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《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》指出：计算思维是信息技术核心素养的重要组成部分，而信息技术选考是培养学生计算思维的主阵地，故本研究以选考算法课程的学习为载体，以思维可视化为手段，提出思维可视化教学模式，并将该模式运用到选考算法建模学习中，培养学生运用信息技术学科方法来分析解决问题，提高他们的思维能力和学习创新能力。实践证明，思维可视化教学模式能有效协助教师将教学重点从知识讲授转移到思维培养上来，帮助学生明晰“如何学习”和“如何思维”，通过知识的理解和运用，获得有意义的学习，进而提高学生的计算思维能力。
● 现状与问题
近年来，随着新课改的深化推进，尤其是浙江省作为新高考改革试点率先将信息技术纳入到选考科目，信息技术学科教學取得了长足的发展和进步，但也出现了一些问题。
1.教师教学方面
当前选考教学内容分散繁杂，缺乏统一有效的教学模式。教师教学中一般以讲评试题为主，未能创设真实复杂的实际问题情境引导学生学习，且算法解释较浅表化（用抽象解释抽象，难以有效利用学生前在经验）;未能帮助学生亲历算法抽象过程（经历认知冲突、整合、生长）并建立知识网络;未能帮助学生有效辨识问题条件和变式情境;未能促进学生算法知识在问题解决中的有效迁移。
2.学生学习方面
从学生在选考课堂教学及考试分析中的表现来看，学生缺乏对算法知识的真正理解，对算法模型的应用条件认识不清，对所呈现的情境未能有效辨识其本质性问题（母题与子题）。知识呈现零散碎片化的状态，缺乏知识脉络之间的联系，导致很难提取运用。且学生对问题的本质的理解以及对算法的理解都不够深刻，内化不足。
● 思维可视化学习法则及其教学模式建构
思维可视化是指把学习过程中原本不可见的思维结构、方法、规律运用一系列的图示、动画等方法予以呈现出来，以期达到易于接受、增强记忆、加深理解的目的，其本质是隐形思维显性化的过程。思维品质是高中信息技术学科核心素养的关键。新课标建议教师以实际问题出发，建模得到算法的本源，并将它进行自动化应用。针对当前信息技术选考算法教学现状与问题，本研究提出思维可视化教学模式（如下页图1）。该模式以发展学生的思维能力为教学着力点，以思维的可视化为手段，将系统性模式化的思维训练与学科教学实践有效融为一体。
其教学模式步骤为：一是让学生针对实际问题通过图示或图示组合等方式进行意义建构形成算法结构雏型;二是将结构雏型依计算机能处理的方式进行子问题分解，并通过思维可视化途径深入理解各子问题，而后对各子问题各个击破解决;三是串珠成链系统构建算法模型并迁移运用，内化该算法模型，进而提升计算思维能力。
● 具体应用举例
综合学科教学指导意见、高考卷以及各地市模拟卷，统计归类常见的选考算法专题，如排序算法，又细分为冒泡排序、选择排序、快速排序、插入排序、桶排序、希尔排序等子专题。针对各子专题，本研究根据学生的知识碎片现状对整个单元进行设计，结合认知规律，首先从生活中常见的实例出发，通过图示等思维可见方式进行意义建构，从而形成算法的结构模型，大致了解算法原理，然后将结构模型分解，经由思维可视化深入理解、各个击破子问题，达到深层次理解掌握算法原理的目的，最后系统构建的算法模型，针对学生语法掌握不透彻的现象引导其进行上机编程调试，以算法巩固语法，促进语法的掌握运用，同时对算法模型进行变式内化运用，让学习在课堂真正发生，让思维提升过程在课堂真正发生。
1.具体问题的意义建构
