朱青仙

摘 要：作為三大科學(xué)思維之一，計(jì)算思維是身處信息時(shí)代的我們必須具備的一種思維能力。計(jì)算思維也是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是信息技術(shù)課堂教學(xué)的基本目標(biāo)之一。本文通過(guò)深度挖掘生活中的事例，認(rèn)真研究教學(xué)目標(biāo)，精心設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，以案例的形式闡述如何在高中信息技術(shù)課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維 高中信息技術(shù) 課堂教學(xué)

一、計(jì)算思維理論

美籍華人卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真2011年提出：“計(jì)算思維是制定問(wèn)題及其解決方案所涉及的思想過(guò)程，以便解決方案以可由信息處理代理人員有效執(zhí)行的形式表示”。 [1]

我國(guó)的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017）指出：計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。[2]

為理解和研究的方便，根據(jù)高中信息技術(shù)教材編排及中學(xué)生心理特征、認(rèn)知水平，本文研究的主要包括抽象思維、選擇優(yōu)化思維、分解和逆向思維。

二、計(jì)算思維教學(xué)實(shí)踐

VB是一門(mén)理論性、靈活性和創(chuàng)造性較強(qiáng)的課程，VB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的編程思路和基本方法又與計(jì)算思維存在一定的聯(lián)系，特別是對(duì)編程問(wèn)題的邏輯分析、算法設(shè)計(jì)和代碼編寫(xiě)尤為突出。如何在課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維呢？這就需要我們精心設(shè)計(jì)案例，從真實(shí)案例的具體問(wèn)題出發(fā)，逐步分析抽象出解決問(wèn)題的辦法，形成算法思想，最后利用VB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言將算法思想轉(zhuǎn)變?yōu)榇a，進(jìn)而達(dá)到訓(xùn)練思維方法的目的。

1.結(jié)合實(shí)際生活中的問(wèn)題培養(yǎng)抽象思維

生活中處處充滿智慧，我們從小玩到大的游戲“剪刀、石頭、布”，如何讓VB來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于這樣的問(wèn)題很多學(xué)生感覺(jué)到無(wú)從下手。實(shí)際生活中的問(wèn)題包含大量的信息，在處理這些問(wèn)題時(shí)，首先需要明確目標(biāo)，對(duì)信息進(jìn)行過(guò)濾，保留需要的信息。這就是抽象與提取的過(guò)程。以” 剪刀、石頭、布“為例，游戲中我們要比輸贏，那么就可以確定為比大小，石頭，剪刀，布，分別用1，2，3表示，電腦和玩家的數(shù)，用Rnd*3+1來(lái)產(chǎn)生，這樣問(wèn)題就抽象成給定兩個(gè)值，進(jìn)行比較，最后，落實(shí)到編程語(yǔ)句上，要根據(jù)實(shí)際情況確定兩個(gè)值的數(shù)據(jù)類(lèi)型，比較的過(guò)程則對(duì)應(yīng)到選擇結(jié)構(gòu)的語(yǔ)法。這個(gè)過(guò)程是計(jì)算思維的本質(zhì)之一-----自動(dòng)化。

2.巧用經(jīng)典案例培養(yǎng)學(xué)生的選擇優(yōu)化思維

VB教學(xué)中的另一經(jīng)典問(wèn)題是“求1到100之內(nèi)的所以素?cái)?shù)”。在教學(xué)過(guò)程中，先給出問(wèn)題的描述，讓學(xué)生積極思考，怎么解決，寫(xiě)出解決思路。然后，通過(guò)列出算法步驟，引導(dǎo)學(xué)生逐步寫(xiě)出其程序，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化求精。

素?cái)?shù)是除了1和它本身之外不能被其他數(shù)整除的自然數(shù)。找不到一個(gè)通項(xiàng)公式來(lái)表示所有的素?cái)?shù)，后來(lái)，人們借助于計(jì)算機(jī)找到了2216091以內(nèi)的所有素?cái)?shù)。

