《程序設(shè)計(jì)初步》教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)

馮立勇

摘 要：在現(xiàn)代信息技術(shù)的背景下，計(jì)算思維作為一個(gè)重要的思維方式，是人類認(rèn)識(shí)世界、改造世界的重要方式之一，被越來越多的學(xué)者研究探討。計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的概念去解決問題，設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為，對(duì)于中學(xué)階段而言，計(jì)算思維的培養(yǎng)已經(jīng)成為信息技術(shù)教育的新模式。因此，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維要與程序設(shè)計(jì)相結(jié)合，通過引導(dǎo)學(xué)生參與真實(shí)的項(xiàng)目實(shí)踐，體驗(yàn)解決問題的完整流程來幫助學(xué)生培養(yǎng)計(jì)算思維，同時(shí)還能提升學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)初步;計(jì)算思維;培養(yǎng)方式;策略研究

信息技術(shù)的高速發(fā)展，影響著學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，更喜歡通過互聯(lián)網(wǎng)找尋問題答案，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為一個(gè)不可或缺的必需品。在計(jì)算機(jī)教學(xué)中，處于初中階段的學(xué)生，已經(jīng)開始接觸程序設(shè)計(jì)，由此可見計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)已經(jīng)融入學(xué)生的生活與學(xué)習(xí)之中了。培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的計(jì)算思維有利于學(xué)生掌握科學(xué)的知識(shí)框架和結(jié)構(gòu)，同時(shí)也有利于提高學(xué)生分析、解決問題的能力，從而達(dá)到提升學(xué)生思維能力均衡發(fā)展的目標(biāo)。除此之外，計(jì)算思維對(duì)于培養(yǎng)創(chuàng)新人才具有重要意義，能讓學(xué)生的思維邏輯更加細(xì)致，從多角度全方位思考問題。由此可見，計(jì)算思維對(duì)于實(shí)現(xiàn)義務(wù)階段的素質(zhì)教育具有重要作用。

一、計(jì)算思維與算法概述

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。它主要包括涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)的一系列思維活動(dòng)。隨著計(jì)算機(jī)思維的提出與深入，人們更加關(guān)心如何應(yīng)用計(jì)算思維更科學(xué)、有效地去解決實(shí)際問題。因此，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)成為信息技術(shù)教育的新趨勢(shì)。編寫程序解決實(shí)際問題，首先應(yīng)確定解決問題的思路和方法，然后寫出正確的求解步驟，這些求解方法和步驟當(dāng)然要計(jì)算機(jī)能理解和識(shí)別，這就是算法。因此我們可以說算法就是計(jì)算機(jī)理解與識(shí)別的解決問題的方法和步驟。由此可見，算法和程序設(shè)計(jì)是發(fā)展和提升計(jì)算思維的重要途徑，在教學(xué)過程中，教師要注重使用多種形式來增強(qiáng)學(xué)生計(jì)算思維，使學(xué)生逐漸養(yǎng)成計(jì)算思維。

二、如何在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力

（一）采取任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式，激發(fā)學(xué)生計(jì)算思維

教師要提前設(shè)計(jì)好教學(xué)方案，合理布置教學(xué)任務(wù)，這是保證課堂教學(xué)效果的前提條件。教師在程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)時(shí)，可以使用驅(qū)動(dòng)策略法，這種方法是教師根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容給學(xué)生布置任務(wù)，當(dāng)學(xué)生完成一個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，就掌握了任務(wù)中包含的知識(shí)點(diǎn)。教師在設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，要遵循一定的規(guī)則要求：第一點(diǎn)，教師在設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，要注重任務(wù)的探究性，保證學(xué)習(xí)案例的有趣、鮮活，讓學(xué)生在一個(gè)輕松有趣的學(xué)習(xí)情境中學(xué)習(xí)知識(shí);第二點(diǎn)，教師在設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)難度時(shí)要考慮到班里每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)力，根據(jù)不同學(xué)生設(shè)計(jì)不同的任務(wù)梯度，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中層層提高，最終達(dá)到高階學(xué)習(xí);第三點(diǎn)，教師設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)時(shí)要考慮課前與課中任務(wù)的結(jié)合，課前任務(wù)重點(diǎn)在于基礎(chǔ)知識(shí)的檢查學(xué)習(xí)，課中任務(wù)在于學(xué)習(xí)效果檢測(cè)和拓展作用。

本文以程序設(shè)計(jì)課程中的“程序的分支結(jié)構(gòu)”為例，設(shè)計(jì)了下面三個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)。

例1：猜數(shù)游戲。在日常生活中，我們經(jīng)常會(huì)碰到猜謎游戲。在此需要設(shè)計(jì)一個(gè)VB程序，如果我們輸入答案，怎樣判斷答案的正確性，并將其顯示出來。

