巧用蘋果“BOX” 培養(yǎng)計算思維—程序分支結(jié)構(gòu)實物教具應(yīng)用案例分析

肖摯冰

（江蘇省南京市燕子磯中學，江蘇南京 210038）

引 言

程序的分支結(jié)構(gòu)是高中信息技術(shù)課程中一項非常重要卻又難于講授的內(nèi)容。言其重要是因為它緊扣新課標四項核心素養(yǎng)中計算思維的培養(yǎng)的課程目標；言其難于講授是因為它涉及很難用具體話語描述的抽象結(jié)構(gòu)模型，再加上多數(shù)高中生偏弱的計算思維能力，導致授課過程中教師口干舌燥、費心費力，學生卻似懂非懂，教學效果不盡如人意。

一、案例背景

本案例嘗試引入美國蘋果公司的一道面試題，并制作了具體可感的實物教具來活化問題本身，引導學生在解決具體問題的過程中不斷歸納總結(jié)，既讓學生掌握了程序的分支結(jié)構(gòu)這一課程難點，又幫助學生拓展了采用計算機可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)；通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法形成解決問題的方案的能力，取得了較好的教學效果。蘋果公司面試題如下：“有三個盒子，一個只裝若干蘋果，一個只裝若干橘子，第三個則裝有若干蘋果和橘子。盒子被貼上了錯誤的標簽，導致所有標簽都無法正確反映盒子里裝的是什么?，F(xiàn)在只打開一個盒子并且不能向里看，然后用手拿出一個水果?？匆谎圻@個水果，你如何立刻把所有標簽都對上正確的盒子？”

二、案例描述

教師：“各位同學，現(xiàn)在講臺上有三個盒子，分別貼有Apple、Orange、A＆O 標簽，由于某種原因，標簽名稱與盒子里裝的水果完全對應(yīng)錯誤，我們該怎么做才能讓標簽名稱和盒子里的水果一一對應(yīng)呢？請注意，盒子里白色乒乓球代表蘋果，橘色乒乓球則代表橘子?！?/p>

學生A 舉手：“把盒子打開，看看里面裝的是什么，然后更換標簽?！睂W生A 到講臺進行示范，分別打開了三個盒子，根據(jù)盒子里乒乓球所代表的水果很快就更正了盒子的標簽。教師：“剛才A 同學的解決方案是我們在日常生活中解決此類問題的典型做法。為了啟發(fā)大家用信息技術(shù)方法、計算思維來思考問題，我們將提高這個問題的難度?，F(xiàn)在只打開一個盒子并且不能向里看，然后用手拿出一個乒乓球代表的水果?？匆谎圻@個乒乓球（提醒學生注意白色乒乓球代表蘋果、橘色乒乓球代表橘子），如何立刻把所有標簽對上正確的盒子？”學生們5個人組成一個小組，每組組長領(lǐng)取三個帶標簽的盒子。

第四組現(xiàn)場實踐：（小組成員協(xié)作完成并展開熱烈討論）小組組長提醒大家：“所有標簽都是錯的，并且只能打開一個盒子，只能看一眼水果?！毙〗M成員一：“從Orange 標簽的盒子里拿出了白色乒乓球（蘋果）?！毙〗M成員四：“那么Orange標簽的盒子里可能是蘋果，也可能是蘋果和橘子?！毙〗M成員二：“這樣就沒法進行下去了，只打開一個盒子，在只看一眼的情況下，沒辦法立刻把所有標簽對上正確的盒子。”小組成員三：“老師，這次實踐我們沒有找到快速解決的方案?！?教師：“你們的機會用完了，現(xiàn)在請大家在腦中構(gòu)建如果拿出的是橘子會怎樣？”小組成員陷入思考中……

第七組現(xiàn)場實踐：（小組成員協(xié)作完成并展開熱烈討論） 小組組長：“只能開一個盒子，只能看一眼水果，我們先打開A＆O 標簽的盒子怎么樣？”小組成員四：“剛剛我注意旁邊的組就是從Apple 標簽的盒子里拿的乒乓球，我們不要和他們一樣。”小組成員一：“對的，我們要與眾不同，哈哈！”小組組長：“別鬧了，我從A＆O 標簽的盒子里先拿一個乒乓球出來?！毙〗M成員一：“你拿出的是橘色乒乓球（橘子），那么A＆O 標簽的盒子里只能裝一種水果?！毙〗M成員二：“因為這個是A＆O，拿出的又是橘色乒乓球（橘子），那么把Orange標簽和A＆O 標簽互換?！毙〗M成員三：“那么Apple 盒子里不可能是蘋果，只可能是蘋果和橘子。” 小組組長：“正確的標簽應(yīng)該是A＆O、Apple、Orange。”小組成員二：“現(xiàn)在我們拿出的是橘色乒乓球，萬一拿出的是白色乒乓球會怎樣?。　毙〗M組長：“這個想法挺有趣的，我們來討論一下?！薄?/p>

