跳出程序設(shè)計(jì)培養(yǎng)計(jì)算思維

倪凌云

隨著時(shí)代的發(fā)展，作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一的計(jì)算思維成了信息技術(shù)學(xué)科中的熱詞，但計(jì)算思維的培養(yǎng)不可以狹隘地等同于編程教學(xué)，那么，如何在非編程課上滲透計(jì)算思維教學(xué)？下面，筆者以蘇科版信息技術(shù)7年級(jí)教材“第3章 統(tǒng)計(jì)與分析數(shù)據(jù)”單元中的“分類匯總”為例進(jìn)行具體說(shuō)明。

● 連接生活，發(fā)現(xiàn)真實(shí)世界的真實(shí)問(wèn)題

《江蘇省義務(wù)教育信息技術(shù)課程綱要》指出，“義務(wù)教育信息技術(shù)課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，需面向?qū)W生的生活世界，幫助學(xué)生建構(gòu)對(duì)世界的完整認(rèn)識(shí)”，而計(jì)算思維幫助學(xué)生利用計(jì)算機(jī)在抽象世界和現(xiàn)實(shí)世界之間搭建了一座橋梁。因此，教師在教學(xué)中滲透計(jì)算思維時(shí)，首先要找到現(xiàn)實(shí)生活中恰當(dāng)?shù)膯?wèn)題情境。

例如，在學(xué)習(xí)“分類匯總”時(shí)，教師可以拋出如下問(wèn)題：人們普遍認(rèn)為“男生理科好，女生文科好”，為研究男女性別差異對(duì)學(xué)科成績(jī)的影響，請(qǐng)分別統(tǒng)計(jì)男生、女生的語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、英語(yǔ)成績(jī)的平均值。

● 以舊引新，嘗試用舊知識(shí)解決新問(wèn)題

在出示上述問(wèn)題后，教師不要立即講解，而是將學(xué)生分成4人一組，讓其討論嘗試?yán)靡延械闹R(shí)找出問(wèn)題的解決方案，同時(shí)出示如圖1、圖2所示的兩種方案。

方案一：按性別排序后，對(duì)男女分別求值。

方案二：按性別篩選后，對(duì)男女分別求值。

學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)兩種方法求得的平均值不同，第二種方法中的篩選只是數(shù)據(jù)的隱藏，而不是刪除。同時(shí)，第一種方法雖然結(jié)果正確，但比較煩瑣。

● 分析提煉，抽象出問(wèn)題的解決模型

抽象出問(wèn)題的解決模型是計(jì)算思維的本質(zhì)之一。本環(huán)節(jié)首先對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化，對(duì)事物的本質(zhì)進(jìn)行理性的、無(wú)歧義的描述。初一學(xué)生的思維正處于感性向理性過(guò)渡的時(shí)期，在面對(duì)真實(shí)世界紛繁復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)，容易受到非本質(zhì)因素的干擾。那么，如何提煉關(guān)鍵要素對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象化？筆者采用了以下步驟。

1.概念分析，為建立模型做鋪墊

首先，出示概念——分類匯總就是按照某個(gè)字段進(jìn)行分類，再根據(jù)某些字段的取值進(jìn)行相同的統(tǒng)計(jì)，如分類求和、分類求平均等。接著進(jìn)行概念分析——可以按照某個(gè)類別（字段）分別統(tǒng)計(jì);可以同時(shí)統(tǒng)計(jì)多項(xiàng)內(nèi)容;多項(xiàng)內(nèi)容統(tǒng)計(jì)的方法有平均值、求和等（但一次只能用一種）。

2.要素提煉，抽象化實(shí)際問(wèn)題

結(jié)合剛才統(tǒng)計(jì)男女平均分問(wèn)題，師生共同總結(jié)分解提煉出分類匯總的三要素（如圖3），進(jìn)而將問(wèn)題抽象化。

3.歸納總結(jié)，提出問(wèn)題解決模型

教師上機(jī)演示用WPS表格中的分類匯總解決此題的方法，并歸納總結(jié)出如圖4所示的問(wèn)題解決模型。

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決模型是有難度的，此時(shí)應(yīng)發(fā)揮教師的主導(dǎo)性作用，幫助學(xué)生建立并理解模型。

● 觸類旁通，自動(dòng)化解決生活中的類似問(wèn)題

在編程教學(xué)中，分析問(wèn)題找到算法是關(guān)鍵。同樣，在解決分類匯總問(wèn)題時(shí)，在上機(jī)操作前，分析問(wèn)題準(zhǔn)確提煉三要素也是關(guān)鍵。為此，在出示完每個(gè)練習(xí)題后，筆者首先設(shè)置問(wèn)題分析環(huán)節(jié)，并利用WPS表格中的函數(shù)實(shí)現(xiàn)即時(shí)批改功能。學(xué)生遞交答案即可以看到表示正確的“★”或“再想想！”的提示語(yǔ)句。有了準(zhǔn)確的分析，再套用問(wèn)題解決模型進(jìn)行上機(jī)操作，便可自動(dòng)化解決此類問(wèn)題。

學(xué)生上機(jī)實(shí)踐題目如下。

任務(wù)描述1：各地教育管理部門將根據(jù)天氣情況下發(fā)是否“停止課間活動(dòng)”的通知，請(qǐng)你協(xié)助統(tǒng)計(jì)各省主要城市AQI、PM2.5及PM10的平均值。

問(wèn)題分析1：分類匯總?cè)厝鐖D5所示。

上機(jī)操作：第一步，按照分類字段“省份”排序;第二步，執(zhí)行“分類匯總”命令（如圖6）。

計(jì)算思維關(guān)注的是問(wèn)題解決，在信息技術(shù)學(xué)科的非編程課上體現(xiàn)計(jì)算思維的例子還有很多，如圖片、聲音、視頻能夠被計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)，也是一個(gè)抽象化與建模的過(guò)程，這一類問(wèn)題的模型就是它們各自的存儲(chǔ)原理。

總之，計(jì)算思維的本質(zhì)是對(duì)求解問(wèn)題的抽象和實(shí)現(xiàn)問(wèn)題處理的自動(dòng)化，在這些方面，編程教學(xué)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。所以，編程教學(xué)是計(jì)算思維培養(yǎng)不可或缺的重要途徑，但絕不是唯一途徑。

本文為江蘇省教育科學(xué)規(guī)劃課題“指向計(jì)算思維的‘程序設(shè)計(jì)初步’區(qū)域教學(xué)實(shí)踐研究”的研究成果。