抓住問題 培養(yǎng)學生計算思維

毛佳秋

摘要：計算思維是高中信息技術(shù)學科最為關(guān)鍵的核心素養(yǎng)之一，對培養(yǎng)學生創(chuàng)新和終身學習等能力很有幫助。作者提出，在實際教學實踐中，教師應善于發(fā)現(xiàn)問題，找準契機，想辦法、找對策，在教學中搭建學生與計算機之間溝通的橋梁，促使學生像計算機科學家、計算機一樣思考問題，讓他們自覺地用計算思維去發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題，并在這種持續(xù)、反復的過程中強化計算思維。

關(guān)鍵詞：計算思維;二進制;數(shù)據(jù)

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）20-0000-02

● 提出問題

早前在網(wǎng)上看過一則笑話：

小A在一家互聯(lián)網(wǎng)公司實習，有一天，工作結(jié)束，小A回到宿舍，心中悶悶不樂的樣子。

朋友小B見狀關(guān)心到：怎么了？有什么不愉快的事情嗎？

小A嘆了口氣，說：今天在我寫的程序中做了一個計算，然后出了個“Bug”，被測試的人笑了，說我竟然連0.1+0.2都不會算。

小B忍不住笑了：0.1+0.2=0.3，這你也能算錯？

小A不服道：這不能怪我，誰知道計算機那么笨，居然不能把0.1+0.2算對，不信你看，結(jié)果竟是0.30000000000000004。

● 教學過程

筆者以“0.1+0.2≠0.3”這一問題為契機，通過它的求解過程讓學生理解計算機中數(shù)據(jù)的表示及相關(guān)運算的過程，有意識地深度培養(yǎng)學生的計算思維。

在學習相關(guān)內(nèi)容之前，學生理解的計算就是1+1=2、10-1=9這樣的十進制運算。但是自計算機成型以來，所有的數(shù)據(jù)都是以二進制形式表示的，計算機內(nèi)部所進行的存儲、運算也都是以二進制的形式進行的。而且我們身邊還有很多其他的數(shù)據(jù)表示和運算規(guī)則，如中國古代重量單位的換算——半斤八兩，這類以十六進制形式進行運算。另外還有時分秒這樣的“六十”進制、瑪雅人的“二十”進制等。

“進制”實際上就是進位計數(shù)制，它是用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法，通俗地講，就是做加法時“逢幾進一”的規(guī)則。

這時學生也就明白了為什么十進制1+1是等于2，而二進制1+1卻等于10，這不僅邁出了解決問題的第一步，更邁出了通向計算機世界的第一步（如上頁圖1）。

接著，隨著數(shù)的一步一步累加，學生自然會思考有沒有什么通用的法則、規(guī)則來表示十進制數(shù)，這就會涉及十進制與二進制轉(zhuǎn)換的知識。這種思考的過程正是邏輯思維的過程與方法——計算思維。

當跨出第一步后，接下來就可以開始學習“二進制、十進制的表示”，了解“位”“權(quán)”“權(quán)值”的概念，掌握每個數(shù)符所表示的值等于數(shù)符本身乘以它所在位的權(quán)值這一基礎概念（如上頁圖2）。

然后就是二進制、十進制的轉(zhuǎn)換，通過實踐學習牢記計算轉(zhuǎn)換規(guī)則。整數(shù)部分：除權(quán)取余，直到商為“0”，倒序排列;小數(shù)部分：乘權(quán)取整，正序排列（如圖3）。

很顯然，在轉(zhuǎn)換小數(shù)的時候，并不是所有數(shù)字多次乘以2就能得到整數(shù)，部分數(shù)字會產(chǎn)生無限循環(huán)，0.1和0.2就是這樣（如圖4）。

一個不精確的二進制數(shù)字參與運算，得到的也將是不精確的結(jié)果，這就是0.1+0.2≠0.3的原因。學生也就明白了為什么計算機在計算0.1+0.2時會出現(xiàn)運算“出錯”的情況。接著，教師可以繼續(xù)引導學生思考顯示位數(shù)及計算精度問題，這就涉及數(shù)的精度等問題。這一過程不僅能讓學生循序漸進地掌握相關(guān)知識、概念、原理，培養(yǎng)學生的動手操作能力，還能引導學生將計算思維合理地應用到日常生活和學習中，形成一種思維習慣，鍛煉學生綜合應用所學知識主動發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

● 結(jié)語

教師培養(yǎng)學生的計算思維，實際上是培養(yǎng)學生像計算機科學家、計算機一樣思考問題，通過將一個個具體問題及其解決方案表達成計算機可以處理的形式，并設計計算的方式，將客觀世界解釋為一個復雜的信息處理過程。

通過“0.1+0.2≠0.3”這類問題，讓學生明白在解決日常生活中問題時，解決方案是否可行，甚至比它是否在理論上存在更加重要;明白正確性和可行性的關(guān)系——知道什么叫巧婦難為無米之炊;明白“理論”與“實際”、“實驗室結(jié)果”和“日常使用效果”的差距與差異。

單一的理論學習無法培養(yǎng)學生的計算思維，必須通過大量的實踐來培養(yǎng)。教師要搭建學生與計算機之間溝通的橋梁，引導學生將無意識的計算思維變成有意識的行為，讓他們自覺地用計算思維去發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題，在這個持續(xù)、反復的過程中將其內(nèi)化、升華。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]王克勝.高中信息技術(shù)教學中學生計算思維培養(yǎng)存在的問題及對策[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2020（10）：29-32.

[3]巴軍.搭建現(xiàn)實與“用計算機解決”之間的橋梁——淺談信息技術(shù)課堂教學中計算思維能力的培養(yǎng)[J].中小學信息技術(shù)教育，2020（11）：48-50.