學生們很喜歡這個問題，各小組的討論氣氛熱烈，有的小組很快就將標簽進行了更換，有的小組則愁眉不展，無法找到正確地解決問題的方法。

教師：“每一小組派一位成員到老師這里來領(lǐng)取表格，表格列出了大家解決這個問題所能遇到的所有六種情況?！泵總€小組根據(jù)自身討論情況完成表格。

將學生填好的總結(jié)表格收集匯總，得到表1。

表1 學生討論總結(jié)情況

接著，教師引導學生回顧問題的思考過程，對照前述的實物教具和上面列明的總結(jié)表格，逐步分析問題解決過程中可能遇到的六種情況，找到最優(yōu)的解決方法。大多數(shù)學生參照實物教具和總結(jié)表格，都已經(jīng)領(lǐng)會了問題的解決過程和其中所包含的計算思維方法，進一步萌生了用計算思維方式思考問題的觀念。為了鞏固學生初步養(yǎng)成的計算思維觀念，幫助他們掌握程序的分支結(jié)構(gòu)這一課堂知識點，教師在接下來的教學中引入了“畫程”軟件，用“畫程”軟件將上述題目的最優(yōu)解決方案轉(zhuǎn)換為流程圖,從而將程序的分支結(jié)構(gòu)一目了然地呈現(xiàn)在學生面前。

三、案例反思

（一）以“問題情境”為中心設(shè)置實物教具

正如蘋果落地這一具體感性的生活現(xiàn)象啟發(fā)牛頓發(fā)現(xiàn)了物理學中的萬有引力定律一樣，人類對客觀事物的認識總是遵循從感性到理性、從具體到抽象的一般過程[1]。《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》中尤其強調(diào)，“鼓勵學生在不同的問題情境中，運用計算思維形成解決問題的方案，體驗信息技術(shù)行業(yè)實踐者真實的工作模式和思考方式”。在信息技術(shù)課堂上使用實物教具是為了把復雜抽象的概念原理通過具體實物呈現(xiàn)給學生，把預設(shè)的“問題情境”通過具體實物具象地表現(xiàn)出來，以達到活躍課堂氣氛、啟發(fā)學生思維、提高教學效率的目的。

通過構(gòu)思一個既具體感性又具抽象原理解釋力的“問題情境”，以問題的解決為路徑，引導學生一步步地接近教學目標所要求傳授的抽象知識點是一種高效的教學策略[2]。如果說“問題情境”是這一教學策略的“靈魂”，那么實物教具就是它的“肉身”。通過實物教具將“問題情境”活靈活現(xiàn)地呈現(xiàn)在學生面前，課堂教學便具有了戲劇般的魔力，能夠更好地集中學生的注意力、啟發(fā)學生的好奇心，調(diào)動學生積極參與解決問題的欲望。本案例就是以前述蘋果面試題設(shè)置“問題情境”，用具體實物將此“問題情境”在課堂上做直觀呈現(xiàn)，切合了一般認知規(guī)律，取得了事半功倍的教學效果。

（二）以“引導”為主啟發(fā)學生的計算思維

教師一味地講解課本知識，學生茫然地被動接受，是傳統(tǒng)信息技術(shù)課堂教學對學生計算思維能力要求較高的章節(jié)時常常會出現(xiàn)的一幕。要改變這一不理想的課堂氣氛，教師必須用心構(gòu)思整個教學流程，制訂適合教學內(nèi)容和學生接受能力的課堂劇本。在課堂上，教師可以把大量時間留給學生，讓學生以課堂主角的身份參與進來，讓學生開動大腦，以積極的心態(tài)解決問題，從而強化其思維能力。教師則如導演一般，多數(shù)時間只是對整個學習過程進行引導和總結(jié)。

在本案例中，由于教師在課前對整個教學過程進行了有意識地設(shè)計，建構(gòu)了“問題情境”，制作了實物教具，準備了總結(jié)表格，可以將大量教學時間留給學生思考問題，尋找解決問題的方法。在教學過程中，教師只是引導學生的思路，歸納總結(jié)解決問題的幾種路徑，幫助學生從具體問題的解決遞進到以計算機可以理解的語言歸納概括問題，進而水到渠成地完成課堂教學目標，使學生真正理解程序的分支結(jié)構(gòu)這一抽象概念。

（三）困難與不足

在信息技術(shù)課堂上，使用形象生動的實物教具來展示復雜抽象的概念原理，設(shè)計有啟發(fā)性的“問題情境”，使沉悶的課堂變得活潑有趣，是一種理想的教學模式，但在實際操作過程中會遇到種種困難[3]。首先，構(gòu)思能夠體現(xiàn)課程教學內(nèi)容的“問題情境”難度較大，尤其是在涉及程序原理等內(nèi)容時。其次，用以活化“問題情境”的實物教具不易獲取，限于教學過程的時空限制，實物教具必須簡單易制，又要具有對教學內(nèi)容的指向性、概括性，能夠起到激發(fā)學生思維的“酵母”作用，這殊為不易。最后，課堂教學中實物教具應(yīng)用環(huán)節(jié)的設(shè)置雖然可以活躍課堂氣氛、提升學生參與度，卻也面臨會過多占用教學時間，可能導致教學流程失控乃至拖堂的問題。

結(jié) 語

《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》要求“考慮到不同背景和知識基礎(chǔ)的學生，倡導多元化教學策略；激發(fā)學生開放、合作、協(xié)商和注重證據(jù)的行動意識，使其積極參與到信息技術(shù)支持的交互性、真實性的學習活動中；鼓勵學生在不同的問題情境中，運用計算思維形成解決問題的方案……”。本案例利用實物教具和蘋果面試題建構(gòu)具體的“問題情境”，將知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入運用數(shù)字化工具解決問題和完成任務(wù)的過程中，是回應(yīng)新課標培養(yǎng)計算思維，提高高中信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)的初步嘗試。