程序設(shè)計對中學(xué)生創(chuàng)新思維形成的作用

【關(guān)鍵詞】程序設(shè)計 中學(xué)生 創(chuàng)新思維 作用

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2013）11B-0081-02

信息技術(shù)學(xué)科對中學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展有著重要的促進(jìn)作用。《中小學(xué)信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要》指出：要了解程序設(shè)計的基本思想，培養(yǎng)邏輯思維能力。中國計算機(jī)學(xué)會自1995年開始組織全國信息學(xué)奧林匹克聯(lián)賽（NOIP），主要考查學(xué)生的程序設(shè)計能力，其目的之一就是為學(xué)校信息技術(shù)課程教育提供動力和新思路，培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和能力的學(xué)生。

一、程序設(shè)計符合中學(xué)生創(chuàng)新思維的形成規(guī)律

程序設(shè)計的一般過程是：問題分析—模型抽象—算法設(shè)計—代碼編寫—調(diào)試修正。在這個過程中，學(xué)生的邏輯、抽象、聯(lián)想、發(fā)散、收斂等思維方式被充分調(diào)動，刺激其大腦處于興奮的“創(chuàng)造”模式，使創(chuàng)新思維和靈感得以激發(fā)。

著名教育心理學(xué)家林崇德教授在對中學(xué)生運算能力發(fā)展的研究中發(fā)現(xiàn)：抽象邏輯思維的發(fā)展存在著關(guān)鍵期和成熟期，從初二年級開始，學(xué)生的抽象邏輯思維即由經(jīng)驗型水平向理論型水平轉(zhuǎn)化，也就是邏輯抽象思維開始起步，到高中二年級，這種轉(zhuǎn)化初步完成，意味著他們的思維趨向成熟。因成熟前思維發(fā)展變化的可塑性大，成熟后則可塑性小，故而初中二年級（約13-14歲）是中學(xué)階段運算思維的質(zhì)變、關(guān)鍵期，高一、二年級（約15-17歲）是邏輯思維發(fā)展的成熟期。

基于以上的觀點，在初二至高二年級開設(shè)程序設(shè)計課程，符合人的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，能極大促進(jìn)中學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。在對中學(xué)生的成長狀況進(jìn)行跟蹤調(diào)研時發(fā)現(xiàn)：初、高中學(xué)習(xí)過程序設(shè)計的學(xué)生，其思維敏銳、邏輯性強(qiáng)、靈感豐富，創(chuàng)新思維品質(zhì)明顯優(yōu)于沒有學(xué)習(xí)過程序設(shè)計的學(xué)生。

案例：小D高一（1996年）學(xué)習(xí)程序設(shè)計，大學(xué)時成績非常優(yōu)秀，工作后曾按上級要求對導(dǎo)彈發(fā)射控制系統(tǒng)進(jìn)行了多次優(yōu)化，目前，他正帶領(lǐng)科研小組為我國航母“遼寧艦”的導(dǎo)彈控制系統(tǒng)奉獻(xiàn)智慧。更多案例顯示，在初高中學(xué)習(xí)程序設(shè)計并參加過NOIP競賽的學(xué)生，在大學(xué)期間表現(xiàn)會很突出：有的學(xué)生參加ACM大賽獲獎、有的學(xué)生參加國際數(shù)學(xué)建模大賽獲獎、有的學(xué)生參加科技創(chuàng)新大賽獲獎，走上工作崗位后，其創(chuàng)新思維品質(zhì)也是助推他們成為杰出人才的不竭動力。

二、程序設(shè)計能促進(jìn)中學(xué)生創(chuàng)新思維多維度發(fā)展

程序的正確性、健壯性、可靠性等特征要求，使得程序設(shè)計課程成為促進(jìn)中學(xué)生創(chuàng)新思維發(fā)展的最佳選擇。

（一）程序設(shè)計能促進(jìn)中學(xué)生邏輯思維的發(fā)展

在程序設(shè)計的過程中，學(xué)生要對問題進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觯褑栴}抽象成相應(yīng)的模型，提出合理的判斷和推理，把解決問題的思路細(xì)化為算法流程，繼而寫出程序代碼。編程者必須明晰概念條件、分析正確細(xì)微、推斷合理可行，才能保證程序設(shè)計的正確。在這個過程中，學(xué)生的邏輯思維也能得到強(qiáng)化訓(xùn)練。而邏輯思維的過程與創(chuàng)新思維的過程密切相關(guān)，中學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計能促進(jìn)其邏輯思維的發(fā)展，從而為創(chuàng)新思維打下堅實的基礎(chǔ)。

