高中程序設(shè)計(jì)教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)

李志宜

（福州華僑中學(xué)，福建福州 350004）

一、計(jì)算思維與算法及程序設(shè)計(jì)

計(jì)算思維由美國(guó)梅隆大學(xué)周以真教授在2006年首次提出的，按周教授觀點(diǎn)描述“計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及理解人類行為的一系列思維方式”。計(jì)算算法思想并不等于計(jì)算思維。計(jì)算思維是人的抽象思維活動(dòng)，而算法就是人的思維活動(dòng)具體抽象化，同時(shí)需要考慮更加實(shí)際的“計(jì)算”問題描述成具體的方法與步驟，程序設(shè)計(jì)則是算法在機(jī)器上的具體實(shí)現(xiàn)，也就是說程序設(shè)計(jì)中的代碼是對(duì)計(jì)算思維具體結(jié)果體現(xiàn)。正如經(jīng)典例題求解S=1+3+5+……+ 99的過程方法中，計(jì)算思維對(duì)具體問題進(jìn)行抽象和推理處理，同時(shí)考慮計(jì)算機(jī)工作特性、執(zhí)行效率而采用的“直接從1累加到99”的解決方法。算法則考慮實(shí)現(xiàn)這個(gè)方案時(shí)具體用到何種方法、采取何種步驟，具體到輸入、輸出、循環(huán)、累加、計(jì)數(shù)等。程序設(shè)計(jì)則是以代碼形式把算法所描述的方法與步驟“翻譯”成機(jī)器能理解、接受的操作，以VB為例就要用到“Do/While”循環(huán)語句、賦值語句、計(jì)數(shù)“S=S+1” 語句等來實(shí)現(xiàn)，通過計(jì)算機(jī)調(diào)試運(yùn)行程序并得到最終正確結(jié)果。

由此可見，計(jì)算思維是人類解決問題的科學(xué)思維方式，算法是對(duì)計(jì)算思維的具體描述設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)則是借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)算法設(shè)計(jì)。

二、立足于算法與程序設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維

（一）算法與程序設(shè)計(jì)課堂教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要領(lǐng)域

在課堂教學(xué)中，算法與程序設(shè)計(jì)課程內(nèi)容教學(xué)可以讓學(xué)生從體驗(yàn)算法思想入手，然后逐步到理解算法在解決問題過程中起的作用，對(duì)較為復(fù)雜的任務(wù)分解成較簡(jiǎn)單的幾個(gè)問題，設(shè)計(jì)解決問題的算法，并采用模塊化和系統(tǒng)化的方法使用一種程序設(shè)計(jì)語言編寫程序代碼，以實(shí)現(xiàn)算法解決問題的目的。培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)不同的問題選擇適合的方法，設(shè)計(jì)不同的解決方案，同時(shí)把解決問題的計(jì)算思維和解決問題的方法拓展延伸到平時(shí)學(xué)習(xí)生活中，培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力。因此從教材設(shè)置上看，程序設(shè)計(jì)板塊是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的關(guān)鍵章節(jié)。

（二）程序設(shè)計(jì)課堂是計(jì)算思維最根本的體驗(yàn)場(chǎng)

計(jì)算思維最根本的內(nèi)容及其本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化，其中的“抽象”可以理解為解決問題時(shí)超越物理的時(shí)空觀并完全用符號(hào)來表示，比如程序構(gòu)成就包含有常量、變量、函數(shù)、語句等選定的符號(hào)代碼；其中的“自動(dòng)化”理解為解決問題的詳細(xì)的、具體的步驟，也是馮諾伊曼存儲(chǔ)程序運(yùn)行程序原理。

利用計(jì)算思維思考問題不僅僅限于計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，日常生活的各個(gè)領(lǐng)域也同時(shí)存在，從日常生活小小問題到國(guó)家層面的國(guó)計(jì)民生的大問題解決都需要用到計(jì)算思維。借用聯(lián)合國(guó)教科文組織對(duì)程序設(shè)計(jì)有一段比較通俗的描述“這里所指的程序設(shè)計(jì)非技術(shù)性的程序設(shè)計(jì)，更確切地說應(yīng)該是把‘你自己做的事情’轉(zhuǎn)變成‘別人能做的事情’”。那么如何能實(shí)現(xiàn)其他人或者機(jī)器重復(fù)而準(zhǔn)確的“替你做”？這就需要你能科學(xué)準(zhǔn)確地描述完成任務(wù)的具體方法和步驟，就是能完成任務(wù)的“自動(dòng)化”程序設(shè)計(jì)。因此，信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)課堂教學(xué)是培養(yǎng)高中學(xué)生計(jì)算思維的有效途徑。在課堂中，應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生用計(jì)算思維方式思考問題設(shè)計(jì)問題解決方案，通過日積月累使學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的思維方式，然后把計(jì)算思想拓展延伸到日常學(xué)習(xí)生活的諸領(lǐng)域。

