程序设计教学中融入计算思维的探究

王能汁

(福建省厦门实验中学 福建 厦门 361000)

信息技术作为当今先进生产力的代表，已经成为我国经济发展的重要支柱和网络强国的战略支撑。提升我国公民的信息素养，增强个体在信息社会的适应力和创造力，对个人发展、国力增强、社会变革有着十分重大的意义。新版普通高中信息技术课程标准指出，普通高中信息技术课程是一门旨在全面提升学生信息素养，帮助学生掌握信息技术基础知识与技能、增强学生信息意识、发展计算思维、提高数字化学习与创新能力、树立正确的信息社会价值观和责任感的基础课程。

1.计算思维与程序设计

在探讨通过程序设计这门课程培养学生计算思维之前，首先，我们要知道计算思维是如何定义的，其次，要搞清楚计算思维的本质内容是什么；最后，要研究计算思维与程序设计之间有什么关系，或者说如何通过程序设计这门课程来培养学生的计算思维能力。

2006年，卡内基梅隆大学周以真教授第一次提出了计算思维这个概念。他对计算思维做出这样的界定：“计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”。信息技术新课程标准也给出了定义：计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据；通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的关键；总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题的解决中。

可以看出，计算思维的本质就是抽象与自动化；我们从抽象和自动化这两个核心概念出发，进一步解剖。可以分为四个步骤：简化问题，识别规律，数学抽象，设计算法。

简化问题：是指将大的复杂的问题简化成一个个具体的特例或者是规模较小的，可以直接解决的问题。

识别规律：通过个例模拟，找到规律，趋势和规则。

数学抽象：从识别出的规律中进一步抽象出普遍的规则，并进一步证明正确性。

设计算法：根据抽象出的模型设计详细的解决这类问题的步骤，方便计算机解决问题。

2.课堂教学实践

2.1 教学策略选择。为了提高学生分析问题与解决问题的能力，必须加强学生的计算思维能力培养。因此，为了更好地训练和培养学生的计算思维能力，在程序设计课程的授课中最好采用任务驱动教学法，亦即以问题或任务为导向的教学模式。

任务驱动教学法是一种普遍且具有一定教学效果的方法，本课题中主要采用任务驱动教学法来提高学生的学习兴趣。此方法是以解决实际问题，完成特定任务为主的教师与学生，学生与学生之间多维互动的教学方法。解决问题的过程是学生主动构建知识与经验的过程，通过新知识和原有的知识的交互作用，不断丰富自身的知识和提升自己的能力。利用任务驱动法可以有效、合理设计教学任务与分配学习任务，可以有效地培养学生独立思考问题，分析问题及解决问题的能力。

2.2 教学过程实施。笔者将以算法与程序设计课程中“递归算法与递归程序”这一节为例来说明教学过程中的计算思维的培养。

(1)问题导入。递归作为一种算法在程序设计中被广泛应用，是一个过程在定义或者说明中直接或者间接调用自己的一种方法，它通常把一个大型复杂的问题层层转化为一个与原问题相似的规模较小的问题来求解。具体来看一个例子：

有一座高度是10级台阶的楼梯，从下往上走，每一步只能跨有级或者2级台阶。要求用程序来求出一共有多少种走法。

比如，每次走1级台阶，一共走10步，这是其中一种走法。我们可以简写成1，1,1,1,1,1,1,1,1,1,也可以每次走2级台阶，一共走5步。可以简写成2,2,2,2,2。

(2)分析问题。

①分解问题。

我们要求10级台阶是比较困难的，那能不能从简单的开始呢？比如1级，我们就很容易知道答案为1,2级台阶答案为2，3级台阶通过排列组合的方式也不难得到答案为3，依次类推……

②识别规律。

那么这些数据之间有没有规律呢？假设你只差最后一步到达第3级台阶，这时候会出现几种情况？只有两种：一种从第2级跨1步走到第3级，一种从第1级跨2步走到第3级。

我们已知从第0级走到第1级的走法为1种，第0级走到第2级的走法为2种，那么总的走法应该是1+2=3种。

那这个规律是否适合所有的情况呢？同样的，假设你只差最后一步到达第10级台阶，这时候会出现几种情况？只有两种：一种从第9级跨1步走到第10级，一种从第8级跨2步走到第10级。

我们已知从第0级走到第9级的走法为X种，第0级走到第8级的走法为Y种，那么总的走法应该是X+Y种。

3.结语

计算思维作为一种新的学科思维方式受到了广泛的关注，培养学生的计算思维能力是信息技术学科的核心素养。要在程序设计课程中融入计算思维，首先需要理解计算思维的概念和方法，并把这些概念方法应用到问题设计之中，然后采用基于问题，分析问题，解决问题的PBL模式，在分析问题中进一步运用简化问题，识别规律，数学抽象，设计算法的策略，培养学生的计算思维。