基于計算思維的算法教學(xué)互動策略

朱艷

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

[關(guān)鍵詞]計算思維；算法教學(xué)；互動策略

[中圖分類號] G632.4 [文獻(xiàn)標(biāo)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(yīng)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(shù)再次成為引領(lǐng)工業(yè)變革、社會進(jìn)步的有力推動力量，培養(yǎng)創(chuàng)新者成為高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)的重要訴求，而計算思維將成為未來創(chuàng)新思維教育教學(xué)的重點，成為當(dāng)下中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)的重點。

計算思維，源自英文Computing Thinking。2006年3月由卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)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(xué)校計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會發(fā)布了《九校聯(lián)盟計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》，美國計算機學(xué)科教師協(xié)會2011年推出新版本“K-12計算機課程標(biāo)準(zhǔn)”，計算思維是其重要內(nèi)容之一。國內(nèi)中小學(xué)的計算思維教學(xué)已成為教師發(fā)展、學(xué)生發(fā)展的必然選擇。

以高中信息技術(shù)算法校本課程為例，計算思維描繪的內(nèi)容在真實的教學(xué)情景之下出現(xiàn)了前所未有的挑戰(zhàn)。以算法教學(xué)為例，挑戰(zhàn)一：基于算法的計算思維體驗教學(xué)過程中必須包括兩方面的內(nèi)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(zhàn)二：當(dāng)問題求解過程中計算思維出現(xiàn)斷層時，如何通過互動引導(dǎo)學(xué)生批判與創(chuàng)新。

一、計算思維教學(xué)互動策略——傾聽的力量

基于算法的計算思維教學(xué)有著鮮明的教學(xué)特點，教學(xué)的主體學(xué)生會出現(xiàn)很多無法預(yù)料的狀況，比如，全班學(xué)生的寂靜表現(xiàn)，對求解問題無從下手，更談不上主動舉手回答問題?；谒惴ū磉_(dá)的計算思維層面的問題求解帶著很強的創(chuàng)新性思考、數(shù)理邏輯、思維歸納總結(jié)需求，經(jīng)過一學(xué)期的實踐，我發(fā)現(xiàn)——傾聽是打開學(xué)生思維的一把有力的鑰匙。首先，要優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，創(chuàng)設(shè)計算機思維層面的完整的問題描述、限制條件。當(dāng)問題一拋出，教師就傾聽學(xué)生發(fā)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(yīng)抓住學(xué)生點點滴滴的思維火花，提升學(xué)生計算思維的品質(zhì)。教學(xué)中我發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生喜歡發(fā)言，但總不能答到點子上，如果總是試圖鼓勵未回答的學(xué)生多思考，效果恰恰相反。傾聽讓我們在教學(xué)中明白未發(fā)言的很多學(xué)生也許是真正在思考的學(xué)生，主動但回答不準(zhǔn)確的學(xué)生往往缺少思維深度。其次，傾聽學(xué)生未發(fā)出的聲音，如有的學(xué)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(jù)這些行為可以初估有多少學(xué)生在真正思考。傾聽學(xué)生的回答讓教師了解學(xué)生的思考深度，計算機思維教學(xué)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(xué)互動策略——引導(dǎo)式逆向思維

數(shù)學(xué)作為一種工具，在計算思維邏輯表達(dá)方面發(fā)揮著不可替代的作用。一是由于計算基于數(shù)字化表達(dá)后才可以實施，二是數(shù)字在表達(dá)計算思維過程時精確、具體。數(shù)字表達(dá)方面兼有抽象表達(dá)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(lián)系緊密的計算機思維表達(dá)一般均采用數(shù)理論證體系表達(dá)計算思維過程。以下圖為例，我們發(fā)現(xiàn)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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★★★

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

三、計算思維教學(xué)互動策略——頭腦風(fēng)暴

問題求解過程常常有些原創(chuàng)性的表達(dá)，教師在教學(xué)過程中無法遵循常有的思維一步步互動表達(dá)，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(fēng)暴則是互動的最佳策略。頭腦風(fēng)暴互動策略實施過程中，應(yīng)設(shè)置頭腦風(fēng)暴協(xié)調(diào)員，協(xié)調(diào)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(shè)置頭腦風(fēng)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(xiàn)，整理出可以通過計算機思維的方式以程序表達(dá)出來的金點子。不管結(jié)果如何，頭腦風(fēng)暴的互動過程可以讓學(xué)生充分表達(dá)自己的新奇想法。

頭腦風(fēng)暴關(guān)注與促進(jìn)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(shè)想；從只提點子，到形成比較可行的解決方案，讓頭腦風(fēng)暴更趨于可行。真正讓學(xué)生的天性、靈感與現(xiàn)實的理性思維融合在一起，讓計算思維課堂教學(xué)由傳統(tǒng)的線性邏輯的思維切換成離散性的模式，促進(jìn)學(xué)生的全面、自由發(fā)展。

四、計算思維教學(xué)互動策略——人文引領(lǐng)互動

人類有著豐富的思維文化遺產(chǎn)，學(xué)生可能天天在學(xué)卻不知道出處。以歐幾里得為例，教師可向?qū)W生提問——有一位大師，奠定了現(xiàn)在數(shù)學(xué)的很多基礎(chǔ)知識，這位大師就是歐幾里得。以人文的方式、一下子將學(xué)生吸引住，真正從學(xué)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(dá)給學(xué)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(shù)》，阿基米德是他學(xué)生的學(xué)生……學(xué)生通過對人文知識的學(xué)習(xí)，可認(rèn)識更多物理學(xué)、數(shù)學(xué)等不同學(xué)科的大師。

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

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(jīng)驗的學(xué)生充分理解冒泡排序的精要，有效地互動表達(dá)出算法的計算思維，對每一位信息技術(shù)教學(xué)工作者都是挑戰(zhàn)，仍需要在以后的工作中學(xué)習(xí)、驗證、總結(jié)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 何欽銘，陸漢權(quán)，馮博琴.計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計算思維能力的培養(yǎng)——《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》解讀[J].中國大學(xué)教學(xué)，2010（9）.

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

（責(zé)任編輯 斯 陌）