第一步：初步算法。

先解決一個(gè)素?cái)?shù)的判斷問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)素?cái)?shù)的概念完成算法設(shè)計(jì)。求素?cái)?shù)的方法有很多種，最簡(jiǎn)單的方法是根據(jù)素?cái)?shù)的定義來(lái)求解。對(duì)于一個(gè)自然數(shù)m，用大于1小于m的各個(gè)自然數(shù)都去除m，如何都除不盡，則m為素?cái)?shù)，否則m為合數(shù)。

第二步：算法優(yōu)化

第一步設(shè)計(jì)的算法已經(jīng)能夠完成素?cái)?shù)的判斷，但分析發(fā)現(xiàn)，循環(huán)變量i根本不需要循環(huán)到m-1，因?yàn)楫?dāng)i>m/2時(shí)，m已經(jīng)不可能被i整除，所以，i取值到m/2便可，修改程序如下：

經(jīng)過(guò)修改后，程序的執(zhí)行效率提高了一倍，但該程序還可以繼續(xù)優(yōu)化。分析如下：

對(duì)于一個(gè)合數(shù)m，則一定存在大于1小于m的整數(shù)a和b，使得m=a*b成立。

如果a和b均大于sqr（m），則有m=a*b>m，而這是不可能的。

所以，a和b中必有一個(gè)小于或等于sqr（m）。對(duì)于m來(lái)說(shuō)，循環(huán)變量i只需從2試到sqr（m）就可以了。程序修改如下：

通過(guò)上面的優(yōu)化過(guò)程，逐步引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)了問(wèn)題的優(yōu)化解決，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的思維過(guò)程。

3.從分析問(wèn)題中培養(yǎng)學(xué)生分解思維和逆向思維

VB中遞歸算法是比較抽象，如果直接給出定義學(xué)生肯定難以接受。在教學(xué)中以日常生活中的事例為導(dǎo)入，創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生去分析，從而尋找規(guī)律，得出結(jié)論。

通常把一個(gè)大型復(fù)雜的問(wèn)題通過(guò)“遞推公式（也叫遞歸方程）”層層轉(zhuǎn)化為一個(gè)與原問(wèn)題相同或相似的但規(guī)模更小的問(wèn)題來(lái)求解。當(dāng)通過(guò)反復(fù)的調(diào)用，把問(wèn)題的規(guī)模小到一定程度時(shí)，必須能直接給出問(wèn)題的解，即有明確的結(jié)束遞歸的邊界條件（也叫遞歸出口）。

現(xiàn)在我們已經(jīng)知道遞歸的兩大要素，那么遞歸的具體過(guò)程又是怎樣？由此引出遞歸的兩個(gè)階段：遞推階段和回歸階段。

將原問(wèn)題不斷地分解為新的子問(wèn)題，逐漸從未知地向已知的方向推進(jìn)，最終達(dá)到已知的條件，即結(jié)束遞歸的邊界條件，這時(shí)遞推階段結(jié)束。接著從已知條件出發(fā)，按照“遞推”的逆過(guò)程，逐一求值回歸，最終到達(dá)“遞推”的開(kāi)始處，結(jié)束回歸階段，完成遞歸調(diào)用。

結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的VB教學(xué)中，以教師活動(dòng)為中心，以知識(shí)店講解為主線，過(guò)于強(qiáng)調(diào)編程語(yǔ)言本身的完整性和系統(tǒng)性，忽略了抽象、分解、自動(dòng)化等計(jì)算思維特征在教學(xué)過(guò)程中的滲透，缺少算法分析于設(shè)計(jì)過(guò)程的積極引導(dǎo)。

總而言之，在計(jì)算思維核心素養(yǎng)下，創(chuàng)造性地使用教材，深度挖掘教學(xué)內(nèi)容，洞察學(xué)生內(nèi)心想法，精心設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，改革教學(xué)方法，將培養(yǎng)計(jì)算思維落到實(shí)處。

參考文獻(xiàn)

[1]唐芳.案例教學(xué)法與任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的比較[J].順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（10）

[2]任友群.高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)解讀[M].北京：高等教育出版社，2017.3：10.

[3]張靜.鄔恩杰.基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)探討[j].軟件導(dǎo)刊.2018（08）.