关系。在算法与程序设计的教学中，特别是表示顺序、分支、循环三种程序结构时，流程图可以给学生非常直观的形象感知，加深学生的理解。
2.3 归因图类
归因图类，通常也称鱼骨图，是一种用来发现根本原因的分析图形。其特点是简单实用，深入直观。它看上去像根鱼骨，其将问题或缺陷（即后果）标在“鱼头”处，鱼骨上有鱼刺，上面按出现概率的大小列出问题产生的原因，这样的结构有助于说明各因素间的相互关系。鱼骨图在教学实践中，常常用来对产生学习效果的各要素进行归因分析，能帮助教师诊断并改进课堂教学，为学生计算思维的培养奠定良好的基础。
3 基于思维可视化工具培养学生计算思维的教学策略
《纲要》指出，程序设计是培养学生计算思维的主要手段。Scratch是小学阶段训练计算思维、体验程序设计的图形化编程软件，作为思维可视化工具，在培养学生计算思维方面可以起到事半功倍的效果[4]。下面笔者将结合苏教版小学五年级信息技术第10课“小猫出题”，阐述基于思维可视化工具培养学生计算思维的教学策略。“小猫出题”这一课的教学目标是让学生学习建立变量，通过随机数给变量赋值，学会算术运算，最终学会对多个变量的值进行判断。
3.1 利用思维导图加强学生对作品的结构化分解能力
计算思维被认为是一种问题解决的过程性思维，在思维过程中将整个问题分解简化，以达到解决问题的目的。在实际教学中，教师可以借助思维导图这一可视化工具，帮助学生对任务进行结构化分解，并检验得出的结果，有效提高学生的计算思维水平。如在“小猫出题”这节课的教学中，为方便学生理解活动要求，教师可以利用思维导图分解这节课的目标要求，将所涉及的要素归类，并对每类要素分别拆解，帮助学生理清知识结构。
本课内容的四类要素中，涉及数的操作，要求学生能够自动生成“加数”“被加数”及“和”;数与数之间需要用相应的逻辑运算符号，如“=”“+”以及“≠”;由于是数学运算，还需要有结果的反馈，即“正确”与“错误”;最后是舞台的角色，这也不能少。
可以看出，在Scratch程序设计教学过程中，利用思维导图辅助学生表述任务的规则，梳理知识结构，明确在脚本的搭建过程中需要用到哪些相关的要素，并对相关的要素进行归类与组合，有助于提高学生的分析能力，强化对学生计算思维的培养。
3.2 利用流程图培养并提高学生的行事逻辑
所谓行事逻辑，指在处理事情的过程中，个体表现出的一般思维形式或规律。良好的行事逻辑是个体科学、高效地处理事情的基础。在程序设计的课堂实践中，应在完成结构化分解的基础上，利用流程图连接最简化的步骤，帮助学生理清解决问题的思路，增强学生的行事逻辑。在Scratch的教学实践中，可以在分析程序中，用流程图来表示顺序语句、条件语句、循环语句，帮助学生将自然语言转化成程序设计语言，梳理程序的思路，这种可视化的表征更有利于学生理解和记忆[5]。 “小猫出题”这节课中需要梳理加数生成、运算、验证输入答案是否正确及输出结果等一系列的过程。其中，涉及顺序、分支两种程序结构，如果仅凭语言描述，可能会造成步骤遗漏、顺序颠倒等情况，使学生的思维更加混乱。基于此，教师可在流程图的帮助下，利用流程框对相应的节点进行定位，并在流程线的指引下，排列节点顺序，最终全方位展现整个事件的操作流程。因此，在信息技术课程序设计模块的教学中，引入流程图能够将程序各环节清晰地呈现给学生，借助相关图例使学生的思维过程更加顺畅，使学生在理清逻辑关系的基础上提高计算思维水平。
3.3 利用鱼骨图归纳分析计算思维培养中的疑难问题
计算思维的培养与评价的目的是促使学生思维实现从隐性到显性的转化。日常教学中，教师常常会遇到各种各样的困难，对此，要详加分析找到原因，对症下药，优化教学过程，提升学生的计算思维培养水平。