例2：猜體重程序通過程序設(shè)計(jì)對(duì)于猜的體重?cái)?shù)不同，分別顯示“猜高了，再猜猜”“猜低了，再猜一次”“聰明，猜對(duì)了”。

例3：天氣預(yù)報(bào)程序。在一個(gè)程序里輸入晴天概數(shù)，如果結(jié)果比10大就歸為晴天，反之為陰天。（晴天用小太陽表示，陰天用云朵表示。）

上述所提的例1是通過用游戲方式讓學(xué)生學(xué)習(xí)條件句式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;例2是對(duì)例1的升級(jí)，給猜數(shù)程序賦予一定的生活氣息;例3則是在前兩個(gè)例題的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升，將程序設(shè)計(jì)與學(xué)生實(shí)際生活聯(lián)系起來，使程序設(shè)計(jì)擁有實(shí)際意義。例1是課前任務(wù)，是學(xué)生用來打基礎(chǔ)的，教師要注意引導(dǎo)學(xué)生使用計(jì)算思維去思考相應(yīng)的問題;例2是課中任務(wù)，主要作用是檢查學(xué)生學(xué)習(xí)成果;例3是最后的拓展任務(wù)，主要作用是拓寬學(xué)生知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，提高學(xué)生自學(xué)新知識(shí)的能力。經(jīng)過以上幾個(gè)過程，學(xué)生的思維能力就能得以有效激發(fā)。

（二）拓展提升教學(xué)理念，培養(yǎng)計(jì)算思維能力

我國廣東省在義務(wù)教育大綱中，對(duì)信息技術(shù)課程教學(xué)定位是培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)應(yīng)用的初步階段。然而，在實(shí)際教學(xué)中，很多教師忽略培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，將教學(xué)重點(diǎn)放在基本概念和操作技能上，教學(xué)內(nèi)容大多來源于課本教材，沒有幫助學(xué)生養(yǎng)成思考解決問題的思維，沒有達(dá)到提高學(xué)生計(jì)算思維層次的教學(xué)目的。學(xué)生在學(xué)習(xí)中只是單純學(xué)習(xí)了一些操作技能，沒有切實(shí)掌握認(rèn)識(shí)世界、改造世界的思維方式。因此，教師在教學(xué)時(shí)，要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)理念，樹立計(jì)算思維理念，注重引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，啟迪思想，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。所以，教師在教學(xué)中要多使用實(shí)驗(yàn)教學(xué)法、探究式教學(xué)法等，這些方法對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維都有很大的作用。

比如，在順序結(jié)構(gòu)項(xiàng)目教學(xué)中，如果需要計(jì)算一個(gè)圓的面積，教師要引導(dǎo)學(xué)生思考：計(jì)算圓的面積，首先要知道什么？根據(jù)圓形的面積公式，學(xué)生就會(huì)得出，首先需要先得出半徑的值，在此基礎(chǔ)上才能計(jì)算出圓形的面積，這種順序是不能夠顛倒的，在這一過程中，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生形成計(jì)算思維。在輸入圓的半徑的過程中，可以采用多種輸入方法，如利用文本框或者是賦值語句，這一過程教師可以引導(dǎo)學(xué)生自己操作，并自主選擇輸入方法，進(jìn)而在提升學(xué)生計(jì)算思維的同時(shí)，加強(qiáng)學(xué)生自主創(chuàng)造能力的提升。

又如，在利用計(jì)算機(jī)解決問題時(shí)，往往需要重復(fù)執(zhí)行一些操作，這個(gè)時(shí)候就需要循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序來實(shí)現(xiàn)。如下面這一問題：畫出來一個(gè)半徑為100、200、300至2000的同心圓。在解決這一問題的過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生這樣思考：之前學(xué)過的窗體的Circle方法，每調(diào)用一次Circle可畫一個(gè)圓，如果要畫出半徑不同的同心圓，是不是需要每一個(gè)圓都需要寫一行Circle呢？此時(shí)，教師可以引入循環(huán)結(jié)構(gòu)來處理這一問題。尤其要將該程序涉及的關(guān)鍵之處：使用一個(gè)For-Next循環(huán)語句來實(shí)現(xiàn)重復(fù)畫圓，準(zhǔn)確地傳授給學(xué)生，使學(xué)生能夠正確學(xué)會(huì)循環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上，不斷提升自身的計(jì)算思維能力，增強(qiáng)初中信息技術(shù)課程教學(xué)的效果。

