趙科

摘要：本文介紹了計(jì)算思維的概念及其與程序設(shè)計(jì)的關(guān)系，提出了高中程序設(shè)計(jì)課程中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的三種策略與方法，以期為中學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；信息技術(shù)；策略；教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2019）08-0044-02

計(jì)算思維在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中的地位和作用越來(lái)越突出，《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出：“計(jì)算思維具有學(xué)科的獨(dú)特性，它最能反映學(xué)科本質(zhì)的核心與關(guān)鍵要素，在某種程度上影響著學(xué)科核心素養(yǎng)的總體質(zhì)量?！蹦敲?，在教學(xué)中教師應(yīng)該如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維？如何把計(jì)算思維的培養(yǎng)融入到數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)和信息社會(huì)等學(xué)科大概念的學(xué)習(xí)中？如何讓學(xué)生在不同的問(wèn)題情境中，運(yùn)用計(jì)算思維形成解決問(wèn)題的方案，體驗(yàn)信息技術(shù)行業(yè)實(shí)踐者真實(shí)的工作模式和思考方式？這些問(wèn)題都值得信息技術(shù)教師思考。下面，筆者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為大家分享一些培養(yǎng)計(jì)算思維的方法和策略，以期為廣大信息技術(shù)教師提供參考。

從計(jì)算思維的要素入手，有針對(duì)性地培養(yǎng)計(jì)算思維

2013年，英國(guó)南安普敦大學(xué)的Cynthia Selby博士和John Woollard博士提出，計(jì)算思維包括算法思維、評(píng)估、分解、抽象、概括這五個(gè)方面的要素。信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，“算法與程序設(shè)計(jì)”是高中的一個(gè)選修模塊，該內(nèi)容是讓學(xué)生進(jìn)一步體驗(yàn)算法思想，能從簡(jiǎn)單問(wèn)題出發(fā)，設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的算法，并能初步使用一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編制程序?qū)崿F(xiàn)算法解決問(wèn)題。Cynthia Selby博士和John Woollard博士關(guān)于計(jì)算思維的觀(guān)點(diǎn)比較適合該內(nèi)容的教學(xué)。教師在進(jìn)行該模塊課堂教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)對(duì)計(jì)算思維各個(gè)要素的思考，結(jié)合教學(xué)目標(biāo)和課堂教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)計(jì)算思維中的一個(gè)或多個(gè)方面的思維培養(yǎng)，精心組織好培養(yǎng)計(jì)算思維的課堂教學(xué)活動(dòng)。

例如，在“循環(huán)嵌套”的教學(xué)中，筆者以九九乘法表輸出問(wèn)題為例，將這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了“分解”，按照如下的順序設(shè)計(jì)問(wèn)題并編程，逐步實(shí)現(xiàn)九九乘法表的輸出。

①用一個(gè)FOR循環(huán)語(yǔ)句在一行中輸出1*1=1，1*2=2……1*9=9樣式的9列數(shù)據(jù)。

②再用一個(gè)FOR循環(huán)語(yǔ)句輸出9行，依次輸出1到9這幾個(gè)數(shù)。

③將第一個(gè)循環(huán)語(yǔ)句放在第二循環(huán)語(yǔ)句的循環(huán)體內(nèi)，修改輸出表達(dá)式，將輸出的9行數(shù)字轉(zhuǎn)化成9行9列九九乘法表。

④最后研究輸出格式中數(shù)字的變化規(guī)律，修改九九乘法表中各行數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，將輸出的9行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成完整的三角形樣式，實(shí)現(xiàn)真正九九乘法表的輸出。

筆者通過(guò)這個(gè)例子，想讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到當(dāng)遇到一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，可以應(yīng)用分解思維把問(wèn)題分解成具體的有序而詳細(xì)的步驟，循序漸進(jìn)，逐步解決問(wèn)題，培養(yǎng)其通過(guò)分解來(lái)認(rèn)識(shí)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的意識(shí)與能力。

