初中生算法思维培养的困境、致因与对策

公彦利

摘要：本文针对目前初中生算法思维能力存在的诸多困境，提出应通过程序设计教学、单元整体教学和学科整合教学等策略突破，来提升学生算法思维培养的效度，提高学生未来逻辑处事能力。

关键词：计算思维;算法思维;单元设计;课程整合

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）13-0096-03

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》指出，高中信息技术核心素养主要包含信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任。而计算思维主要是由算法思维、分解、抽象和概括四个方面构成，其中算法思维是核心。初中阶段是为高中阶段夯实基础的关键期，也是落实抽象逻辑思维培养的黄金期，对算法思维的培育和形成至关重要。

● 算法思维培养的困境及致因

从教学实施情况来看，初中生算法思维的培养主要存在以下问题：

①教学方法不当。学科虽然强调用信息技术工具解决实际问题，但学习内容多为各类应用软件，缺乏对计算机自身处理信息方式的认识和理解，缺乏对算法教学的整体设计，导致算法思维的培养找不到根基，缺乏有效的载体。

②专业引领不强。部分教师片面地将其归类为抽象的概念，认为超出学生的认知范围，从而忽略了对学生解决问题的思维能力的培养。

③学科渗透不足。算法思维仅在编程教学中有所体现，但也只是向学生灌输算法思维的学习内容，导致其体验不到解决问题的过程。

算法思维培养在初中阶段实践层面遇到困境，其原因是综合性的，需要整体分析论证。

①思想认识不到位。很多一线教师对课程标准的理解不够，注重知识传授、忽视学科核心素养培养的教学现象比较普遍。

②专业指导不到位。各级教育部门认可算法思维对提高学生问题解决能力的积极作用，但缺少针对中小学的具体实施策略，缺少对教师的专业引导培训。

③课程统整不到位。从现状来看，大多数学校缺乏课程整合意识、课程整合能力和课程整合机制，导致学科素养培育流于形式，学科核心素养培育低效甚至无效。

● 算法思维培养困境的出路

初中信息技术课程强调基于问题，选择合适的技术，进行有效的信息处理，从而使问题得到解决，这个过程和算法思维的培育过程高度契合。因此，参与信息技术学习的过程，就是形成算法思维的重要过程。

1.从理解算法本身培育算法思维

算法学习是很好的思维训练工具，能有效提升学生算法思维水平。程序设计是帮助学生获得解决问题经验的一种快速、明确的途径，其一般过程为：提出问题—分析问题—设计算法—编写程序—调试运行—检测结果。以程序设计为载体，学生可以掌握一些常用的算法思想，如通过鸡兔同笼问题了解穷举法、通过杨辉三角问题了解递推法、通过走迷宫问题了解回溯法、通过汉诺塔问题了解递归法等。

（1）巧用示例将算法概念形象化

算法是非常抽象的，教学中可适当设计一些游戏，帮助学生快速理解算法及相关概念。例如，在学习“算法思想初探”时，设计“神算小诸葛”游戏让学生对算法初步形成认知。教师任意选取1到20之间的某个数字，猜到的学生即为“神算小诸葛”。每个学生都有一次机会问“是*吗？”，教师回答“是”或“否”。第一輪，学生随机猜测。第二轮，学生按顺序进行猜测，如“是6吗？”“是7吗？”，学生可以多次猜测，这就是“顺序查找”。第三轮，教师首先向学生透露数字的大体范围，学生减半询问，如“是小于10吗？”，再问“是小于5吗？”，这就是“二分查找”。通过游戏，学生亲自体验解决问题的过程和方法，更有利于对抽象概念的理解，从而达到教学目标。

（2）使用流程图描述算法加深理解

使用流程图不仅可以让学生清晰地了解解决问题的一般过程，而且还能使其理解计算机解决问题的核心思想。

（3）培养算法选择与优化的意识与能力

在程序教学中，教师可以引导学生针对同一问题设计多样化的算法，通过讨论比较，选择其中最优的算法，培养学生算法选择与优化的意识和能力。例如，求100以内的偶数和，可比较下列三种算法：

算法一  For i=1 to 100

If i mod 2=0 Then s=s+i

Next i

算法二 For i=1 to 50

S=s+i*2

Next i

算法三 s=（2+100）*50/2

2.单元整体教学融入算法思维

教师可以聚焦问题解决，通过单元整体设计重构教学内容，每节课让学生通过“发现问题、提出问题、解决问题”这一步骤完成学习任务，利用每个单元有意识地培养学生解决问题的能力，使学生逐步形成算法思维。

