高中程序设计教学中计算思维的培养

李志宜

（福州华侨中学，福建福州 350004）

一、计算思维与算法及程序设计

计算思维由美国梅隆大学周以真教授在2006年首次提出的，按周教授观点描述“计算思维是运用计算机科学的基本概念进行问题求解、系统设计、以及理解人类行为的一系列思维方式”。计算算法思想并不等于计算思维。计算思维是人的抽象思维活动，而算法就是人的思维活动具体抽象化，同时需要考虑更加实际的“计算”问题描述成具体的方法与步骤，程序设计则是算法在机器上的具体实现，也就是说程序设计中的代码是对计算思维具体结果体现。正如经典例题求解S=1+3+5+……+ 99的过程方法中，计算思维对具体问题进行抽象和推理处理，同时考虑计算机工作特性、执行效率而采用的“直接从1累加到99”的解决方法。算法则考虑实现这个方案时具体用到何种方法、采取何种步骤，具体到输入、输出、循环、累加、计数等。程序设计则是以代码形式把算法所描述的方法与步骤“翻译”成机器能理解、接受的操作，以VB为例就要用到“Do/While”循环语句、赋值语句、计数“S=S+1” 语句等来实现，通过计算机调试运行程序并得到最终正确结果。

由此可见，计算思维是人类解决问题的科学思维方式，算法是对计算思维的具体描述设计，程序设计则是借助计算机实现算法设计。

二、立足于算法与程序设计课堂教学，培养学生计算思维

（一）算法与程序设计课堂教学是培养学生计算思维的重要领域

在课堂教学中，算法与程序设计课程内容教学可以让学生从体验算法思想入手，然后逐步到理解算法在解决问题过程中起的作用，对较为复杂的任务分解成较简单的几个问题，设计解决问题的算法，并采用模块化和系统化的方法使用一种程序设计语言编写程序代码，以实现算法解决问题的目的。培养学生针对不同的问题选择适合的方法，设计不同的解决方案，同时把解决问题的计算思维和解决问题的方法拓展延伸到平时学习生活中，培养学生利用计算机解决实际问题的能力。因此从教材设置上看，程序设计板块是培养学生计算思维的关键章节。

（二）程序设计课堂是计算思维最根本的体验场

计算思维最根本的内容及其本质是抽象和自动化，其中的“抽象”可以理解为解决问题时超越物理的时空观并完全用符号来表示，比如程序构成就包含有常量、变量、函数、语句等选定的符号代码；其中的“自动化”理解为解决问题的详细的、具体的步骤，也是冯诺伊曼存储程序运行程序原理。

利用计算思维思考问题不仅仅限于计算机科学领域，日常生活的各个领域也同时存在，从日常生活小小问题到国家层面的国计民生的大问题解决都需要用到计算思维。借用联合国教科文组织对程序设计有一段比较通俗的描述“这里所指的程序设计非技术性的程序设计，更确切地说应该是把‘你自己做的事情’转变成‘别人能做的事情’”。那么如何能实现其他人或者机器重复而准确的“替你做”？这就需要你能科学准确地描述完成任务的具体方法和步骤，就是能完成任务的“自动化”程序设计。因此，信息技术程序设计课堂教学是培养高中学生计算思维的有效途径。在课堂中，应注重引导学生用计算思维方式思考问题设计问题解决方案，通过日积月累使学生养成科学的思维方式，然后把计算思想拓展延伸到日常学习生活的诸领域。

三、探索注重程序设计机房实训的计算思维教学模式

（一）教学安排上应增加学生机房实训时间比重

从德国心理学家艾宾浩斯的遗忘曲线规律研究可以发现，及时巩固练习将有助于形成记忆，当学习的内容超过一定时间将出现大量遗忘。程序设计课堂是实践性较强的课程，及时的训练才能理论联系实际，才能增加学生的记忆深度。长期记忆深度训练是形成良好记忆效果的前提，学生具备良好的记忆是计算思维形成的条件保障。

（二）教学内容上增强实训任务的趣味性

在传统教学中，由于内容缺少趣味性导致学生提不起学习兴趣，所以程序设计教学要从学情出发，选择学生身边的、兴趣的、有贴近生活意义的程序，激发学生的学习兴趣。比如选择IF语句教学中，选取贴近学生生活的“锤子剪刀布”游戏内容，选取具有闽南文化传统生活的“中秋博饼”小程序进行教学，通过实训内容的趣味性、综合性等来增强学习的难度，来实现强化学生计算思维训练的目的。

四、关注学生的个体差异，分层次多元化训练学生计算思维

（一）关注个体认知差异，开展程序设计实训任务多样性分层教学

计算思维活动是人脑的独立思考活动，由于人的认知差异所形成的问题解决方案也是多样的，同一问题可以有不同的解决方案，同一方案可以有不同的算法设计。教师在教学中必须尊重每位学生的认知差异，鼓励不同方式算法表达，鼓励不同方法实现问题求解，并给予及时适当的评价，这就是从学情出发尊重不同的认知，以达到多元化训练学生计算思维的目的。

比如把学生分为参加信息学奥赛的基础好的“奥赛班”和参加普通高考的“高考班”学生来区别对待，“奥赛班”学生在完成普通“高考班”学生的教学内容外同时还得要加强基于计算思维案例的实训内容以强化计算思维的培养。对于“高考班”学生，则按高中课程标准要求来学习，侧重对问题求解能力的一般计算思维培养。

（二）强化合作竞争开展小组互助协作学习

根据学情的个体差异，在实际教学中把不同程度的学生按比例调配组成平均的学习互助小组，在解决问题时要求先有组内学生充分交流讨论以形成最佳的解决问题方法。交流讨论是为了提高学生学习效果，只要有思想上尝试交流，学生就能在过程掌握了学习到别人的方法有助于不同程度巩固知识、开阔视野、思维训练、提升兴趣和增强成就感。在组内产生合作竞争，互帮互助，在合作中竞争也在竞争中合作。分组互助协作学习模式能使学生的主观能动性得到充分发挥，同时计算思维伴随着问题的解决得到了培养。