基于计算思维能力培养的高职算法类课程教学改革研究

教育部颁布的《高等职业教育专科信息技术课程标准（2021年版）》明确，高等职业教育专科信息技术课程是各专业学生必修或限定选修的公共基础课程。其学科核心素养主要包括信息意识、计算思维、数字化创新与发展、信息社会责任四个方面。这意味着高职信息技术教学目标从技术素养层面上升到思维素养培育层面。而算法类课程是信息技术课程的重要内容，也是培育学生计算思维能力的核心课程。而现阶段算法类课程存在学生被动接受，积极性不高；教学方法滞后；教学评价不合理等问题，阻碍了学生计算思维能力的持续发展。因此有必要基于计算思维能力培养进行高职算法类课程教学改革。

一、创新教学方法，培育计算思维

科学的教学方法是实现良好教学效果的重要条件，也是培育学生计算思维的基础条件。在传统算法课程教学中，教师大多采取的是“教师讲，学生听”的教学方法，教与学是相分离的，学生大多机械、被动地进行知识学习和练习，部分学生在学习中知其然而不知其所以然，对于学生计算思维的培育不利。因此，教师要改革教学方法，以学生算法思维培育为核心，实现“合理抽象、高效实现”的教学效果。

（一）创设合适情境，渗透计算思维

兴趣是最好的老师，学生只有对算法类课程有足够的兴趣，才能全身心地投入到课程学习中来，主动或者潜移默化地进行计算思维能力培养。而情境导入作为一堂课的开端，对于提升学生的学习兴趣具有至关重要的价值。合适的情境创设不仅能自然引出课程学习的主题，还能实现课程内容与学生日常生活的贴合，在激发学生学习兴趣的同时，实现计算思维的渗透。因此，教师要积极进行备课，在日常工作中善于收集各类情境素材，根据课程内容创设合适情境，让学生在潜移默化中提升计算思维能力。

1.采用游戏情境来进行课程导入。游戏具有娱乐性的特点，以游戏情境导入能使学生乐于接受，更加积极地参与到课程学习中来。例如在进行对分查找算法教学中，教师可以将现阶段流行的猜数游戏作为情境进行课程导入：教师随机选定一个1到100的整数，学生进行猜数，之后教师提升学生猜的数字和教师选定数字的大小关系，学生接着猜数，直到猜中为止。在猜数过程中，教师可以引导学生进行顺序猜数和对半猜数，在游戏结束后组织学生进行讨论和总结，哪种猜数方法效率更高，以此为切入点，将猜数与对分查找算法结合起来，让学生深刻理解对分查找算法的逻辑，培养学生的计算思维。

2.使用生活情境来进行课程导入。与学生生活贴近的生活情境导入既能提升学生的学习积极性，又能让学生更好地理解课程内容，通过对生活实际的理解来培养计算思维。例如枚举算法是高职算法学习的重难点，教师在开展课程教学之前，可以进行生活情境导入：要找出一串钥匙中所有能打开教师门的钥匙，要怎么做呢？整个过程其实就是让学生一一列举，并逐个检验。这样学生对于枚举算法逻辑就有了直观地认识，并能充分认识到枚举算法的优缺点，通过直观的生活经验升华到计算思维。

3.创设故事情境来进行算法课程导入。故事具有启发性和通俗性的特点，能引起学生的学习兴趣，实现良好的教学效果。例如教师可以通过狼、羊、菜和农夫过河问题来导出算法课程的概念：农夫需要把狼、羊、菜和自己运到河对岸去，只有农夫能够划船，而且船比较小，除农夫之外每次只能运一种东西，还有一个棘手问题，就是如果没有农夫看着，羊会偷吃菜，狼会吃羊。请考虑一种方法，让农夫能够安全地安排這些东西和他自己过河。通过故事的导入，激发了学生学习的兴趣，也让学生在探索中将具体的内容转化成抽象的计算思维，实现思维水平的提升。

