高中程序设计课程计算思维培养的策略与方法

赵科

摘要：本文介绍了计算思维的概念及其与程序设计的关系，提出了高中程序设计课程中培养学生计算思维的三种策略与方法，以期为中学信息技术学科的教学提供一定的参考。

关键词：计算思维；信息技术；策略；教学

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2019）08-0044-02

计算思维在中小学信息技术教学中的地位和作用越来越突出，《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》提出：“计算思维具有学科的独特性，它最能反映学科本质的核心与关键要素，在某种程度上影响着学科核心素养的总体质量。”那么，在教学中教师应该如何培养学生的计算思维？如何把计算思维的培养融入到数据、算法、信息系统和信息社会等学科大概念的学习中？如何让学生在不同的问题情境中，运用计算思维形成解决问题的方案，体验信息技术行业实践者真实的工作模式和思考方式？这些问题都值得信息技术教师思考。下面，笔者根据实践经验为大家分享一些培养计算思维的方法和策略，以期为广大信息技术教师提供参考。

从计算思维的要素入手，有针对性地培养计算思维

2013年，英国南安普敦大学的Cynthia Selby博士和John Woollard博士提出，计算思维包括算法思维、评估、分解、抽象、概括这五个方面的要素。信息技术课程标准中，“算法与程序设计”是高中的一个选修模块，该内容是让学生进一步体验算法思想，能从简单问题出发，设计解决问题的算法，并能初步使用一种程序设计语言编制程序实现算法解决问题。Cynthia Selby博士和John Woollard博士关于计算思维的观点比较适合该内容的教学。教师在进行该模块课堂教学过程的设计时，可以通过对计算思维各个要素的思考，结合教学目标和课堂教学内容，针对计算思维中的一个或多个方面的思维培养，精心组织好培养计算思维的课堂教学活动。

例如，在“循环嵌套”的教学中，笔者以九九乘法表输出问题为例，将这个问题进行了“分解”，按照如下的顺序设计问题并编程，逐步实现九九乘法表的输出。

①用一个FOR循环语句在一行中输出1*1=1，1*2=2……1*9=9样式的9列数据。

②再用一个FOR循环语句输出9行，依次输出1到9这几个数。

③将第一个循环语句放在第二循环语句的循环体内，修改输出表达式，将输出的9行数字转化成9行9列九九乘法表。

④最后研究输出格式中数字的变化规律，修改九九乘法表中各行数据的个数，将输出的9行数据转化成完整的三角形样式，实现真正九九乘法表的输出。

笔者通过这个例子，想让学生认识到当遇到一个复杂问题时，可以应用分解思維把问题分解成具体的有序而详细的步骤，循序渐进，逐步解决问题，培养其通过分解来认识问题、分析问题、解决问题的意识与能力。

倡导多样化的算法思维，充分利用算法优化过程

由于学生心理特征和思维方式存在个体差异，在教学过程中，教师应该尊重学生不同的认知方式。在让学生学习教师分析问题、解决问题的方法的同时，倡导多样化的算法思维，鼓励学生从不同角度认识问题，用不同方法表达算法，实现问题求解，尽量激发学生的思维活动，编写多种程序来解决同一个问题，并鼓励学生改写别人编写的程序，从而发展学生计算思维的灵活性，培养、激励学生的创新意识、探索精神和问题求解能力。同时，教师给予适当的评价，并引导学生对算法的性能进行评估：答案是否正确？速度是否够快？对资源的占用是否经济？是否能促进合理经验的产生？综合考虑这些指标对算法进行整体评估、反思和进一步探索，通过交流达到简化并优化算法的目标。

例如，在解决“求两个正整数的最大公约数”的问题时，学生经常会选择“辗转相除法”和“穷举法”两种不同的算法编写程序。这时，教师可以引导学生分析这两种解决方案的质量、算法效率，通过比较对这两种算法进行整体评估，让学生选择一种最佳的解决问题的方案，这样不仅掌握了算法分析的一般方法和过程，还可将该问题的求解过程进行推广并移植到更广泛的问题中。

重视上机实验

程序设计是一门实践性学科，上机实验是培养学生计算思维能力的重要手段，是程序设计课程教学的核心。中学生一般对新鲜事物有很强的好奇心，他们好学、好问。所以，设计实验内容要适合学生的知识结构和心理特点，尽量生活化、趣味化，体现计算思维。例如，在分支程序结构教学中，可以结合当地出租车计费标准，要求学生设计程序，进行计算思维训练。

另外，要培养并提高学生调试程序的能力。学生在调试程序时，需要像计算机执行程序一样去思考执行语句，理解执行每一条语句应该出现的结果，并与实际的执行结果进行比较。当发现效果与预想有偏离时，就要不断地纠错、调整修改程序，采用不同的算法解决问题。因此调试程序是计算思维重要的方面，通过调试程序引导学生养成良好的思维能力和编程习惯，思考和分析已有算法的优缺点，积累经验，进而对算法进行简化和优化，逐步训练提高他们分析、解决问题和开拓创新的能力。

结束语

计算思维的实质是一种问题求解的思维方式。因此我们不仅要在“算法与程序设计”模块中强化计算思维培养，还要努力把它推广到其他课程内容模块中，只要结合信息技术课程内容，灵活地采取多种渗透培养计算思维的策略和方法，挖掘与精心设计培养计算思维的课堂活动，就可将计算思维的培养融入到数据、算法、信息系统和信息社会这四个学科大概念的学习中，将计算思维的培养落到实处。

参考文献：

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