淺析中學(xué)生程序思維的養(yǎng)成

刁順軍

（貴陽市第二十三中學(xué)，貴州 貴陽 550004）

一、什么是程序思維

程序思維，其實(shí)就是計(jì)算思維的另一種表述。計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。人們將它概括為分解問題、模式識別、抽象思維和算法設(shè)計(jì)四大部分。程序思維不是讓每個學(xué)生都掌握一門計(jì)算機(jī)語言，而是多給了學(xué)生一個看問題的角度，更全面的看待問題，多了一種解決問題的方法，這對中學(xué)生以后的學(xué)習(xí)和生活都會影響巨大。

二、程序思維的養(yǎng)成

（一）分解問題是我們思維的基礎(chǔ)，也是我們處理復(fù)雜問題的方法之一

給學(xué)生引入的機(jī)器人編程，是一個看上去龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程。但教會學(xué)生用思維導(dǎo)圖等方法去分解問題，幫學(xué)生理清思路，呈現(xiàn)出機(jī)器人編程的框架，把大問題分解成了若干個小問題，然后組織學(xué)生討論，我要求學(xué)生根據(jù)自己小組的情況寫出相應(yīng)的對策，逐一解決。比如學(xué)生在訓(xùn)練電腦制作活動巡線任務(wù)的荒蕪之地時，很多學(xué)生都出現(xiàn)機(jī)器人在砂盤中打滑的情況，有的即便離開了砂盤，也會偏離引導(dǎo)線，這時候我又帶著學(xué)生一起來分析，學(xué)生把打滑的問題進(jìn)行分解，分別從機(jī)器人的前輪大小、小車重心、速度和進(jìn)入砂盤的角度上分解，分析原因，找到了解決辦法，讓機(jī)器人小車達(dá)到理想的狀態(tài)。

（二）模式識別能讓學(xué)生更加清晰的分析問題和解決問題

模式識別要求學(xué)生分析相似的對象或經(jīng)驗(yàn)，并找出共同點(diǎn)。通過發(fā)現(xiàn)這些對象或經(jīng)驗(yàn)的共同點(diǎn)，學(xué)生就可以了解趨勢，從而能夠做出行為動作的預(yù)測。在學(xué)生編程過程中，因?yàn)橄敕ú煌?，所以設(shè)計(jì)出來的東西存在差異，同樣一條線路，兩組學(xué)生用各自拼裝的機(jī)器人來進(jìn)行巡線競速，第一組跑了三次都完成，最快20秒完成，第二組跑三次只完成了一次，而且用了50秒才完成。第二組學(xué)生也不甘“落后”，在充分對比第一組機(jī)器人結(jié)構(gòu)和程序后，用按機(jī)器人編程的順序來把所涉及到的問題列出來，而且進(jìn)行了分類，逐步解決，最終經(jīng)過努力，成績也趕了上來。

（三）抽象思維是用概念來代表現(xiàn)實(shí)的事物

在很多傳遞知識的載體中，單純文字不如圖文并茂更容易讓學(xué)生接受，圖文有時又不如視頻、動畫吸引學(xué)生，根據(jù)人的記憶特點(diǎn)，最容易讓我們記住的東西往往是親身的體驗(yàn)和具體的實(shí)踐。中學(xué)生能不斷提出新的假設(shè)、理論，思維的敏捷性、靈活性、深刻性和批判性明顯增強(qiáng)。但有時也會出現(xiàn)一些問題，比如在學(xué)生機(jī)器人編程的活動中，他們受到生活中各種炫酷造型影響，把機(jī)器人小車拼裝成很有個性的樣子，但有的重心靠后，啟動機(jī)器人就會翹頭找不準(zhǔn)線，有的重心太靠前，驅(qū)動輪又會打滑……學(xué)生物理重心知識欠缺，多多少少會出錯。電腦程序的執(zhí)行是思維邏輯在電腦里的具體化，只有邏輯正確，布局合理，操作得當(dāng)，才能夠不出錯，完美的執(zhí)行任務(wù)。現(xiàn)在初中生的思維邏輯水平還處于成長階段，他們能夠接觸到的思維訓(xùn)練中，機(jī)器人編程思維算是較好的，有理論有實(shí)踐。編程過程通過反復(fù)的推理、歸納和分析執(zhí)行程序，機(jī)器人可以實(shí)時檢驗(yàn)思維邏輯的正確性。學(xué)生有了思維的鍛煉和真實(shí)的程序體驗(yàn)，這可以讓他們在程序檢驗(yàn)中提高自己的思維水平。

（四）算法在機(jī)器人編程中也被叫做策略，是解決問題的根本思維邏輯

算法就是生活中實(shí)際問題的解決辦法，將實(shí)際的抽象性問題轉(zhuǎn)換成數(shù)理性的問題去解決。開始我只給學(xué)生講一個光電傳感器的巡線，因?yàn)檫@容易讓學(xué)生理解和入門。學(xué)生的知識水平有限，所以有很多的問題。比如有次小組競速任務(wù)練習(xí)中，學(xué)生用以前講過的程序不能全速運(yùn)行，不然機(jī)器人很容易因?yàn)閯×覕[動而脫線。這時候，我便把巡線程序的經(jīng)典算法p控制介紹給學(xué)生，而且在代碼中還加上了防脫線保護(hù)的算法，效果明顯好很多，即便人為讓機(jī)器人脫線，它都會在保護(hù)程序的作用下“回到正軌”。學(xué)生在老師的講解下，理解了代碼的“大作用”，他們的困惑解決了，機(jī)器人不再脫線，這為我后來給學(xué)生講解更難，但更經(jīng)典的巡線pid算法進(jìn)行了很好的鋪墊。

三、程序思維必然伴隨孩子們健康成長

初中學(xué)生還沒有穩(wěn)固的自我，思維在不斷的完善之中，有很多不適合自己的思維方式影響著他們，從而改變他們的想法和做法。而且這個時期的學(xué)生也處于叛逆期，一般不會輕易的接受和自己有出入的意見。但通過機(jī)器人編程就不一樣了，學(xué)生邏輯思維正確與否，全面與否，通過及時的實(shí)踐檢驗(yàn)就是最好的辦法。學(xué)生根據(jù)自己的想法，編寫出具體的邏輯程序，然后把程序?qū)霗C(jī)器人小車，讓機(jī)器人小車運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果就給出了最真實(shí)的答案。這樣通過自己實(shí)踐的東西最具說服力，可以讓他們自己開心的改變自己，一步一步的讓自己的思維變得嚴(yán)謹(jǐn)，經(jīng)過模式識別后進(jìn)行算法的確定，程序就會編寫得很快，成功率也很高，而且每一次程序調(diào)試成功都為孩子們的臉上增添了不少笑容，讓我們的孩子更加快樂、更加健康的成長！

四、結(jié)束語

讓學(xué)生學(xué)習(xí)編程并不是為了讓孩子都去寫代碼當(dāng)程序員，而是多給他們培養(yǎng)出一種思考問題、解決問題的思維方式，有利于完善孩子們的思維和邏輯。我相信通過廣大教育工作者的不斷努力，會讓中國的教育更上一個臺階！