4.问题情境要适当应用于算法课程教学之中。趣味性的问题情境能很好地激发学生探索的欲望，让学生在探索的过程中主动尝试用计算思维去归纳和分析，去解决问题。例如教师可以采用兔子繁殖的故事来引入斐波那契数列算法：一对兔子，从出生后第3个月起每个月都生一对兔子。小兔子长到第3个月后每个月又生一对兔子。假如兔子都不死，请问第1个月出生的一对兔子，至少需要繁衍到第几个月时兔子总数才可以达到N对？学生通过对兔子繁殖问题的解答，引导学生利用计算思维来导出斐波那契数列算法的公式，实现较好的教学效果。

（二）从任务驱动教学到项目式教学方法

任务驱动是培育学生计算思维的重要教学方法，它的主要教学过程是教师根据学生的学习情况，布置一个可实现的任务，学生通过任务完成过程来实现学习目标。在算法类课程教学中，教师要根据课程内容和教学目标，为学生设定具体的学习任务，并与学生一起对复杂的任务进行分解，形成一个个具体的小任务，以便学生更有针对性地开展课程学习，并在任务完成过程中形成和强化计算思维。例如教师在开展条件语句教学时，可以将整数四则运算算法作为学生的学习任务，让学生在学习过程中将条件语句与任务联系起来，有目的性地去进行学习，以流程图的形式写出整数四则运算的具体算法，实现学生计算思维的全面发展。而项目式教学说到底也从属于任务教学，而不同的是任务驱动主要是指针对具体知识点，而项目式教学则针对一个阶段的学习成果，包含的内容更多，也更为复杂。在经过一段时间的学习后，教师可以以贴近学生实际生活的形式，创设可实现的项目，让学生对项目进行分析，问题细分，并利用所学的知识提取关键数据，建立数据模型，并按照算法知识予以实现。例如教师可以采用学生的成绩查询、个人所得税计算等为课题项目，引导学生进行项目式探索，系统提升学生的计算思维。

（三）鼓励自主探究活动

自主探究是学生进行计算思维训练的重要方式，教师在算法类课程教学中要设计适当的自主探究活动，以满足教学要求。自主探究不是盲目的，它大都从模仿开始。教师在分析或者演示某一案例后，可以设计类似的案例让学生进行探究。例如在循环结构教学中，教师讲解完毕整数1到100的求和算法后，可以让学生探究1到100内的奇数求和算法，让学生更好地理解循环结构的逻辑。在此基础上，教师可以增大自主探究的难度，让学生探究一些更为复杂的问题，更深层次地挖掘学生的计算思维。同时，教师要重视学生从算法设计到程序实践中的错误，特别是对于刚入门的学生而言，这个过程中会出现很多错误，包括编译错误、运行错误和逻辑错误。教师要引导学生对错误的原因进行探究，用模块化的思想来缩小错误范围，提升学生采用计算思维来分析问题、解决问题的能力。

（四）重视教学中的合作探讨

在算法类课程学习过程中，学生的学习基础和学习能力存在一定的差异。因此针对教师提出的问题，不同学生探究问题的进度会存在差距，并且思考的方向也不尽相同。若教学过程中只依靠单纯的自主探索，不仅会造成学生间差距的加大，也不利于发挥集体的智慧，对于学生计算思维的培育不利。因此，教师在课程教学中要重视小组协作与合作探讨，实现学习过程中的优势互补，提升课程教学效果，实现计算思维的持续发展。教师在引导学生进行合作探讨之前，要了解学生的算法水平、性格特点等，采取“组内互补”原则建立学习小组，引导学生建立基于任务的组内分工，学生通过合作探讨和亲身参与，实现计算思维的培育。同时，教师要积极引导学生开展头脑风暴，扩展学生的思维，以小组内部协作和组间协作的方式，将学生关于算法的设想转化为具有实践性的方案，促进学生计算思维的提升。

