面向计算思维的培养目标导向的教学设计

周洁　张永波

摘 要：计算思维源于我们解决问题的思维方式，也影响着我们解决问题的思维方式。本文结合折半算法解决问题的实例，采用了“案例+算法+实践”相结合的教学方法，从教学目标设计——激发学习兴趣、课堂教学策略的选择——引入新知识、实践教学设计和分层次教学、知识拓展、总结教学内容等几方面提出了以培养学生计算思维为目标导向的教学设计的具体实施方法。

关键词：计算思维 目标导向 折半查找

中图分类号：G642；TP3-4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（b）-0154-02

1972年，图灵奖得主Edsger Dii.kstra提出了“工具影响思维”的论点：“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也深刻地影响着我们的思维能力”[1]。随着计算机的高速发展，计算机技术使得计算机专家和其他领域科学家合作共同解决问题成为普遍现象，计算思维得以广泛应用于生物、生态、经济等各个领域。

这就需要我们在讲述计算机基础知识的同时，引入计算思维的基本思想，并在讲解编程问题的时候使用计算思维解决问题的方法来理解和加深对算法的使用，这样可以更好的让学生习惯在解决问题的时候使用计算思维，进而在后续编程问题的学习中可以主动地、有意识地增加这方面能力的培养。并且可以更好的培养学生在其他学科中使用计算思维解决问题，将自己的专业和计算机技术结合起来，适应社会的发展需要。这将是我们在教学过程中要探讨的教学设计方法。

1 什么是计算思维

2006年3月，美国卡内基梅隆大学的计算机科学系主任周以真教授最早给出了计算思维的概念：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[2]。计算思维要求我们在解决问题的时候要使用计算机科学的基础知识，采用抽象和分解的方法，把一个复杂的任务分解成一个个小问题，再逐步解决，利用递归的推理方法来找到问题的答案。

我们现在生活在一个大数据的环境下，已有的理论与实验手段已经不能更好地解决问题，所以就需要使用计算手段来辅助人们进行各种求解。因而计算思维应当成为这个时代中每个人都具备的一种基本能力。

2 以培养计算思维为目标导向的教学设计分析

针对不同专业，学生的思维方式存在很大的差异，教师在教学设计时应充分考虑到学生的不同学科，不同专业，结合他们的专业特点，有针对性地制定相应的教学目标，选择适合各个学科的教学方法，让学生能更好地接受计算思维，并能在以后的学习工作中运用计算思维解决问题。教师在教学过程中应该充分激发学生的学习能动性，由被动式接受到主动式参与。

在计算机编程的课程里会讲授到很多的算法，其中很多内容都涉及到计算和计算思维，如折半查找。在折半算法的教学中引入计算思维，可做如下的教学设计。

（1）引入简单案例，激发学习兴趣。针对折半查找算法这一教学目标，可以先找到一个简单的示例，让学生在熟悉的话题中理解折半查找的算法思想，激发学生的学习兴趣。例如，可以在师生之间开展一场猜数游戏，如让学生写下1～1000之间任意一个整数，教师问学生问题，学生回答“是”或“否”，直到找到正确答案，游戏结束。然后分析猜数的方法，通过游戏让学生来理解折半算法的概念和思想，可以大大提升学生的学习兴趣，让被动式的灌输教育变成主动式的探究学习。

（2）复习旧知識，引出新知识。教师做好知识梳理，由新知识内容需求，引导学生复习递归算法和N-S流程图的相关知识点，然后启发学生根据算法语言描述方法和N-S流程图写出猜数游戏的具体编程过程，通过提问了解学生的思维模式和应用能力，为后续的教学针对性地选择教学方法。

（3）分层次教学。对于折半算法中的基本概念和必要的语法知识的讲授，采用传统的教学模式，首先讲解必要的理论知识，然后设计简单的教学案例，在案例的讲解和实施中让学生掌握相关的理论知识；而对折半算法的具体实现，则可以采用分组讨论的模式，让学生以探究合作的方式解决问题，找到答案，针对学生的不同答案，展开进一步的集体讨论，分析算法的优缺点，最终找到最优答案，整个教学过程注重提高学生的计算思惟能力，达到预期的教学目标。

（4）知识拓展训练，总结复习。采用折半算法类似的教学方式，继续引入斐波那契数列的递归算法，该数列现在被广泛用于金融领域的期货技术和股票分析中，同时也直接应用于现代物理、化学等领域。采用折半算法的教学方法，让学生继续找到计算该数列的递归算法的编程方法。找到算法后，可以用互动良好的VB语言将算法编写调试出正确的结果，在这一过程中重点侧重于使用计算思维的抽象分解功能将具体问题符号化，写出流程图，编程实现。然后对学生写的程序进行比较分析，哪种算法效率更高。最后总结课堂教学内容，根据所学知识编写、调试课堂案例，完成实践教程中对应的实验内容。

3 结语

以上我们以折半算法为例介绍了怎样通过先由学生熟悉的案例为切入点将计算思维的问题提出，再如何引导学生学会使用计算思维的抽象和分解功能来分析并解决问题，继而拓展到将计算思维的递归算法应用到解决各种现实的问题中。在构造学习案例时，应该分层次分学科有针对性的找到难易不同、应用专业不同的各种案例，引导学生领会并主动思考案例中如何使用计算思维对问题。这样通过不同案例由浅至深的递进关系逐步培养起来学生的计算思维能力，让学生不再拘泥于具体程序设计问题的学习，而是将内容重点转移到问题的抽象、算法的构造、程序的实现和评价等知识上，从而进一步理解计算科学的本质――抽象和自动化。

参考文献

[1] 王飞跃.从计算思维到计算文化[A].新观点新学说学术沙龙文集7：教育创新与创新人才培养[C].2007.

[2] Wing JM.Computational thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.