高中信息技術教育中的算法思維培養研究

林振平

廣州市第八十六中學 廣州 510700

1 算法思維的定義

在與普通高中實驗教科書有關的《信息技術（培訓資料）》中提出這樣的看法：“身處信息社會的學生還必須掌握兩種思維方法：批判性思維和算法思維。算法思維通常被認為是解決問題的過程性思維方法，但我們則進一步把算法思維看作是人與機器共通的思維形式。”

在本文開展研究過程中，本文把它視為發現問題、確定問題以及就問題展開相關分析的組成部分。這樣就可以在很大程度上分析、分解以及簡化問題，從而可以更好地解決問題。作為行之有效的分析和解決方法，教師需要在教學過程中訓練學生的算法思維模式，這樣就能夠讓學生更好地分析問題，把握它的現象與本質，為理解其他相似問題提供有益的思考經驗。

2 意義

2.1 提高思維能力

盡管算法都具備了強大的形式與功能，但是它們的形成和發展都經歷了一系列過程，人們也需要不斷地感知、觀察、抽象、識別、歸納算法的相關資料和信息。同時，還要不斷地發現、利用、選擇以及推廣算法等，這些過程在很大程度上體現了人們的算法思維水平和算法能力。此外，也可以詳細而真實地體現學生的數學思維能力，學生就可以理性地思考和判斷在這些事物中所隱藏的數學模式，從而為解決問題提供更好的思路和方法。

2.2 培養行事邏輯思維能力

算法可以在很大程度上減輕人們的數學腦力勞動，盡管它的形式比較機械化，很多情況下還可以借助計算機來取代它們。算法思維可以非常獨特的方式來廣泛地描述各類操作程序。因此，在學習算法的過程中，學生可以理解和體驗算法過程，較好地理解和把握算法的精神和思想，這樣就可以讓他們切實可行地借助算法來解決實際問題。在數學、計算機等科目中存在算法，而且在日常生活中也能夠運用算法來處理問題。從它的概念可以看出來，在算法中的各部分都遵循了相當詳細而明確的規則，這樣才能夠根據相關順序、循環以及條件分支來形成相關的序列性結構。這樣一來，人們可以更好地把握事物操作步驟和程序，也可以強化人們的條理性思維習慣。

在處理異常復雜的資料、信息和問題的過程中，算法思維在很多情況下被當成解決問題的過程性思維方法。人們通常會借助制作程序框圖來更好地描述、表達和分析問題，這樣就能夠在很大程度上理順問題要素之間的關系，也可以有條理地組織相關信息。在日常生活中，人們可以根據具體“算法”來快速地解決各類問題，這也是它在日常生活、工作中的具體體現和滲透。在這種情況下，人們可以形成清晰的思路，理順各部分關系，這也就能夠有輕有重、分清主次地解決具體問題。

3 高中信息技術教學中算法思維培養的活動設計策略

3.1 算法思維——指向問題解決能力

人腦通過言語、表象以及相關的動作來實現思維過程，它可以高度地概況和簡潔地反映出客觀事物的各方面信息。它也能夠展示出事物的本來特征以及內部要素之間的關系，因此是高級的認識形式。在處理問題的過程中，人們要通過自己所擁有的知識來解決這些未知問題，準確地發現和找到可以解決問題的手段或途徑，這一系列過程就被稱為問題解決。

算法思維恰如其分地代表著這個過程：一系列既定的相關操作步驟，在分析和協調的基礎上，導致某個問題的解決。所以，提高學生的算法思維能力，建立在提升學生的邏輯思維水平以及問題解決能力的基礎之上。這樣一來，對正處在高中階段的學生來說，他們可以在學習程序設計的基礎上，進一步提升自己的算法思維水平和算法思維能力，也可以進一步地提升自己的問題解決能力。在這個過程中，高中學生已經有了非常好的形式運演能力，可以借助相關的程序設計語言、流程圖以及偽代碼等形式，來進一步地把握程序設計中的算法內涵。而且還可以將此類思維模式運用到生活和學習中去，進一步提升自己的行事邏輯能力。

3.2 算法思維培養的基本過程

在信息技術課堂教學過程中，可以將算法教學分為3種：算法理解、形成以及發展的教學類型，算法多樣化的教學類型，算法修改的教學類型。教師可以根據教學內容的不同而采用有所差異的教學設計，也可以在培養學生算法思維的過程中分別注重算法思維的理解、形成以及應用等不同階段。

4 算法思維培養的實踐策略

4.1 教師引導學生自主探索設計算法

首先，學生可以借助Java程序來設計計算機語言，也可以獨立地驗證運行算法程序。這樣一來，學生可以借助程序開展自由證明和猜想活動，在自由想象的空間中學生的個性得到了充分的發展，創造性學習也由此產生。從心理學的角度來看，算法學習并不是創造性學習，這是因為教師沒有必要向學生灌輸現成算法，只是在教學過程中盡可能地發揮出來學生的積極性和主動性。這樣一來，他們就能夠在Pascal集成環境或者Java環境嘗試開展構造性的學習活動，算法學習也就成為創造性的學習活動。從這種角度來看，學生的積極體驗、自發組織以及開展算法的學習活動能夠在很大程度上幫助學生消除學習程序設計的畏懼感，學生也可以在這個過程中全面地把握內涵，從而抓住把握和解決問題的普遍方法。

4.2 問題驅動激發算法學習動機

教師要在算法教學過程中充分地激發學生的學習動機和學習熱情，這樣一來，學生就能夠很好地把握學習方向和學習目的。學習原因、學習的調節與結果就是最好的動因。但是，在現行的計算機教學設計過程中，對學習動因的關注并不多見。這就要求教師在教學算法與開展程序設計教學的過程中，借助相關的Pascal語言或者Java語言的特征，設置好問題驅動方法。這就要求學生運用算法思想來處理實際問題，能夠在很大程度上激發他們的學習動機。

4.3 注重程序設計的網絡學習環境設計

在Pascal環境以及Java環境學習算法的過程中，教師可以充分地借助網絡的巨大優勢，全面而準確地構建開展人機交互、師生交互以及生生交互的氛圍和環境。在這種情況下，考慮到Java以及Pascal的強大語言特點，它們都在很大程度上提供了非常友好的人機交互界面。而且盡管它們都表述了內涵方法的算法思想和算法理念，但是命令語句確實言簡意賅。所以，教師要在開展算法設計的過程中提供良好的多元化環境，這樣就能夠在很大程度上增強學生的學習積極性和主動向。

4.4 算法學習的評價多元化

通過訓練學生的算法思維，就能夠為學生設定非常好的學習構建環境。而且在此構建環境中，學習可以自主學習。他們根據自己的認知結構以及所形成的自主性學習方法，從而選學適合自己的算法知識，還可以自主地規定算法學習的進度。所以，在算法學習過程中，教師要充分地關注學生的學習動機、興趣、能力以及協作能力等若干方面，這些都應該在教學過程中成為進一步考核學生學習效果的相關因子。也只有這樣，才能更好地觀察學生在算法學習過程中的結果和效果。

5 結束語

從上文分析可以看出，算法思維的學習可以提升學生的思維能力，培養他們的行事邏輯能力。在活動設計方面，可以培養學生的指向問題解決能力，注重算法思維培養的基本過程。在算法思維培養的實踐策略方面，教師可以引導學生自主探索設計算法，也可以設置問題驅動激發算法學習動機。此外，還要注重程序設計的網絡學習環境設計，多元化地開展算法學習的評價，這樣才能夠更好地理解算法思維，提升算法能力。

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