（五）合理选择教学工具

在算法类课程教学过程中，由于学生对算法知识缺乏系统的了解，同时对面向程序设计相关概念也了解不深，因此对课程学习的积极性不高，也缺乏算法思维培育的路径。因此教师要合理选择教学工具，帮助学生更好地理解相关知识点，对课程内容进行系统梳理，也让学生对算法思维有更直观的理解。例如教师可以引导学生使用微软的绘图软件Visio来绘制流程图，以进行算法构造，还可以利用Visio绘制思维导图来进行算法过程分析，让学生对计算思维有更直观和更深刻的认识。同时，教师可以引导学生使用visual Basic软件工具来进行算法验证，以便让学生对于自身算法思维中的错误和遗漏进行查漏补缺，提升自身算法思维的严谨性。

二、注重教学评价，巩固计算思维

教学评价既是了解学生学习情况的重要方法，也是学生进行课程改进、巩固计算思维的重要工具。现阶段算法类课程教学评价普遍存在两方面的问题：一是教学评价以结果性评价为主，忽视了过程性评价，学生的计算思维难以获得持续性发展。二是教学评价对象单一化，以教师评价为主，评价结果客观性和全面性不足，影响教学评价效果，也不利于学生计算思维的巩固。因此，教师在开展算法类课程教学评价中，不仅要注重结果性评价，更要注重过程性评价；不仅要开展教师评价，还要开展包括学生自评、互评在内的多元化评价。

（一）注重过程性评价

计算思维培育是一个持续性的过程，只有教师充分把握学生在学习过程中的情况，有针对性地进行教学计划的调整，才能实现学生计算思维的持续发展。仅仅依靠阶段性的总结评价往往具有滞后性，难以及时发现问题和解决问题。基于此，教师在教学过程中要注重过程性评价，并且要对评价过程进行量化处理，确保过程性评价的及时性和客观性。在算法类课程教学过程中，教师要以计算思维培育和巩固为导向，设计课堂观察记录表，对学生的课程学习情况和课堂表现进行及时评价，明确学生计算思维发展水平，以此作为教学计划调整的依据，促进学生计算思维的发展。一般而言，课堂观察记录表可以分为三个方面的内容：观察内容、观察点和观察记录。观察内容主要来源于课堂教学内容，教师可以根据具体的课堂教学目标进行设定。而观察点主要来源于教学内容的重难点，观察标的为学生的课堂行为、任务完成情况等。而观察记录则是对学生具体学习情况的如实记录。例如在循环结构算法学习中，教師可以将观察内容设置为“教学环节”“学生解决问题活动”等，教学环节的观察点包括：情境导入的吸引力，任务驱动的效果等，而学生解决问题活动的观察点包括学习中的态度与积极性，解决问题中对新知识的应用能力，知识整合能力等。通过过程性评价，教师能深刻了解学生计算思维的发展状况，从而有针对性地进行教学调整。

（二）开展多元化评价

算法类课程是一类实践性较强的计算机课程，学生在课程学习中必然要进行大量的形成性练习，并取得一定的学习成果。这些成果一方面反映了学生的学习情况和学习水平，更是展现了学生的计算思维发展水平。因此，在学生进行形成性练习后，教师要开展多元化评价，通过学生自我评价、学生互相评价和教师总结评价的融合，进一步深化学习内容，巩固算法思维。具体而言，在学生通过所学知识完成任务后，教师要鼓励学生对完成任务的流程和逻辑进行讲述，并对自己在完成任务中的优缺点进行评价。在此基础上，教师邀请其他学生进行评价，开展学生之间的互评，实现学生思维上的碰撞，为学生提供多元化的问题解决思路。最后，教师对学生的任务完成情况进行分析与总结，实现学生计算思维的发展。

计算思维能力是信息社会的基本素质之一，而算法类课程的性质和内容决定了其对学生计算思维能力培育具有天然的优势。因此，在算法类课程教学中，教师要在课堂开始阶段创设合适情境，渗透计算思维。在课堂教学过程中创新教学方法，革新教学工具，培育学生的计算思维能力。同时，要将过程性评价和结果性评价结合起来，采用多元化评价方法，巩固计算思维能力。

（基金项目：南通市科技计划项目“软件代码推荐关键技术的研究”，编号：JC2021125。）

（王苏苏，副教授，硕士，研究方向：计算机应用技术。）