（三）設(shè)計(jì)相關(guān)學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維

教師可以根據(jù)教材中各個(gè)模塊對(duì)于計(jì)算思維培養(yǎng)的不同側(cè)重點(diǎn)，圍繞某一個(gè)或者多個(gè)計(jì)算思維的培養(yǎng)點(diǎn)，設(shè)計(jì)相關(guān)的活動(dòng)任務(wù)或者是主題，從而明確活動(dòng)的基本流程和步驟，制定出相應(yīng)的評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。教師要引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟知識(shí)的內(nèi)涵，掌握一定的實(shí)際操作技能，了解基本的計(jì)算機(jī)操作原理，能夠熟練操作的相關(guān)技能，促進(jìn)學(xué)生的思維遷移，把各個(gè)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來，形成知識(shí)網(wǎng)，從而有效地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

例如，在利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的過程中，往往需要根據(jù)不同的情況來完成不同的任務(wù)，這是可以利用程序的分支結(jié)構(gòu)來解決問題。例如我們需要比較兩個(gè)數(shù)的大小，并且要把其中較大的一個(gè)數(shù)顯示出來，那么怎樣應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)呢？這時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生使用計(jì)算思維來解決這一問題：如果要比較兩個(gè)數(shù)的大小，那么首先需要輸入這兩個(gè)數(shù)，可以使用兩個(gè)文本框，比較的結(jié)果是其中顯示較大的一個(gè)數(shù)，其也可以使用文本框，然后，這兩個(gè)數(shù)的比較過程可以放在按鈕的Click事件中實(shí)現(xiàn)。在這一過程中，教師進(jìn)行有效的引導(dǎo)，能夠使學(xué)生的計(jì)算思維得到進(jìn)一步提升。

（四）加強(qiáng)程序知識(shí)傳授，訓(xùn)練學(xué)生計(jì)算思維

程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)課程的標(biāo)志概念，從一開始的抽象難懂，到現(xiàn)代的具體、簡易、大眾，由此可見程序思想已經(jīng)基本普及。初中階段引入的程序設(shè)計(jì)知識(shí)主要以VB高級(jí)語言為主，程序知識(shí)能幫助學(xué)生提高計(jì)算思維，同時(shí)它的三種經(jīng)典結(jié)構(gòu)將學(xué)生比較混亂的思維整合到一起，引導(dǎo)學(xué)生的思維按照一定的順序和結(jié)構(gòu)解決問題，養(yǎng)成科學(xué)的思維方式。因此，信息技術(shù)教學(xué)中的程序設(shè)計(jì)是可以幫助學(xué)生發(fā)展計(jì)算思維的，教師在日常教學(xué)中要多引導(dǎo)學(xué)生使用程序思維去解決問題。如流程圖就是程序設(shè)計(jì)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，通過這一部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生逐漸養(yǎng)成程序思維，教師在教學(xué)過程中，可以適當(dāng)增加這一部分內(nèi)容的練習(xí)，進(jìn)而訓(xùn)練學(xué)生的程序思維，提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。

例如，為了發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維能力，教師可以提出一個(gè)簡單的項(xiàng)目，然后和學(xué)生一起研究應(yīng)該怎樣編寫程序。如提出以下問題：假設(shè)同學(xué)們剛剛進(jìn)行了語文和英語測(cè)驗(yàn)，現(xiàn)在要求編寫一個(gè)程序，輸入某個(gè)同學(xué)的語文和英語測(cè)驗(yàn)成績，這樣就能夠計(jì)算出兩個(gè)科目的總分，那么在這個(gè)程序設(shè)計(jì)中會(huì)用到什么語句呢？教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析：如果想要實(shí)現(xiàn)這個(gè)程序，要輸入的就是語文和英語學(xué)科的成績，輸出的內(nèi)容就是總分，因此用三個(gè)文本框就能夠?qū)崿F(xiàn)，然后相應(yīng)的文字描述使用三個(gè)標(biāo)簽，計(jì)算總分和退出兩個(gè)按鈕就可以了。在這一項(xiàng)目教學(xué)的過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生思考如何才能將總成績計(jì)算出來，并通過怎樣的語句才能夠保證問題的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過思考，能夠有序地提升自身的計(jì)算思維，并通過實(shí)際操作有效地提升學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力，進(jìn)而促進(jìn)初中程序設(shè)計(jì)教學(xué)的效果和水平。

總而言之，當(dāng)代學(xué)生的成長離不開計(jì)算思維、計(jì)算機(jī)科學(xué)構(gòu)建的生活環(huán)境，因此教師要轉(zhuǎn)變教育理念，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維、程序思維、數(shù)據(jù)處理思維。除此之外，教師要真實(shí)把握三大思維的內(nèi)在關(guān)鍵，把計(jì)算思維作為其他學(xué)科學(xué)習(xí)的支撐，同時(shí)也要注重實(shí)踐教學(xué)，將各個(gè)學(xué)科緊密聯(lián)系到一起，形成一個(gè)完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)出符合素質(zhì)教育的創(chuàng)新型學(xué)生。

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編輯 魯翠紅