倡導(dǎo)多樣化的算法思維，充分利用算法優(yōu)化過(guò)程

由于學(xué)生心理特征和思維方式存在個(gè)體差異，在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該尊重學(xué)生不同的認(rèn)知方式。在讓學(xué)生學(xué)習(xí)教師分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法的同時(shí)，倡導(dǎo)多樣化的算法思維，鼓勵(lì)學(xué)生從不同角度認(rèn)識(shí)問(wèn)題，用不同方法表達(dá)算法，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題求解，盡量激發(fā)學(xué)生的思維活動(dòng)，編寫(xiě)多種程序來(lái)解決同一個(gè)問(wèn)題，并鼓勵(lì)學(xué)生改寫(xiě)別人編寫(xiě)的程序，從而發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維的靈活性，培養(yǎng)、激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、探索精神和問(wèn)題求解能力。同時(shí)，教師給予適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)算法的性能進(jìn)行評(píng)估：答案是否正確？速度是否夠快？對(duì)資源的占用是否經(jīng)濟(jì)？是否能促進(jìn)合理經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)生？綜合考慮這些指標(biāo)對(duì)算法進(jìn)行整體評(píng)估、反思和進(jìn)一步探索，通過(guò)交流達(dá)到簡(jiǎn)化并優(yōu)化算法的目標(biāo)。

例如，在解決“求兩個(gè)正整數(shù)的最大公約數(shù)”的問(wèn)題時(shí)，學(xué)生經(jīng)常會(huì)選擇“輾轉(zhuǎn)相除法”和“窮舉法”兩種不同的算法編寫(xiě)程序。這時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析這兩種解決方案的質(zhì)量、算法效率，通過(guò)比較對(duì)這兩種算法進(jìn)行整體評(píng)估，讓學(xué)生選擇一種最佳的解決問(wèn)題的方案，這樣不僅掌握了算法分析的一般方法和過(guò)程，還可將該問(wèn)題的求解過(guò)程進(jìn)行推廣并移植到更廣泛的問(wèn)題中。

重視上機(jī)實(shí)驗(yàn)

程序設(shè)計(jì)是一門(mén)實(shí)踐性學(xué)科，上機(jī)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的重要手段，是程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)的核心。中學(xué)生一般對(duì)新鮮事物有很強(qiáng)的好奇心，他們好學(xué)、好問(wèn)。所以，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要適合學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和心理特點(diǎn)，盡量生活化、趣味化，體現(xiàn)計(jì)算思維。例如，在分支程序結(jié)構(gòu)教學(xué)中，可以結(jié)合當(dāng)?shù)爻鲎廛?chē)計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，要求學(xué)生設(shè)計(jì)程序，進(jìn)行計(jì)算思維訓(xùn)練。

另外，要培養(yǎng)并提高學(xué)生調(diào)試程序的能力。學(xué)生在調(diào)試程序時(shí)，需要像計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序一樣去思考執(zhí)行語(yǔ)句，理解執(zhí)行每一條語(yǔ)句應(yīng)該出現(xiàn)的結(jié)果，并與實(shí)際的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行比較。當(dāng)發(fā)現(xiàn)效果與預(yù)想有偏離時(shí)，就要不斷地糾錯(cuò)、調(diào)整修改程序，采用不同的算法解決問(wèn)題。因此調(diào)試程序是計(jì)算思維重要的方面，通過(guò)調(diào)試程序引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的思維能力和編程習(xí)慣，思考和分析已有算法的優(yōu)缺點(diǎn)，積累經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而對(duì)算法進(jìn)行簡(jiǎn)化和優(yōu)化，逐步訓(xùn)練提高他們分析、解決問(wèn)題和開(kāi)拓創(chuàng)新的能力。

結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算思維的實(shí)質(zhì)是一種問(wèn)題求解的思維方式。因此我們不僅要在“算法與程序設(shè)計(jì)”模塊中強(qiáng)化計(jì)算思維培養(yǎng)，還要努力把它推廣到其他課程內(nèi)容模塊中，只要結(jié)合信息技術(shù)課程內(nèi)容，靈活地采取多種滲透培養(yǎng)計(jì)算思維的策略和方法，挖掘與精心設(shè)計(jì)培養(yǎng)計(jì)算思維的課堂活動(dòng)，就可將計(jì)算思維的培養(yǎng)融入到數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)和信息社會(huì)這四個(gè)學(xué)科大概念的學(xué)習(xí)中，將計(jì)算思維的培養(yǎng)落到實(shí)處。

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