在“小猫出题”这节课中，可以把学生的计算思维培养影响因素归纳为以下几类。①学生个人因素，即学习动机不足、操作不够熟练、对变量随机数等相关概念认识不清、对任务流程不理解等。②教师因素，包括Scratch编程知识缺失、相关操作讲解不到位、教学方法的使用失当等。③环境因素，如机房电脑故障、学生间相互干扰导致对教师讲解内容听不清楚等。④资源因素，即课件内容有歧义、引入时机不恰当、画面干扰因素过多等。
教师借助鱼骨图分析，即可找出问题产生的原因并加以解决。对于学生的原因，教师应从学情入手，帮助学生找出问题的根源，最大限度地让学生跟上课堂教学节奏，关注学习本身。對于教师的原因，教师应从自身出发，查漏补缺，根据学情调整授课方式方法，运用合适的教学策略，达到教学效果的最优化。教学环境时常受到各种因素的影响，特别是机房，因为使用频次、机器质量、软件等不确定因素，常常发生电脑死机等意外，打断正常教学，因此需要教师提前做好预案，将影响降到最低，让教学活动顺利开展。对于课堂教学中运用到的课件等资源，教师需要本着“适当、精准”的原则在课前精心准备，以帮助学生理解教学内容。在鱼骨图的帮助下，师生共同寻找、排除相关“其他”因素，专注于课堂实践本身，才能有效提升学生的计算思维水平。
综上所述，以信息技术课堂为阵地，教师在培养学生计算思维的过程中，必须针对思维的隐性特征，有效利用思维可视化工具，使学生的思维活动得到显性表达，帮助学生理解特定的思维策略和思维过程，从而提升学生思维能力。此外，对广大信息技术教师而言，利用思维可视化工具能真实了解学生的思考内容、思考方法和思考过程，有效提升其计算思维水平，提升学生的学科核心素养。
【参考文献】
[1]李艺，李美凤.《江苏省义务教育信息技术课程指导纲要（试行）》评介[J].中国信息技术教育，2008（8）.
[2]张锦东.思维可视化工具在小学信息技术学科计算思维培养中的应用研究[J].教育观察（下半月），2017（8）.
[3]陆骏杰.生活情境式的Scratch教学设计培养小学生算法思维的效果研究[D].南京：南京师范大学，2018.
[4]蔡中琴.重构信息技术教材 落实学科核心素养[J].中学课程资源，2019（5）.
[5]吴丹丹.可视化思维工具促进高阶思维发展的实证研究[D].长沙：湖南师范大学，2018.
【关键词】计算思维;思维可视化;教学策略
初中阶段信息技术教学的目标是培养学生的信息技术核心素养，增强其在未来社会对信息的应用与创造能力。《江苏省义务教育信息技术课程纲要（2017年修订）》（下文简称《纲要》）指出，计算思维是新时代学生信息技術核心素养的重要组成部分[1]。计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、人类行为理解等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动。计算思维与信息技术素养的其他维度相互支持、互相渗透，集中体现了信息技术学科的育人价值[2]。
1 思维可视化的定义
心理学研究表明，思维是人类特有的精神活动，“思维比知识更重要”是教学改革中逐渐被接受的事实。思维具有隐性特征，需要通过一定的载体才能将其生成过程清晰展现出来，这体现了思维的可操作性。教师可从提高教学效能出发，借助评价载体，考查学生计算思维训练的实际效果[3]。
思维可视化是指利用图例等，将思维展示出来，促进行为向更深层次发展。在传统的教学活动中，大多数情况下，学生的整个问题解决过程只存在于思维活动中，而且这个过程往往容易被忽略。同时一些教师和学生更加关注答案，并不重视思维的生成过程。在课堂教学实践中，充分实现思维可视化，可以有效减轻学生的思维负担，训练他们运用信息技术分析解决问题的能力，提高他们的思维能力和学习创新能力。
