以信息技術(shù)創(chuàng)新計算思維研究

張睿敏　張甲艷　陶冶

摘要：為建設(shè)創(chuàng)新性社會，應(yīng)該高度重視當(dāng)前大學(xué)生計算創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，提出基于信息技術(shù)競賽培養(yǎng)大學(xué)生計算創(chuàng)新思維的方法。先分析最能培養(yǎng)計算創(chuàng)新思維的課程程序設(shè)計語言的地位與現(xiàn)狀;針對競賽題型密切聯(lián)系實際、靈活多變、算法復(fù)雜等特征，給出能很好提升培養(yǎng)大學(xué)生計算創(chuàng)新思維的方法;最后通過各種成績說明以信息技術(shù)競賽培養(yǎng)計算創(chuàng)新思維效果明顯。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù);創(chuàng)新思維;計算

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）01-0099-03

1 背景

大學(xué)生多參加各類信息技術(shù)競賽的好處是顯而易見的，總體來說有以下幾方面的體現(xiàn)：1）信息技術(shù)競賽有助于實踐能力的培養(yǎng)：通過信息技術(shù)競賽，讓大學(xué)生對所學(xué)的理論知識進(jìn)行應(yīng)用，并且利用信息技術(shù)解決專業(yè)領(lǐng)域中的實際問題。這樣計算思維、創(chuàng)新思維在實踐中就會逐漸得到鍛煉，進(jìn)而學(xué)生的綜合能力得到提高。2）信息技術(shù)競賽有助于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)：各種信息技術(shù)競賽從題目設(shè)置、競賽流程安排等都是符合大學(xué)生創(chuàng)新能力的組成要素要求的，它將創(chuàng)新觀念落實到學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活中。3）信息技術(shù)競賽有利于團(tuán)隊合作精神的培養(yǎng)：所謂團(tuán)隊是為實現(xiàn)共同目標(biāo)而自覺合作、積極努力的一個凝聚力很強(qiáng)的群體。實際工作生活中很多事情都是通過和別人通力合作、協(xié)調(diào)來完成的[1]。而在校大學(xué)生一般都是個性較強(qiáng)的獨立個體，通過參加信息技術(shù)競賽能很好地鍛煉他們的團(tuán)結(jié)、合作的團(tuán)隊精神。

2 程序設(shè)計語言課程地位

隨著IT信息技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，不僅大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)性很強(qiáng)的領(lǐng)域需要精通幾門程序設(shè)計語言，而且在智能化、嵌入式、機(jī)電、建筑、交通等各行各業(yè)也需要精通一門程序設(shè)計語言。因此程序設(shè)計語言不管是對計算機(jī)專業(yè)還是非計算機(jī)專業(yè)的同學(xué)來說，都是相對比較重要的一門課程。學(xué)寫程序最重要的是學(xué)習(xí)計算機(jī)科學(xué)背后的思考方式和邏輯思維即：計算創(chuàng)新思維，最終通過科技來解決生活上的問題。但程序設(shè)計語言課程也往往是學(xué)生覺得“怕”的一門課程，為什么怕呢？一是難、枯燥;二是沒興趣。究其原因，傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)程序設(shè)計語言課一般都存在以下問題。

2.1 內(nèi)容枯燥、難度較高

程序設(shè)計語言課的知識點繁多、瑣碎，并且很多只有通過學(xué)生自己實踐操作，才能深刻理解、掌握和應(yīng)用。而實踐調(diào)試程序過程顯得枯燥、乏味，有時一個很小的錯誤對初次接觸的學(xué)生可能要找很長時間，這就需要學(xué)生要有足夠的耐心。另外程序設(shè)計語言課中很多問題涉及一些算法，這對從沒有計算思維基礎(chǔ)的同學(xué)來說，會感到難學(xué)[2]。

2.2 知識內(nèi)容多、課時量有限

不管是非計算機(jī)專業(yè)開設(shè)的C語言程序設(shè)計課程，還是計算機(jī)專業(yè)開設(shè)的Java語言程序設(shè)計課程，課程囊括的內(nèi)容都是很多的，C語言基本內(nèi)容有12章，Java語言基本內(nèi)容有15章，而課時安排一般有限。例如C語言程序設(shè)計課程總共是64學(xué)時，理論32學(xué)時，實驗32學(xué)時;Java語言程序設(shè)計課程總共是64學(xué)時，理論48學(xué)時，實驗16學(xué)時。有限的課時局限了很多學(xué)生掌握的是最簡單、最基本的概念，而無法對很多內(nèi)容進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)。