（二）程序設(shè)計能促進(jìn)中學(xué)生發(fā)散思維的發(fā)展

發(fā)散思維又稱求異思維或多向思維，它是對一個問題嘗試從多個方向多種思路尋求答案的思維方式。創(chuàng)新思維往往是按照“發(fā)散→收斂→再發(fā)散→再收斂”的規(guī)律進(jìn)行的。程序的健壯性、可靠性特征，會讓學(xué)生在追求邏輯嚴(yán)謹(jǐn)時又不得不進(jìn)行發(fā)散思維，學(xué)生必須在原有知識結(jié)構(gòu)上嘗試多種思路才能正確解題。例如，在讓學(xué)生編程求“數(shù)塔”路徑上的最值時，初學(xué)者會從上往下采用深度搜索求解，可是當(dāng)給出的“數(shù)塔”層數(shù)過多時，他們會發(fā)現(xiàn)這一方法因為遞歸層數(shù)過深而無法正確求解，從而迫使學(xué)生主動啟用求異思維，設(shè)計出記憶化搜索算法，這種為保證程序正確而變通思路、為保證程序效率而求新求異的情況，在程序設(shè)計中是一種常態(tài)。愛因斯坦曾說過：思維的發(fā)散與組合，似乎就是創(chuàng)新的本質(zhì)。中學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計，可以促進(jìn)其發(fā)散思維的發(fā)展，從而形成初級的創(chuàng)新思維。

（三）程序設(shè)計能促進(jìn)中學(xué)生靈感思維的發(fā)展

靈感思維是人們在長期的探索和積累中形成的一種帶有突發(fā)性的思維形式，又被人們稱為“頓悟”。程序設(shè)計是從學(xué)習(xí)基本語句和基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)開始的，對于初學(xué)者來說，每個程序都是從無到有的創(chuàng)新，每個問題都有一個“思維閾值”，只有突破了這個“思維閾值”，頓悟了，才能寫出正確的程序。譬如，回形矩陣要想到把“圈”作為循環(huán)控制變量、無沖突子集劃分要想到構(gòu)造循環(huán)隊列、優(yōu)化搜索算法要想出巧妙的剪枝方法、動態(tài)規(guī)劃算法要想出合理的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程等等。學(xué)生在進(jìn)行程序設(shè)計時，幾乎每個問題都會引發(fā)一次靈感思維，特別是在解決一些復(fù)雜問題時，學(xué)生經(jīng)過長時間的苦思冥想終于頓悟的時候，那種內(nèi)心的喜悅伴隨著靈感思維的發(fā)展，將對學(xué)生創(chuàng)新思維品質(zhì)的形成起到不可估量的作用。

鑒于國內(nèi)的教育狀況，許多教師都認(rèn)為在中學(xué)開展程序設(shè)計教學(xué)困難重重：中學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)重，高中生又面臨高考壓力，而程序設(shè)計課程要求學(xué)生投入較多精力，也許會對學(xué)生的課業(yè)成績產(chǎn)生不利影響，于是許多中學(xué)放棄了開展程序設(shè)計課程，著實令人遺憾。那么中學(xué)該如何開展程序設(shè)計教學(xué)呢？首先，普通高中要引導(dǎo)學(xué)生選修《算法與程序設(shè)計》。在普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中指定了五個選修模塊，但一些學(xué)校因為《算法與程序設(shè)計》稍有難度而不愿意引導(dǎo)學(xué)生選修該課程。其次，教師要引導(dǎo)學(xué)生積極參加由中國計算機(jī)學(xué)會（CCF）組織的全國信息學(xué)奧林匹克聯(lián)賽（NOIP）。信息技術(shù)教師要善于利用興趣小組、社團(tuán)等組織學(xué)生參加NOIP活動，利用活動時間開展程序設(shè)計輔導(dǎo)，精心設(shè)計輔導(dǎo)過程，使學(xué)生化好奇為興趣，讓學(xué)生在參賽過程中體驗成功的愉悅，引導(dǎo)學(xué)生走上程序設(shè)計的創(chuàng)新之路。

中學(xué)生是思維最活躍的一個群體，他們對未知領(lǐng)域有著天生的興趣，對科學(xué)探究富有激情。通過學(xué)習(xí)程序設(shè)計，可以使學(xué)生學(xué)會自主學(xué)習(xí)、質(zhì)疑反思、合作探究的方法，培養(yǎng)百折不撓的意志品質(zhì)，從而促進(jìn)其創(chuàng)新思維品質(zhì)的形成。

（責(zé)編 易惠娟）