基于計算思維的算法教學互動策略

朱艷

[摘 要]基于計算思維的算法教學互動有其先天的復雜度，教學互動很難有效開展，有思維的深度、知識的多領域等等，傾聽、引導式逆向思維、頭腦風暴等策略，能有效實現不同層面學生的高效互動，在教學中取得很好的教學效果。

[關鍵詞]計算思維；算法教學；互動策略

[中圖分類號] G632.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）18-0061-02

隨著人工智能時代的到來，人工智能化的應用正悄然在社會生活中扮演著越來越重要的角色，信息技術再次成為引領工業變革、社會進步的有力推動力量，培養創新者成為高中信息技術核心素養的重要訴求，而計算思維將成為未來創新思維教育教學的重點，成為當下中小學信息技術教學的重點。

計算思維，源自英文Computing Thinking。2006年3月由卡內基·梅隆大學計算機系主任周以真教授在Communications of the ACM雜志上指出，2010年7月教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會發布了《九校聯盟計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》，美國計算機學科教師協會2011年推出新版本“K-12計算機課程標準”，計算思維是其重要內容之一。國內中小學的計算思維教學已成為教師發展、學生發展的必然選擇。

以高中信息技術算法校本課程為例，計算思維描繪的內容在真實的教學情景之下出現了前所未有的挑戰。以算法教學為例，挑戰一：基于算法的計算思維體驗教學過程中必須包括兩方面的內容，一是編程語言的語法體系，二是計算思維的互動體驗過程。挑戰二：當問題求解過程中計算思維出現斷層時，如何通過互動引導學生批判與創新。

一、計算思維教學互動策略——傾聽的力量

基于算法的計算思維教學有著鮮明的教學特點，教學的主體學生會出現很多無法預料的狀況，比如，全班學生的寂靜表現，對求解問題無從下手，更談不上主動舉手回答問題。基于算法表達的計算思維層面的問題求解帶著很強的創新性思考、數理邏輯、思維歸納總結需求，經過一學期的實踐，我發現——傾聽是打開學生思維的一把有力的鑰匙。首先，要優化教學設計，創設計算機思維層面的完整的問題描述、限制條件。當問題一拋出，教師就傾聽學生發出的聲音，如“嗯”表示在思考，“咦”表示有了矛盾點，“哦”表示有可能有點想法，等等。此時，應抓住學生點點滴滴的思維火花，提升學生計算思維的品質。教學中我發現有的學生喜歡發言，但總不能答到點子上，如果總是試圖鼓勵未回答的學生多思考，效果恰恰相反。傾聽讓我們在教學中明白未發言的很多學生也許是真正在思考的學生，主動但回答不準確的學生往往缺少思維深度。其次，傾聽學生未發出的聲音，如有的學生一思考手就不自覺支撐下巴、摸頭、眉頭緊皺、身體斜坐，等等，根據這些行為可以初估有多少學生在真正思考。傾聽學生的回答讓教師了解學生的思考深度，計算機思維教學互動中，傾聽是一股強大的師生有效溝通的力量。

二、計算思維教學互動策略——引導式逆向思維

數學作為一種工具，在計算思維邏輯表達方面發揮著不可替代的作用。一是由于計算基于數字化表達后才可以實施，二是數字在表達計算思維過程時精確、具體。數字表達方面兼有抽象表達世界與具體量化世界的雙重功能，因此，問題求解過程中，對于步驟過多，邏輯聯系緊密的計算機思維表達一般均采用數理論證體系表達計算思維過程。以下圖為例，我們發現有3行，第1行有1個星，第2行有3個星，第3行有5個星。

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教學中的問題關鍵在于雙重循環語句，關注循環計算思維解決問題的思維方式，與圖中行數及星星個數之間的關系要捋清。其中，星星個數與行數之間的關系又是由數字逆向構建一元一次方程的過程，雖然學生在初中時學過方程，但數學課堂教學往往是給定方程，給出已知因子求未知數的過程。圖中計算思維的本質是要在一堆雜亂的數字中總結方程關系再驗證，然后在編程中應用。思維的深度、梯度、跨度是數學課堂中不能相提并論的。我們在教學實踐中發現，通過引導式的逆向思維能很好地化解難點，比如通過表格化的數據請學生逆向推出方程，即i代表行數值，j代表所在行的星星個數，方程為：j=i×2-1。核心算法通過引導式逆向思維的互動策略引出后，再引導學生小組查詢、探究來完成思考和交流，充分調動學生的團隊合作能力，讓學生看到計算思維的魅力。

三、計算思維教學互動策略——頭腦風暴

問題求解過程常常有些原創性的表達，教師在教學過程中無法遵循常有的思維一步步互動表達，比如，如何用沒有音箱的電腦播放兒歌等等，圍繞主題開展一次短時間的、天馬行空式的頭腦風暴則是互動的最佳策略。頭腦風暴互動策略實施過程中，應設置頭腦風暴協調員，協調員要管理討論的主題，對于偏移主題的討論主動制止，并且提醒大家討論的時間，一般以十分鐘為宜。還需設置頭腦風暴金點子記錄員，在黑板上記錄下大家的金點子。最后由教師點評大家的表現，整理出可以通過計算機思維的方式以程序表達出來的金點子。不管結果如何，頭腦風暴的互動過程可以讓學生充分表達自己的新奇想法。

頭腦風暴關注與促進小組間的合作，從原來的天馬行空，到小組合作框架下的討論；從原來的臆想，到小組合作評估下的設想；從只提點子，到形成比較可行的解決方案，讓頭腦風暴更趨于可行。真正讓學生的天性、靈感與現實的理性思維融合在一起，讓計算思維課堂教學由傳統的線性邏輯的思維切換成離散性的模式，促進學生的全面、自由發展。

四、計算思維教學互動策略——人文引領互動

人類有著豐富的思維文化遺產，學生可能天天在學卻不知道出處。以歐幾里得為例，教師可向學生提問——有一位大師，奠定了現在數學的很多基礎知識，這位大師就是歐幾里得。以人文的方式、一下子將學生吸引住，真正從學生的興趣入手。接著通過百度打開歐幾里得的介紹，無形之中將知識獲取的方式通過演示過程傳達給學生。

教師可用簡短的時間介紹歐幾里得及其傳世著作《幾何原本》《已知數》，阿基米德是他學生的學生……學生通過對人文知識的學習，可認識更多物理學、數學等不同學科的大師。

人文的導入促使學生對大師的認識更豐滿、更全面。尤其是對自己所學的幾何學、阿基米德的很多定理等，人文將對科學的追求、對真理的追求向側面傳遞給學生——我們在學習與感悟與這些大師與這個星球共存亡的一些貢獻。思維的格局和教學的視野決定了學生看問題的角度與深度，同樣是一堂思維課，當教師站在與人類命運共同體共進退的格局下，能喚醒學生的歷史責任感。學習不是個人價值體現，更多的是為這個社會貢獻。

基于計算機思維的算法課堂互動，仍有很大的難度。比如基本算法中的冒泡排序等，如何才能讓沒有多少編程經驗的學生充分理解冒泡排序的精要，有效地互動表達出算法的計算思維，對每一位信息技術教學工作者都是挑戰，仍需要在以后的工作中學習、驗證、總結。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 何欽銘，陸漢權，馮博琴.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養——《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》解讀[J].中國大學教學，2010（9）.

[2] 佐滕學.靜悄悄的革命：課堂改變，學校就會改變[M].北京：教育科學出版社，2014.

（責任編輯 斯 陌）