高中程序設(shè)計課程計算思維培養(yǎng)的策略與方法

趙科

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

關(guān)鍵詞：計算思維；信息技術(shù)；策略；教學

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2019）08-0044-02

計算思維在中小學信息技術(shù)教學中的地位和作用越來越突出，《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》提出：“計算思維具有學科的獨特性，它最能反映學科本質(zhì)的核心與關(guān)鍵要素，在某種程度上影響著學科核心素養(yǎng)的總體質(zhì)量。”那么，在教學中教師應(yīng)該如何培養(yǎng)學生的計算思維？如何把計算思維的培養(yǎng)融入到數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)和信息社會等學科大概念的學習中？如何讓學生在不同的問題情境中，運用計算思維形成解決問題的方案，體驗信息技術(shù)行業(yè)實踐者真實的工作模式和思考方式？這些問題都值得信息技術(shù)教師思考。下面，筆者根據(jù)實踐經(jīng)驗為大家分享一些培養(yǎng)計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。

從計算思維的要素入手，有針對性地培養(yǎng)計算思維

2013年，英國南安普敦大學的Cynthia Selby博士和John Woollard博士提出，計算思維包括算法思維、評估、分解、抽象、概括這五個方面的要素。信息技術(shù)課程標準中，“算法與程序設(shè)計”是高中的一個選修模塊，該內(nèi)容是讓學生進一步體驗算法思想，能從簡單問題出發(fā)，設(shè)計解決問題的算法，并能初步使用一種程序設(shè)計語言編制程序?qū)崿F(xiàn)算法解決問題。Cynthia Selby博士和John Woollard博士關(guān)于計算思維的觀點比較適合該內(nèi)容的教學。教師在進行該模塊課堂教學過程的設(shè)計時，可以通過對計算思維各個要素的思考，結(jié)合教學目標和課堂教學內(nèi)容，針對計算思維中的一個或多個方面的思維培養(yǎng)，精心組織好培養(yǎng)計算思維的課堂教學活動。

例如，在“循環(huán)嵌套”的教學中，筆者以九九乘法表輸出問題為例，將這個問題進行了“分解”，按照如下的順序設(shè)計問題并編程，逐步實現(xiàn)九九乘法表的輸出。

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

②再用一個FOR循環(huán)語句輸出9行，依次輸出1到9這幾個數(shù)。

③將第一個循環(huán)語句放在第二循環(huán)語句的循環(huán)體內(nèi)，修改輸出表達式，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，實現(xiàn)真正九九乘法表的輸出。

筆者通過這個例子，想讓學生認識到當遇到一個復雜問題時，可以應(yīng)用分解思維把問題分解成具體的有序而詳細的步驟，循序漸進，逐步解決問題，培養(yǎng)其通過分解來認識問題、分析問題、解決問題的意識與能力。

倡導多樣化的算法思維，充分利用算法優(yōu)化過程

由于學生心理特征和思維方式存在個體差異，在教學過程中，教師應(yīng)該尊重學生不同的認知方式。在讓學生學習教師分析問題、解決問題的方法的同時，倡導多樣化的算法思維，鼓勵學生從不同角度認識問題，用不同方法表達算法，實現(xiàn)問題求解，盡量激發(fā)學生的思維活動，編寫多種程序來解決同一個問題，并鼓勵學生改寫別人編寫的程序，從而發(fā)展學生計算思維的靈活性，培養(yǎng)、激勵學生的創(chuàng)新意識、探索精神和問題求解能力。同時，教師給予適當?shù)脑u價，并引導學生對算法的性能進行評估：答案是否正確？速度是否夠快？對資源的占用是否經(jīng)濟？是否能促進合理經(jīng)驗的產(chǎn)生？綜合考慮這些指標對算法進行整體評估、反思和進一步探索，通過交流達到簡化并優(yōu)化算法的目標。

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

重視上機實驗

程序設(shè)計是一門實踐性學科，上機實驗是培養(yǎng)學生計算思維能力的重要手段，是程序設(shè)計課程教學的核心。中學生一般對新鮮事物有很強的好奇心，他們好學、好問。所以，設(shè)計實驗內(nèi)容要適合學生的知識結(jié)構(gòu)和心理特點，盡量生活化、趣味化，體現(xiàn)計算思維。例如，在分支程序結(jié)構(gòu)教學中，可以結(jié)合當?shù)爻鲎廛囉嬞M標準，要求學生設(shè)計程序，進行計算思維訓練。

另外，要培養(yǎng)并提高學生調(diào)試程序的能力。學生在調(diào)試程序時，需要像計算機執(zhí)行程序一樣去思考執(zhí)行語句，理解執(zhí)行每一條語句應(yīng)該出現(xiàn)的結(jié)果，并與實際的執(zhí)行結(jié)果進行比較。當發(fā)現(xiàn)效果與預(yù)想有偏離時，就要不斷地糾錯、調(diào)整修改程序，采用不同的算法解決問題。因此調(diào)試程序是計算思維重要的方面，通過調(diào)試程序引導學生養(yǎng)成良好的思維能力和編程習慣，思考和分析已有算法的優(yōu)缺點，積累經(jīng)驗，進而對算法進行簡化和優(yōu)化，逐步訓練提高他們分析、解決問題和開拓創(chuàng)新的能力。

結(jié)束語

計算思維的實質(zhì)是一種問題求解的思維方式。因此我們不僅要在“算法與程序設(shè)計”模塊中強化計算思維培養(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)計算思維的策略和方法，挖掘與精心設(shè)計培養(yǎng)計算思維的課堂活動，就可將計算思維的培養(yǎng)融入到數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)和信息社會這四個學科大概念的學習中，將計算思維的培養(yǎng)落到實處。

參考文獻：

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