2 常见的思维可视化工具
图形是直观形象的语言，容易让人接受，且一般不会遗漏重要内容。所谓思维可视化工具，就是利用计算机将思维过程转变为图形的创作工具。在互联网时代，此类工具较多，大致可分为以下三类：
2.1 思维导图类
思维导图是表达发散性思维的一种有效的图形思维工具，是应用于记忆、学习、思考的思维“地图”。此类工具包括百度脑图、Mindmanager、Xmind、FreeMind等。思维导图在使用上，注重的是表现知识的分类以及各知识点之间的层级关系。在实际教学中，思维导图更多的是应用于对陈述性知识的归类，但这仅是学生思维的一部分，而要有效提高学生思维的维度，仍需其他的可视化工具来补充。
2.2 流程图类
信息技术教师对流程图并不陌生，其在教学实践中常用流程图来表示程序的执行过程。常用的流程图绘制工具包括Office当中的SmartArt、Visio等各种离线工具包，也有Processon这种基于网络的流程图在线绘制工具。流程图与思维导图相比，更加倾向于展示实际的处理过程以及事件间的逻辑关系。在算法与程序设计的教学中，特别是表示顺序、分支、循环三种程序结构时，流程图可以给学生非常直观的形象感知，加深学生的理解。
2.3 归因图类
归因图类，通常也称鱼骨图，是一种用来发现根本原因的分析图形。其特点是简单实用，深入直观。它看上去像根鱼骨，其将问题或缺陷（即后果）标在“鱼头”处，鱼骨上有鱼刺，上面按出现概率的大小列出问题产生的原因，这样的结构有助于说明各因素间的相互关系。鱼骨图在教学实践中，常常用来对产生学习效果的各要素进行归因分析，能帮助教师诊断并改进课堂教学，为学生计算思维的培养奠定良好的基础。
3 基于思维可视化工具培养学生计算思维的教学策略
《纲要》指出，程序设计是培养学生计算思维的主要手段。Scratch是小学阶段训练计算思维、体验程序设计的图形化编程软件，作为思维可视化工具，在培养学生计算思维方面可以起到事半功倍的效果[4]。下面笔者将结合苏教版小学五年级信息技术第10课“小猫出题”，阐述基于思维可视化工具培养学生计算思维的教学策略。“小猫出题”这一课的教学目标是让学生学习建立变量，通过随机数给变量赋值，学会算术运算，最终学会对多个变量的值进行判断。
3.1 利用思维导图加强学生对作品的结构化分解能力
计算思维被认为是一种问题解决的过程性思维，在思维过程中将整个问题分解简化，以达到解决问题的目的。在实际教学中，教师可以借助思维导图这一可视化工具，帮助学生对任务进行结构化分解，并检验得出的结果，有效提高学生的计算思维水平。如在“小猫出题”这节课的教学中，为方便学生理解活动要求，教师可以利用思维导图分解这节课的目标要求，将所涉及的要素归类，并对每类要素分别拆解，帮助学生理清知识结构。
本课内容的四类要素中，涉及数的操作，要求学生能够自动生成“加数”“被加数”及“和”;数与数之间需要用相应的逻辑运算符号，如“=”“+”以及“≠”;由于是数学运算，还需要有结果的反馈，即“正确”与“错误”;最后是舞台的角色，这也不能少。
可以看出，在Scratch程序设计教学过程中，利用思维导图辅助学生表述任务的规则，梳理知识结构，明确在脚本的搭建过程中需要用到哪些相关的要素，并对相关的要素进行归类与组合，有助于提高学生的分析能力，强化对学生计算思维的培养。
3.2 利用流程图培养并提高学生的行事逻辑