三、探索注重程序設(shè)計(jì)機(jī)房實(shí)訓(xùn)的計(jì)算思維教學(xué)模式

（一）教學(xué)安排上應(yīng)增加學(xué)生機(jī)房實(shí)訓(xùn)時(shí)間比重

從德國(guó)心理學(xué)家艾賓浩斯的遺忘曲線規(guī)律研究可以發(fā)現(xiàn)，及時(shí)鞏固練習(xí)將有助于形成記憶，當(dāng)學(xué)習(xí)的內(nèi)容超過一定時(shí)間將出現(xiàn)大量遺忘。程序設(shè)計(jì)課堂是實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，及時(shí)的訓(xùn)練才能理論聯(lián)系實(shí)際，才能增加學(xué)生的記憶深度。長(zhǎng)期記憶深度訓(xùn)練是形成良好記憶效果的前提，學(xué)生具備良好的記憶是計(jì)算思維形成的條件保障。

（二）教學(xué)內(nèi)容上增強(qiáng)實(shí)訓(xùn)任務(wù)的趣味性

在傳統(tǒng)教學(xué)中，由于內(nèi)容缺少趣味性導(dǎo)致學(xué)生提不起學(xué)習(xí)興趣，所以程序設(shè)計(jì)教學(xué)要從學(xué)情出發(fā)，選擇學(xué)生身邊的、興趣的、有貼近生活意義的程序，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如選擇IF語句教學(xué)中，選取貼近學(xué)生生活的“錘子剪刀布”游戲內(nèi)容，選取具有閩南文化傳統(tǒng)生活的“中秋博餅”小程序進(jìn)行教學(xué)，通過實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的趣味性、綜合性等來增強(qiáng)學(xué)習(xí)的難度，來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化學(xué)生計(jì)算思維訓(xùn)練的目的。

四、關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異，分層次多元化訓(xùn)練學(xué)生計(jì)算思維

（一）關(guān)注個(gè)體認(rèn)知差異，開展程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)多樣性分層教學(xué)

計(jì)算思維活動(dòng)是人腦的獨(dú)立思考活動(dòng)，由于人的認(rèn)知差異所形成的問題解決方案也是多樣的，同一問題可以有不同的解決方案，同一方案可以有不同的算法設(shè)計(jì)。教師在教學(xué)中必須尊重每位學(xué)生的認(rèn)知差異，鼓勵(lì)不同方式算法表達(dá)，鼓勵(lì)不同方法實(shí)現(xiàn)問題求解，并給予及時(shí)適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)，這就是從學(xué)情出發(fā)尊重不同的認(rèn)知，以達(dá)到多元化訓(xùn)練學(xué)生計(jì)算思維的目的。

比如把學(xué)生分為參加信息學(xué)奧賽的基礎(chǔ)好的“奧賽班”和參加普通高考的“高考班”學(xué)生來區(qū)別對(duì)待，“奧賽班”學(xué)生在完成普通“高考班”學(xué)生的教學(xué)內(nèi)容外同時(shí)還得要加強(qiáng)基于計(jì)算思維案例的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容以強(qiáng)化計(jì)算思維的培養(yǎng)。對(duì)于“高考班”學(xué)生，則按高中課程標(biāo)準(zhǔn)要求來學(xué)習(xí)，側(cè)重對(duì)問題求解能力的一般計(jì)算思維培養(yǎng)。

（二）強(qiáng)化合作競(jìng)爭(zhēng)開展小組互助協(xié)作學(xué)習(xí)

根據(jù)學(xué)情的個(gè)體差異，在實(shí)際教學(xué)中把不同程度的學(xué)生按比例調(diào)配組成平均的學(xué)習(xí)互助小組，在解決問題時(shí)要求先有組內(nèi)學(xué)生充分交流討論以形成最佳的解決問題方法。交流討論是為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，只要有思想上嘗試交流，學(xué)生就能在過程掌握了學(xué)習(xí)到別人的方法有助于不同程度鞏固知識(shí)、開闊視野、思維訓(xùn)練、提升興趣和增強(qiáng)成就感。在組內(nèi)產(chǎn)生合作競(jìng)爭(zhēng)，互幫互助，在合作中競(jìng)爭(zhēng)也在競(jìng)爭(zhēng)中合作。分組互助協(xié)作學(xué)習(xí)模式能使學(xué)生的主觀能動(dòng)性得到充分發(fā)揮，同時(shí)計(jì)算思維伴隨著問題的解決得到了培養(yǎng)。