意义建构所建构的意义是指事物的性质、规律以及事物之间的内在联系。插入排序的实际问题模型即每次从桌子上拿走一张牌并将它插入到左手中正确的位置（如图2），重复多次该过程，即完成整个理牌过程，也即完成全部数据的插入排序。
在Photoshop中，我们也常对图像进行自由变换操作，图像变换背后蕴含的实际问题模型即将每个像素点的数据进行相应的变换，图3所示是以水平变换为例，得到算法雏形。
2.分解结构模型，构建子问题并解决
回到插入排序课例，因直接研究全部的数据插入较为困难，且不易理清思路，结合第1步的意义建构，我们不妨先研究如何插入一个数据，在明确了如何插入一个数据到正确位置的方法思路之后，再研究插入其他数据，如法炮制即可。子问题分解时，必须明确一个重要前提，即左手中的牌已经是排好序的（如插入数据和已有数据重复，约定新数据在右边顺接插入）。联想上述摸牌理牌过程，当新拿到一张牌时，首先眼脑并用已自动找到新牌的待插入位置，然后将该位置上的原有牌移开，腾出位置，最后将新拿到的牌插入到刚腾出的位置。因此插入排序算法结构模型可大致分解归结为三个子问题：①查找位置;②移位腾出;③数据插入。最后将该思维过程抽象出可视化模型，如图4所示。
思维可视化手段是对问题进行深入理解的利器，如For循环语句可采用变量列表跟踪分析法辅助理解，又如多重循环，学生普遍反映抽象难懂，课堂以百钱百鸡问题为例，采取抽象思维形象化的方法，用连线的形式将抽象问题形象地呈现出来，让学生理解多重循环的原理本质（如图5）。
再回到插入排序，下面采用思维可视化手段将各子问题进行深入理解，各个击破。
子问题①，在数组中查找合适的插入位置（WZ）时，明确既可以从前往后查找，也可从后往前查找，继而引导学生根据图示，写出两种方向查找位置的For循环程序代码，接着以算法练习语法，引导学生将各自的For循环结构改写成Do循环结构（如图6）。
在教学过程中，学生的疑难在于最后查找的WZ到底是i、i 1还是i-1，此时应引导学生将待插入数据结合图4的可视化模型及图6的程序执行，即可得出，正确结论。个别学生提出如数据量大且重复数据较多，用这种查找方案复杂度太大，此时可引导学生思考采用二分查找法定位，或采用二分微增量近似查找法定位，这样进行师生互动研究，能够达到教学相长。
● 现状与问题
近年来，随着新课改的深化推进，尤其是浙江省作为新高考改革试点率先将信息技术纳入到选考科目，信息技术学科教學取得了长足的发展和进步，但也出现了一些问题。
1.教师教学方面
当前选考教学内容分散繁杂，缺乏统一有效的教学模式。教师教学中一般以讲评试题为主，未能创设真实复杂的实际问题情境引导学生学习，且算法解释较浅表化（用抽象解释抽象，难以有效利用学生前在经验）;未能帮助学生亲历算法抽象过程（经历认知冲突、整合、生长）并建立知识网络;未能帮助学生有效辨识问题条件和变式情境;未能促进学生算法知识在问题解决中的有效迁移。
2.学生学习方面
从学生在选考课堂教学及考试分析中的表现来看，学生缺乏对算法知识的真正理解，对算法模型的应用条件认识不清，对所呈现的情境未能有效辨识其本质性问题（母题与子题）。知识呈现零散碎片化的状态，缺乏知识脉络之间的联系，导致很难提取运用。且学生对问题的本质的理解以及对算法的理解都不够深刻，内化不足。
● 思维可视化学习法则及其教学模式建构
思维可视化是指把学习过程中原本不可见的思维结构、方法、规律运用一系列的图示、动画等方法予以呈现出来，以期达到易于接受、增强记忆、加深理解的目的，其本质是隐形思维显性化的过程。思维品质是高中信息技术学科核心素养的关键。新课标建议教师以实际问题出发，建模得到算法的本源，并将它进行自动化应用。针对当前信息技术选考算法教学现状与问题，本研究提出思维可视化教学模式（如下页图1）。该模式以发展学生的思维能力为教学着力点，以思维的可视化为手段，将系统性模式化的思维训练与学科教学实践有效融为一体。