2.3 學(xué)生參差不齊，兩極分化

進(jìn)入高校的學(xué)生，大部分會繼續(xù)保持強(qiáng)烈的求知欲，積極好學(xué);而有少部分同學(xué)則會徹底放松、把精力投入到其他地方，這樣造成學(xué)生學(xué)習(xí)兩極分化現(xiàn)象[3]：學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、自律性好的學(xué)生，能快速掌握所學(xué)知識和技能，而學(xué)習(xí)能力弱、散漫的學(xué)生則對相應(yīng)的知識和技能掌握一般甚至不會。

3 程序設(shè)計競賽題型特征

3.1 競賽的任務(wù)要求

一般參賽選手在4個小時內(nèi)要求完成競賽給定的題目，例如全國藍(lán)橋杯競賽的題型包含三種類型：“結(jié)果填空”“代碼填空”與“程序設(shè)計”，總計100分。

3.2 競賽題型特點

題目描述文字多，蘊含信息量大，靈活且有很多數(shù)學(xué)知識。如蘭頓螞蟻題：正方形格子里不規(guī)則地填上黑色或白色，有一只“螞蟻”在其中一個正方形內(nèi)，如圖1所示。螞蟻的頭部朝向為上、下、左、右其中一方。螞蟻的移動規(guī)則是：

1）若螞蟻在黑格，右轉(zhuǎn)90度，將該格改為白格，并向前移一格;

2）若螞蟻在白格，左轉(zhuǎn)90度，將該格改為黑格，并向前移一格。

要求：根據(jù)初始狀態(tài)，編寫程序模擬求解“蘭頓螞蟻”在走過第n步后所處的位置。

輸入數(shù)據(jù)格式要求：第一行輸入的數(shù)據(jù)是格子的行數(shù)和列數(shù)，m表示行數(shù)（3

接下來一行輸入數(shù)據(jù)x y s k， 其中x y表示螞蟻所在行號和列號，行號和列號都是從0開始編號，并且x y必須是整數(shù);s表示螞蟻頭的朝向，必須是UDLR中的一個大寫字母表示上、下、左、右;k 表示螞蟻走的步數(shù)，也必須是整數(shù)。以下數(shù)據(jù)就是一個樣例輸入的例子：

5 6

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

2 3 L 5

輸出數(shù)據(jù)格式要求：輸出數(shù)據(jù)為兩個空格分開的整數(shù) p q，表示螞蟻在走過k步后，所處格子的行號和列號，如下輸出數(shù)據(jù)：

1 3

表示螞蟻所處格子的行號是1，列號是3。

Java語言實現(xiàn)代碼如下：

import java.io.*;

public class Main {

static int n， m;

static int s， e;

static char[] chs = { 'L'， 'U'， 'R'， 'D'， 'L' };

static int count = 0;

public static void main（String[] args） throws IOException {

BufferedReader br = new BufferedReader（new InputStreamReader（System.in））;

String s1[] = br.readLine（）.split（" "）;

n = Integer.parseInt（s1[0]）;

m = Integer.parseInt（s1[1]）;

int[][] arr = new int[n][m];

for （int a = 0; a < n; a++） {

String str[] = br.readLine（）.split（" "）;

for （int b = 0; b < m; b++） {

arr[a][b] = Integer.parseInt（str[b]）;

}

}

int x， y;

String s2[] = br.readLine（）.split（" "）;

x = Integer.parseInt（s2[0]）;

y = Integer.parseInt（s2[1]）;

char dec = s2[2].charAt（0）;

int z;

z = Integer.parseInt（s2[3]）;

s = x;

e = y;

while （count < z） {

if （arr[s][e] == 1） {

for （int i = 0; i < chs.length; i++） {

if （dec == chs[i]） {

dec = chs[i + 1];

break;

}

}

arr[s][e] = 0;

func（dec， s， e）;

}

if （arr[s][e] == 0） {

for （int j = 1; j < chs.length; j++） {

if （dec == chs[j]） {

dec = chs[j - 1];

break;

}

}

arr[s][e] = 1;

func（dec， s， e）;

}

}

System.out.print（s + " " + e）;

}

public static void func（char dec， int x， int y） {

if （dec == 'L'） {

e -= 1;

count++;

}

if （dec == 'U'） {

s -= 1;

count++;

}

if （dec == 'R'） {

e += 1;

count++;

}

if （dec == 'D'） {

s += 1;

count++;