所谓行事逻辑，指在处理事情的过程中，个体表现出的一般思维形式或规律。良好的行事逻辑是个体科学、高效地处理事情的基础。在程序设计的课堂实践中，应在完成结构化分解的基础上，利用流程图连接最简化的步骤，帮助学生理清解决问题的思路，增强学生的行事逻辑。在Scratch的教学实践中，可以在分析程序中，用流程图来表示顺序语句、条件语句、循环语句，帮助学生将自然语言转化成程序设计语言，梳理程序的思路，这种可视化的表征更有利于学生理解和记忆[5]。 “小猫出题”这节课中需要梳理加数生成、运算、验证输入答案是否正确及输出结果等一系列的过程。其中，涉及顺序、分支两种程序结构，如果仅凭语言描述，可能会造成步骤遗漏、顺序颠倒等情况，使学生的思维更加混乱。基于此，教师可在流程图的帮助下，利用流程框对相应的节点进行定位，并在流程线的指引下，排列节点顺序，最终全方位展现整个事件的操作流程。因此，在信息技术课程序设计模块的教学中，引入流程图能够将程序各环节清晰地呈现给学生，借助相关图例使学生的思维过程更加顺畅，使学生在理清逻辑关系的基础上提高计算思维水平。
3.3 利用鱼骨图归纳分析计算思维培养中的疑难问题
计算思维的培养与评价的目的是促使学生思维实现从隐性到显性的转化。日常教学中，教师常常会遇到各种各样的困难，对此，要详加分析找到原因，对症下药，优化教学过程，提升学生的计算思维培养水平。
在“小猫出题”这节课中，可以把学生的计算思维培养影响因素归纳为以下几类。①学生个人因素，即学习动机不足、操作不够熟练、对变量随机数等相关概念认识不清、对任务流程不理解等。②教师因素，包括Scratch编程知识缺失、相关操作讲解不到位、教学方法的使用失当等。③环境因素，如机房电脑故障、学生间相互干扰导致对教师讲解内容听不清楚等。④资源因素，即课件内容有歧义、引入时机不恰当、画面干扰因素过多等。
教师借助鱼骨图分析，即可找出问题产生的原因并加以解决。对于学生的原因，教师应从学情入手，帮助学生找出问题的根源，最大限度地让学生跟上课堂教学节奏，关注学习本身。對于教师的原因，教师应从自身出发，查漏补缺，根据学情调整授课方式方法，运用合适的教学策略，达到教学效果的最优化。教学环境时常受到各种因素的影响，特别是机房，因为使用频次、机器质量、软件等不确定因素，常常发生电脑死机等意外，打断正常教学，因此需要教师提前做好预案，将影响降到最低，让教学活动顺利开展。对于课堂教学中运用到的课件等资源，教师需要本着“适当、精准”的原则在课前精心准备，以帮助学生理解教学内容。在鱼骨图的帮助下，师生共同寻找、排除相关“其他”因素，专注于课堂实践本身，才能有效提升学生的计算思维水平。
综上所述，以信息技术课堂为阵地，教师在培养学生计算思维的过程中，必须针对思维的隐性特征，有效利用思维可视化工具，使学生的思维活动得到显性表达，帮助学生理解特定的思维策略和思维过程，从而提升学生思维能力。此外，对广大信息技术教师而言，利用思维可视化工具能真实了解学生的思考内容、思考方法和思考过程，有效提升其计算思维水平，提升学生的学科核心素养。
【参考文献】
[1]李艺，李美凤.《江苏省义务教育信息技术课程指导纲要（试行）》评介[J].中国信息技术教育，2008（8）.
[2]张锦东.思维可视化工具在小学信息技术学科计算思维培养中的应用研究[J].教育观察（下半月），2017（8）.
[3]陆骏杰.生活情境式的Scratch教学设计培养小学生算法思维的效果研究[D].南京：南京师范大学，2018.
[4]蔡中琴.重构信息技术教材 落实学科核心素养[J].中学课程资源，2019（5）.
[5]吴丹丹.可视化思维工具促进高阶思维发展的实证研究[D].长沙：湖南师范大学，2018.