計算思維在高中信息科技課堂中的教學實踐

李偉

與傳統(tǒng)的教學模式相比較，基于計算思維的教學模式在培養(yǎng)學生自我建構(gòu)知識以及創(chuàng)新思維能力方面有較大的優(yōu)勢，不僅可以提高學生的學習效率，還可以培養(yǎng)他們的計算思維能力。在高中信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)中，計算思維作為重要的組成部分，其定義是：個體在運用計算機科學領(lǐng)域的思想方法形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。然而在實際教學中，教師會發(fā)現(xiàn)，信息科技學科的屬性越來越缺失，信息科技課程中“唯工具”思想越來越明顯，信息科技承載的“學信息技術(shù)、用信息技術(shù)和技術(shù)一起學”三個層次功能的體現(xiàn)越來越弱化。下面，筆者以《算法與程序設計——遞推算法》一課例為例，闡述計算思維在高中信息科技課堂中的應用。

引入部分

筆者講述斐波那契和兔子的故事，然后拋出問題：假設一對初生兔子要一個月才到成熟期，而一對成熟兔子每月會生一對兔子。那么，由一對初生兔子開始，12個月后會有多少對兔子呢？

要求學生在草稿紙上列出前6個月的兔子數(shù)。學生根據(jù)題意，很快能得出每個月的兔子數(shù)，結(jié)果以列表形式給出（如下表）。

歸納通項公式

學生在觀察前6個月的兔子數(shù)后，能總結(jié)出通項公式fn=f（n-2）+f（n-1） n>=3，從而快速計算出12個月后兔子的總數(shù)為144。解決這個問題的關(guān)鍵是得出通項公式，也就是形式化表達的過程。學生在課堂上通過小組討論，觀察、分析數(shù)字之間的內(nèi)在關(guān)系，得到通項公式，用前兩個月的兔子數(shù)相加得出當前月的兔子數(shù)。因前兩個月的兔子數(shù)都為1，所以f3=f2+f1，就能得出f3=2，同理，f4的值也能這樣得出，這就是經(jīng)典的數(shù)列中的遞推公式。

換一種思考角度看問題

在推導出遞推公式后，教師從生活實例中又引入了一個新的走地板的問題：機房內(nèi)一共有15塊地板，規(guī)定每步可以走一塊或兩塊地板，如果要走到最后一塊地板，一共有多少種不同的走法？

提出此問題的目的是讓學生進行逆向思維，讓他們換個角度看問題，學生的思維有些障礙，教師要適時搭腳手架，分析第5塊地板的情況（如圖1）。

分析過程：如果差一步走到第5塊地板，這一步有幾種走法？①假設已走到了第4塊地板，一步走1塊地板到達第5塊地板。②假設已走到了第3塊地板，一步走2塊地板到達第5塊地板。

得出結(jié)論：f5=f4+f3（f5、f4、f3分別為走到第5、4、3塊地板的走法數(shù)目），由此過渡到f15=f14+f13（f15、f14、f13分別為走到第15、14、13塊地板的走法數(shù)目），最后得出通項公式fn=f（n-2）+f（n-1） （n≥3）。

計算思維的體現(xiàn)

學生在這里會發(fā)現(xiàn)走地板的問題和課堂前半段推導的斐波那契數(shù)兔子公式一樣，進而引發(fā)思考。前面是根據(jù)數(shù)列的規(guī)律歸納出來的，而走地板問題是由后往前推導，當前地板的走法是由前兩塊地板走法相加得到的，這樣一次次往前推，直到出現(xiàn)確切的f2=2，f1=1。除了f2的值不同外，表面上推導出的公式fn=f（n-2）+f（n-1） （n≥3）是相同的。但后面這種方法考慮的問題就是計算思維的具體體現(xiàn)，把復雜的問題抽象分解成相對簡單的形式，這種形式是相對固定的，這就是抽象和形式化表達，這是遞歸算法的典型應用。用公式可以表示為：

從遞歸所體現(xiàn)的核心思想來看：其一，將一個復雜的問題簡單化處理，這反映了計算思維簡潔的特性；其二，每次簡單化后的問題表達方式與原方式是一致的，這也反映了計算思維簡潔的特性；其三，是有終止的，問題簡化到一定程度，一定是可以解決的，這反映了計算思維的構(gòu)造特性；其四，遞歸是一種漂亮的形式化表達，可以用有限的步驟描述、實現(xiàn)近于無限功能的方法。到此，就用計算機科學的基礎(chǔ)概念對問題進行了求解，接下去就是用編程工具在計算機上實現(xiàn)的過程。

程序?qū)崿F(xiàn)

借助流程圖（如圖2），分析得出循環(huán)體的內(nèi)容，學生在VB程序中調(diào)試，得出結(jié)果。

循環(huán)體中的內(nèi)容就是fn=f（n-2）+f（n-1），最后生成的VB語句，如圖3所示。

在課堂的拓展部分，筆者提出用函數(shù)的表示形式，更好地實現(xiàn)遞歸思想。VB代碼如圖4所示。

課例反思

本節(jié)課例是高中信息科技“算法與程序設計”模塊的典型應用是計算思維中形式化表達的過程，體現(xiàn)了計算思維抽象和自動化的特征。在代碼實現(xiàn)階段，先用do while語句實現(xiàn)從前往后的正向遞推，再用函數(shù)的形式表達遞歸的思想，這里學生的思維更進一步，通過代碼編寫、體會遞歸調(diào)用自身的過程，重點體會把復雜問題逐步簡單化，每次調(diào)用自身就縮小規(guī)模，一直到最簡單的規(guī)模直接給出值?？v觀這三個環(huán)節(jié)，學生的思維是有梯度、層層遞進的。教師通過這樣的教學實踐，促使學生用計算思維的方式思考問題，對提升其思維非常有幫助。

在高中信息科技課程中，與算法相關(guān)的方法教學已實施多年。計算思維的提出，對相關(guān)方法教學提出了新的要求。同時，依據(jù)高中學生的年齡心智特征，梳理計算思維的方法教育內(nèi)容，是一項有意義、有挑戰(zhàn)性的工作。計算思維的開發(fā)有助于提高信息科技課程的教學效率，促進學生信息素養(yǎng)的培養(yǎng)。但學生計算思維的培養(yǎng)不是一蹴而就的，需要一線教師在高中信息科技課堂教學中精心設計教學內(nèi)容與過程，將計算思維的培養(yǎng)融入到實際的課堂教學中，只有不斷地在課堂教學中培養(yǎng)學生的計算思維能力，才能更好地激發(fā)他們的內(nèi)在潛能，為其終身學習打下基礎(chǔ)。endprint