如何在算法教學(xué)中提升學(xué)生的計(jì)算思維

李斯斯

（浙江省溫州市甌海區(qū)第二高級(jí)中學(xué)，浙江 溫州）

一、信息技術(shù)核心素養(yǎng)與算法教學(xué)意義綜述

為了讓學(xué)生更好地適應(yīng)當(dāng)前信息社會(huì)，掌握基本的信息技術(shù)技能，形成良好的個(gè)性發(fā)展和能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，教育部提出了核心素養(yǎng)這個(gè)概念。按照當(dāng)前教育部對(duì)課程的定義培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)核心素養(yǎng)，即具備信息意識(shí)、計(jì)算思維等基本素質(zhì)，形成數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的習(xí)慣、認(rèn)識(shí)了解信息社會(huì)責(zé)任并融入當(dāng)前飛速發(fā)展的信息社會(huì)。

《算法與程序設(shè)計(jì)》課程作為提升學(xué)生計(jì)算思維的入門課程，著重介紹了枚舉算法、解析算法、冒泡排序、選擇排序、順序查找、對(duì)方查找和遞歸算法等基本算法。在計(jì)算機(jī)科學(xué)的學(xué)習(xí)中，算法的重要性是眾所周知的，當(dāng)前多種教育理論都將算法教學(xué)作為計(jì)算機(jī)教學(xué)的基礎(chǔ)和重點(diǎn)，算法不僅是程序設(shè)計(jì)的依據(jù)，同時(shí)也是組成程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的主要描述手段。加強(qiáng)算法教學(xué)不僅可以直接提升學(xué)生的計(jì)算思維素質(zhì)，而且良好的算法基礎(chǔ)對(duì)于提升學(xué)生其他方面的信息技術(shù)核心素養(yǎng)也有著固本筑基的作用。

二、高中學(xué)生算法教學(xué)面臨的主要問題

一是目前高中學(xué)生接受能力差異大，教學(xué)容易讓教師看不到學(xué)生的實(shí)際掌握情況，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。學(xué)生的自主探究能力差，大多數(shù)學(xué)生不會(huì)在課后彌補(bǔ)自己的基礎(chǔ)知識(shí)。二是教學(xué)內(nèi)容難和課程體量大。對(duì)排序算法、查找算法和遞歸算法等，學(xué)生都是初次接觸，相對(duì)而言比較難學(xué)。浙江信息技術(shù)學(xué)科納入高考，加試題更是難懂，不僅涵蓋了課本上的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，還會(huì)出現(xiàn)學(xué)生未知的一些知識(shí)。因此，教師需要花費(fèi)更多的備課時(shí)間，同時(shí)還需要增加自身知識(shí)的廣度和深度，在授課過程中采取一定的教學(xué)策略提升學(xué)生的計(jì)算思維，以便學(xué)生在高考中游刃有余。

三、基于提升計(jì)算思維的算法教學(xué)實(shí)踐初探

1.將情景式教學(xué)融入算法教學(xué)課程中

由于計(jì)算思維是一種針對(duì)解決問題而產(chǎn)生的程序性思維，所以教師在進(jìn)行算法教學(xué)時(shí)，相關(guān)情景式問題的帶入是十分必要的。擬真的情景式帶入可以讓學(xué)生真實(shí)地面對(duì)問題，解決問題，提升學(xué)習(xí)效率的同時(shí)也能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如在進(jìn)行枚舉算法教學(xué)時(shí)，教師可以通過“韓信點(diǎn)兵”的問題來(lái)創(chuàng)設(shè)情景，開展教學(xué)：“按照韓信的描述，如果每3名士兵編為一隊(duì)，則最后余下1人；若每5名士兵編為一隊(duì)，則最后余下2人；若每7名士兵編為一隊(duì)，則最后余下2人。求韓信到底有多少士兵？（士兵總數(shù)不超過100）”這種問題的帶入形式可以幫助學(xué)生形象地對(duì)問題進(jìn)行分析和判斷，進(jìn)而通過現(xiàn)有的知識(shí)來(lái)對(duì)問題求解。在此基礎(chǔ)上，教師可以介紹有關(guān)“韓信點(diǎn)兵”在計(jì)算機(jī)算法中的具體表現(xiàn)，比如用流程圖進(jìn)行教學(xué)。由于計(jì)算思維的對(duì)象是日常生活中出現(xiàn)的各種問題，所以教師可以利用情景模式的多樣性和實(shí)際性令學(xué)生在解決實(shí)際問題過程中使自身的計(jì)算思維得到切實(shí)提升。

2.多種符號(hào)表征下的算法教學(xué)

計(jì)算思維作為一種思維形式，其表達(dá)方式是多樣的，在傳統(tǒng)算法教學(xué)課程中，教師通常使用流程圖進(jìn)行單一教學(xué)。流程圖的形式固然能夠幫助學(xué)生直觀地對(duì)算法模式進(jìn)行理解和學(xué)習(xí)，但是在現(xiàn)實(shí)情況下，流程圖的形式在具體開展和操作過程中都會(huì)存在一定的局限性，有些過于復(fù)雜的算法表述形式通過流程圖來(lái)展示，但由于其復(fù)雜性展示，在教學(xué)過程中效果往往適得其反。所以教師進(jìn)行算法教學(xué)過程中除了流程圖之外還可以通過多種符號(hào)表征的方法來(lái)綜合性地給學(xué)生展示算法流程，幫助學(xué)生對(duì)算法進(jìn)行高效學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用。

比如，在進(jìn)行冒泡排序算法教學(xué)時(shí)，教師除了在傳統(tǒng)流程圖展示的基礎(chǔ)上還可以采用N-S流程圖的形式向?qū)W生進(jìn)行介紹（如下圖）。

N-S流程圖效果

可以看出，通過這種多符號(hào)表征方法來(lái)開展算法教學(xué)可以利用形式多樣的特點(diǎn)來(lái)向?qū)W生進(jìn)行多種思維模式間的轉(zhuǎn)換訓(xùn)練，可以有效地提升學(xué)生自身的計(jì)算思維。

綜上所述，計(jì)算思維作為當(dāng)前高中階段信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)中的重要環(huán)節(jié)，在教學(xué)過程中，教師只有通過積極地情景帶入和算法模式多樣性教學(xué)的有效開展，才能從根本上保障學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。