（1）使用任务驱动等模式组织教学

让学生每节课都体验问题解决的过程。例如，用WPS文字制作电子板报，首先让学生思考：如何制作电子板报？制作电子板报需要哪些过程？第一步，确定主题。如何让主题更明确？第二步，确定内容。应该搜集哪些素材？第三步，搜集素材。搜集的素材能不能直接使用？第四步，处理素材。怎样将素材填充到版面中？……以制作电子板报为任务，学生切身体会到条理化地分析解决问题的过程，既培养了创新和协作意识，又提高了信息加工与表达能力，提升了信息综合素养。

（2）开展单元整体教学

单元整体教学强调单元目标的整体性、课时目标的阶梯性，有助于学科体系的构建，对学科素养的养成特别是算法思维的培育有着不可替代的作用。例如，《数据统计与分析》单元的教学目标有三个：一是了解图表的特点，熟练制作图表;二是掌握对数据及图表的分析方法;三是根据图表，形成结论。教师首先对本单元进行整体设计，将单元主题确立为“对学校午餐的满意度调查及提出改进意见”，将数据统计与分析分各种方法渗透其中，引发学生共鸣。调查问卷的设计需要缜密的思维，问卷的发放、回收需要团结合作，观点的阐述需要良好的语言表达，整个任务的完成就是“发现问题—分析问题—解决问题”这一算法思维形成的过程。这种整体设计，使学生对调查研究的过程、方法和步骤有了系统的了解、认识和积累，在调查的过程中掌握了知识，提升了思维能力。

3.跨学科统整渗透算法思维

开展跨学科统整能为学生提供更为复杂的情境，让他们有机会整合和运用不同学科的观念、方法和工具，生成可迁移的知识和技能，有利于学生核心素养培育的整体化、深度化、具体化实施，有助于学生充分体验跨学科方式解决问题的过程。

（1）信息技术与学科深度融合

以信息技术与学科教学深度融合为切入口，实现多学科课程的统整。例如，由历史、道德与法治、信息技术等学科共同参与的“数字化沂蒙精神”课程，整合了语文课中的革命传统文化教育、历史课上的爱国主义教育、道德与法制课上的核心价值观教育，综合运用信息技术手段多方式呈现。有的学生用演示文稿等多媒体手段讲红色故事，有的学生用图形化编程体验红色活动，有的学生选择用开源硬件或3D打印创作红色实景，有的学生用VR技术展示红色场馆。风采各异的融合背后，体现的是学生“发现问题—分析问题—寻求解决办法”的思维过程，这正是学科教学的价值所在。

（2）跨学科“项目化学习”

通过让学生体验项目化学习的全过程，培养学生的算法思维。例如，在学习WPS文字时，创设“我是设计师”项目，要求与其他学科学习内容相结合，创作体现不同文化内涵的邮票作品，有的学生结合品德与社会的学习内容，设计了《百年公交》系列郵票，展示了从老式公交车、有轨电车、磁悬浮列车、新能源公交车演变的过程，在学习使用软件的同时，渗透了爱国主义教育。

（3）与生活体验无缝衔接

算法思维不仅存在于计算机程序中、学科教学中，而且存在于生活中的方方面面。例如，使用者在浏览网页后，会发现网站经常给推送“你感兴趣的页面”“你喜欢的图书”“你热衷的八卦”等，这就是经典的“推荐算法”。又如，教学《条件语句》这一课时，教师可以结合生活中的垃圾分类设计学习项目“智能垃圾桶”。通过设计算法、编写程序，让垃圾桶实现智能识别和智能分类存放的功能，解决生活中的难题。

学生算法思维的培养不是一蹴而就的，用算法思维解决问题的能力也需长期培养。所以，教师在落实算法思维培养的过程中，应针对不同学段，按照由易到难、螺旋上升的原则进行布局，既立足信息技术课程，又兼顾其他学科渗透，最后还要与生活高度融合。

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本文为山东省十三五教育科学规划课题“胜任力视角下人工智能教师专业成长路径研究”（编号：2020ZC199）阶段研究成果，临沂市初中信息技术名师工作室成果。