論計算思維的培養(yǎng)

算法與程序?qū)崿F(xiàn)是高中信息技術(shù)課程中一項非常重要的內(nèi)容，它緊扣新課標(biāo)四項核心素養(yǎng)中計算思維培養(yǎng)的課程目標(biāo)。信息技術(shù)課堂應(yīng)將問題解決作為學(xué)習(xí)的一種方式，引導(dǎo)學(xué)生找出藏在計算機學(xué)科知識中的思維。本文以“答題問題”項目為例，談?wù)勗趩栴}解決中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的一些嘗試。

一、以學(xué)生熟悉的問題為情境，啟發(fā)學(xué)生思維

“答題問題”項目嘗試引入一個生活化的概率問題，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)采用計算機可以處理的方式分析問題、建立模型，在解決具體問題的過程中掌握蒙特卡羅算法的基本思想。項目探究問題如下：“你在考試中遇到了一道不會做的選擇題，只好在A、B、C、D四個選項中隨便選一個。假設(shè)你選的答案是A，做完卷子后你再次思考這道題，發(fā)現(xiàn)B、C兩個選項是錯誤的，但還是無法判斷A和D兩個選項哪一個正確。那么，你會繼續(xù)堅持選A，還是將答案改成D呢？”此問題來源于學(xué)生真實的生活情境，有利于引起學(xué)生共鳴。

二、將獨立思考與合作探究相結(jié)合，引領(lǐng)學(xué)生深度思考

“改變最初選擇而答對題目的概率是多少？為什么？”學(xué)生根據(jù)自己現(xiàn)有的知識和經(jīng)驗完成初步探究，紛紛給出自己的結(jié)論并簡單解釋原因。

學(xué)生甲：“由于已經(jīng)排除掉B和C，在剩下的A和D中有一個正確選項和一個錯誤選項，所以每個選項答對的概率是1/2，因此改變與否不影響答對概率，所以我選擇不改變答案?！?/p>

學(xué)生乙：“在選擇了A之后，在剩下的三個答案中又排除了B和C，那意味著選D答對的概率更高，所以我選擇改變答案?！?/p>

以上兩種思考方式看上去都很合理，卻有完全不同的答案，到底哪種答案才正確？此環(huán)節(jié)滲透了計算思維，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會思考，培養(yǎng)他們養(yǎng)成思考的習(xí)慣，并以積極的心態(tài)解決問題，最終發(fā)展和完善其思維能力。

三、將復(fù)雜問題簡單化，在思維碰撞中提升學(xué)生計算思維能力

在遇到相對復(fù)雜的問題時，將問題簡單化是解決問題非常有效的方法。本案例中，教師引導(dǎo)學(xué)生換了一個學(xué)習(xí)的角度——實踐出真知，即只要把答題過程重復(fù)成百上千次，最終正確答案就會顯現(xiàn)出來。但由于我們的精力有限，重復(fù)做成百上千次模擬需要花太長時間，而計算機則可以幫助我們完成這一切。于是，教師順勢引入信息技術(shù)來推動問題探究，培養(yǎng)學(xué)生利用計算機技術(shù)分析、解決問題的能力與習(xí)慣。

師生共同對照人工答題的過程，抽象構(gòu)造出解決問題的具體數(shù)據(jù)模型，教師指導(dǎo)學(xué)生用流程圖描述問題解決的完整過程。學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，在看似枯燥的問題解決過程中不斷實踐，通過計算思維能力的培養(yǎng)，真正理解了蒙特卡羅算法這一概念。

四、信息技術(shù)驅(qū)動，計算思維自動化驗證求解

教師在引入蒙特卡羅算法之后，讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行編程，模擬多次答題的過程，計算多次答題之后的答對概率。學(xué)生在程序中設(shè)置不同的模擬次數(shù)，通過修改參數(shù)來進(jìn)行不同的模擬實驗，再運行程序并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，最后分析運行結(jié)果。在解決問題的過程中，每個學(xué)生都有不同的分工，如修改代碼、記錄數(shù)據(jù)、分析結(jié)果等。最后，基于實驗數(shù)據(jù)，學(xué)生描述他們對“答題問題”的理解。從模擬結(jié)果可以看出，隨著模擬次數(shù)的增加，修改答案的答對概率不斷接近四分之三，驗證了學(xué)生乙對問題的理解，師生由此達(dá)成共識，最終解決問題。

綜上，在信息技術(shù)課堂上，教師在關(guān)注學(xué)生知識與技能學(xué)習(xí)的同時，更應(yīng)關(guān)注學(xué)生良好思維習(xí)慣的養(yǎng)成，讓抽象的計算思維落實到普通問題的解決過程中，不斷提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。