其教学模式步骤为：一是让学生针对实际问题通过图示或图示组合等方式进行意义建构形成算法结构雏型;二是将结构雏型依计算机能处理的方式进行子问题分解，并通过思维可视化途径深入理解各子问题，而后对各子问题各个击破解决;三是串珠成链系统构建算法模型并迁移运用，内化该算法模型，进而提升计算思维能力。
● 具体应用举例
综合学科教学指导意见、高考卷以及各地市模拟卷，统计归类常见的选考算法专题，如排序算法，又细分为冒泡排序、选择排序、快速排序、插入排序、桶排序、希尔排序等子专题。针对各子专题，本研究根据学生的知识碎片现状对整个单元进行设计，结合认知规律，首先从生活中常见的实例出发，通过图示等思维可见方式进行意义建构，从而形成算法的结构模型，大致了解算法原理，然后将结构模型分解，经由思维可视化深入理解、各个击破子问题，达到深层次理解掌握算法原理的目的，最后系统构建的算法模型，针对学生语法掌握不透彻的现象引导其进行上机编程调试，以算法巩固语法，促进语法的掌握运用，同时对算法模型进行变式内化运用，让学习在课堂真正发生，让思维提升过程在课堂真正发生。
1.具体问题的意义建构
意义建构所建构的意义是指事物的性质、规律以及事物之间的内在联系。插入排序的实际问题模型即每次从桌子上拿走一张牌并将它插入到左手中正确的位置（如图2），重复多次该过程，即完成整个理牌过程，也即完成全部数据的插入排序。
在Photoshop中，我们也常对图像进行自由变换操作，图像变换背后蕴含的实际问题模型即将每个像素点的数据进行相应的变换，图3所示是以水平变换为例，得到算法雏形。
2.分解结构模型，构建子问题并解决
回到插入排序课例，因直接研究全部的数据插入较为困难，且不易理清思路，结合第1步的意义建构，我们不妨先研究如何插入一个数据，在明确了如何插入一个数据到正确位置的方法思路之后，再研究插入其他数据，如法炮制即可。子问题分解时，必须明确一个重要前提，即左手中的牌已经是排好序的（如插入数据和已有数据重复，约定新数据在右边顺接插入）。联想上述摸牌理牌过程，当新拿到一张牌时，首先眼脑并用已自动找到新牌的待插入位置，然后将该位置上的原有牌移开，腾出位置，最后将新拿到的牌插入到刚腾出的位置。因此插入排序算法结构模型可大致分解归结为三个子问题：①查找位置;②移位腾出;③数据插入。最后将该思维过程抽象出可视化模型，如图4所示。
思维可视化手段是对问题进行深入理解的利器，如For循环语句可采用变量列表跟踪分析法辅助理解，又如多重循环，学生普遍反映抽象难懂，课堂以百钱百鸡问题为例，采取抽象思维形象化的方法，用连线的形式将抽象问题形象地呈现出来，让学生理解多重循环的原理本质（如图5）。
再回到插入排序，下面采用思维可视化手段将各子问题进行深入理解，各个击破。
子问题①，在数组中查找合适的插入位置（WZ）时，明确既可以从前往后查找，也可从后往前查找，继而引导学生根据图示，写出两种方向查找位置的For循环程序代码，接着以算法练习语法，引导学生将各自的For循环结构改写成Do循环结构（如图6）。
在教学过程中，学生的疑难在于最后查找的WZ到底是i、i 1还是i-1，此时应引导学生将待插入数据结合图4的可视化模型及图6的程序执行，即可得出，正确结论。个别学生提出如数据量大且重复数据较多，用这种查找方案复杂度太大，此时可引导学生思考采用二分查找法定位，或采用二分微增量近似查找法定位，这样进行师生互动研究，能够达到教学相长。