}

}

}

4 計算創(chuàng)新思維培養(yǎng)方法

在程序設(shè)計的教學(xué)實踐過程中，應(yīng)該充分發(fā)揮技能競賽的導(dǎo)向促進(jìn)作用，讓技能競賽面對全體學(xué)生。競賽的內(nèi)容進(jìn)入課堂教學(xué)，形成競賽與教學(xué)互動機(jī)制，以賽促教，以賽促學(xué)，將知識與實踐任務(wù)整合，實現(xiàn)知識、技能一體化;教、學(xué)、做一體化[4]。筆者從事多年的程序設(shè)計語言教學(xué)工作和技能競賽的培訓(xùn)輔導(dǎo)工作，為更好地提高教學(xué)效果，更有效地促進(jìn)學(xué)生的專業(yè)成長，結(jié)合“以賽促教”“行動導(dǎo)向”等教學(xué)思想，提出如下幾點計算創(chuàng)新思維培養(yǎng)方法：

1）夯實程序設(shè)計基礎(chǔ)知識、基本技能。教學(xué)過程注重“雙基”，做到“基礎(chǔ)知識扎實，基本技能熟練”，采用“精講多練，自主探究”的方法[5]。只有具備了扎實的“雙基”能力，才有學(xué)生質(zhì)的飛躍的可能。

2）教學(xué)內(nèi)容與競賽內(nèi)容銜接[6]。在夯實基礎(chǔ)知識和基本技能之后，學(xué)生課后練習(xí)當(dāng)中應(yīng)該結(jié)合競賽內(nèi)容給一些難度適中的課后練習(xí)題，讓學(xué)生課后自己練習(xí)，在應(yīng)用中不斷鞏固和深化所學(xué)知識，通過這種方式能夠很好地鍛煉學(xué)生應(yīng)用知識的能力。

3）教學(xué)過程采用“任務(wù)教學(xué)法”及“項目教學(xué)法”。分解項目涉及的各個知識點和技能點，以學(xué)習(xí)任務(wù)書的形式引導(dǎo)每個學(xué)生獨立自主探究，逐個理解掌握，從而奠定開發(fā)項目的基礎(chǔ)[7]。

4）在具體任務(wù)和項目完成中融合一些數(shù)學(xué)知識的應(yīng)用[8]。解答競賽的有些題目，首先要將題目轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型（即建模）來解決。

5）分組組織學(xué)生完成任務(wù)和項目。采用3-4人小組合作形式，靈活運用掌握的知識和技能，共同完成項目的設(shè)計、程序的編寫調(diào)試，以及項目的介紹和展示[9]，這樣學(xué)生既能扎實地掌握知識和技能，又能在實際項目開發(fā)中獲取經(jīng)驗和成長。

5 計算創(chuàng)新思維培養(yǎng)效果與反思

通過多年的教學(xué)改革實踐，程序設(shè)計語言教學(xué)取得了不錯的效果，在第九屆藍(lán)橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽JAVA語言、C/C++語言程序設(shè)計大賽中，本校同學(xué)榮獲國家二等獎1名，國家三等獎1名，省級一等獎3名，省級二等獎8名，省級三等獎12名;在第八屆藍(lán)橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽JAVA語言、C/C++語言程序設(shè)計大賽中，本校同學(xué)榮獲國家三等獎1名，省級一等獎2名，省級二等獎6名，省級三等獎9名;在第二屆大廣賽中本校同學(xué)榮獲國家三等獎1名，省級二等獎3名。不僅僅競賽取得了成就，關(guān)鍵是同學(xué)們對枯燥、難學(xué)、難懂的JAVA語言、C/C++語言課程學(xué)習(xí)態(tài)度發(fā)生了巨大的變化：以前上課睡覺、玩手機(jī)，或者直接曠課，現(xiàn)在大部分同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性得到提高，在項目任務(wù)完成中能互相交流幫助、互相督促借鑒，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。同時學(xué)生逐步克服了項目開發(fā)的畏懼心理，以前提起項目開發(fā)，同學(xué)們都覺得是很難完成的事情，而現(xiàn)在經(jīng)過團(tuán)隊協(xié)調(diào)、合作、努力，完成的項目由簡到難，并在項目完成之時獲得的成就感，幫他們建立了很強(qiáng)的學(xué)習(xí)自信心。

總之，實踐證明，在教學(xué)過程中引入技能競賽的項目，將枯燥、難懂的程序設(shè)計語言教與學(xué)實例化、應(yīng)用化、趣味化;這在很大程度上提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，能夠很好地鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的思維和能力，即通過信息技術(shù)競賽能有效培養(yǎng)大學(xué)生計算創(chuàng)新思維。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】