高中编程教育中渗透计算思维培养的教学模式探究

许叶青

摘 要：本文通过阐释计算思维的概念，探讨在编程教学中培养学生计算思维的基本教学策略。

关键词：高中信息技术课堂;编程教学;计算思维

新课标《普通高中信息技术课程标准2017版》中提出：高中信息技术学科学核心素养由信息意思、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四大个核心素养组成。作为核心素养之一的计算思维，不仅在核心素养中具有着重要地位，而且还提升了高中信息技术课程的思维价值。

一、计算思维的定义

2017版的普通高中信息技术课程标准将计算思维定义为：“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”。由此可见，计算思维是一种解决问题的思维过程，涉及到问题的阐述，数据的组织、分析和呈现，解决方案的制订、识别、分析和实施以及问题解决过程的迁移等。

二、基于计算思维培养的教学模式

计算思维的操作性定义为我们开展培养计算思维的教学指明了方向。由操作定义可见，计算思维解决问题的过程包括以下几个步骤。1.描述问题。2.数据组织、分析和呈现。3.制定解决问题的方法。4.对已有的方案进行识别、分析，找到最有效的方案，实施方案。5.将该问题求解过程总结推广到更多类似问题解决中。

对一线教学工作者而言，我们关注的是如何在我们课堂教学中培养学生的计算思维。笔者认为基于计算思维培养的教学模式，应该将计算思维的一般过程融入课堂教学中，让学生在课堂学习中将计算思维的过程内化，从而提高计算思维能力。我们在设计课堂教学时可以遵循以下步骤。

第一阶段：创设能够利用计算机解决问题的情境。第二阶段：组织学生分析数据。第三阶段：帮助学生抽象问题，建立模型。第四阶段：帮助学生建立解决问题的初步方案。第五阶段：对已有方案进行分析，识别，找到最有效的方案。第六阶段：引导学生将问题解决方法总结迁移到更多类似问题解决之中。

三、在高中编程教育中落实计算思维培养的教学策略

（一）高中生的思维特点

高中时期是思维发展的“黄金期”，形象思维逐步转向抽象思维的过渡期，辩证逻辑思维日趋发展。而这一时期思维如果没有得到有效的启发，思辨能力发展会受到制约，进而影响其创造思维能力的发展。因此在教学中培养学生的思维能力，尤为重要。

从教多年，经常发现我们学生在求解问题时，题目中所包含的知识点都理解，但是不能或者完全将问题解出。很多同学反映在編程课上，老师讲的内容都理解，一遇到具体题目就束手无策了。归根结底，还是思维问题，学生不懂如何去思考问题。所以我们在课堂上应该尽可能去启迪思维，教会学生如何去思考问题，如何去解决问题。

（二）基于计算思维培养的高中编程教学—以穷举法为例

1创设情境

提出问题：找出100以内被5整除余3的整数，并且计算出总个数。

总结：利用计算机高运算的特性，一个一个枚举，然后验证。

2穷举算法思想讲解

穷举思想讲解：这种将求解对象一一列举出来，然后逐一加以分析、处理，并验证结果是否满足给定的条件，穷举完所有对象，问题将最终得以解决的方法，称为穷举法。

穷举算法在日常生活中的应用举例：高铁检票系统、破解密码、击鼓传花游戏等等。

设计意图：创造出适合用计算思维思考的问题情境，通过情景，引导学生思维，要解决问题应怎么去计算，去构造，同时引出枚举算法的概念。引导学生学习了解枚举算法的特点。让学生对生活中实例进行抽象，体会到算法在生活中是无处不在的。

3分析算法、完善算法流程图

第一步：设立循环变量范围。第二步：设定验证条件。第三步：验证条件不成立，结束。第四步：满足条件，执行计数器s加1。第五步：循环结束，输出s。

4编写代码

设计意图：在教学中渗透计算思维思想，体现和运用计算思维解决问题，问题解决的四个方面关注点：（1）什么样的计算策略更有利于当前问题的解决？枚举算法;（2）列举的范围的确定：1到100中所有的整数;3）问题解决的判定条件是什么？被5除余3;（4）什么样的技术能被应用于当前的问题求解？采用枚举法从1、2、3、4----100流程图图结构循环嵌套分支，用循环结构来确定列举的范围1-100，用分支来检验是否满足条件。

5拓展

思考算法优化问题：通过利用数学方法分析，该数为5的倍数加3，所以可以对倍数进行枚举，枚举变量范围变为0-20，从而减少循环次数，实现了优化。

6总结

（1）.穷举法规律。概念：一一列举，逐个判断。三个关键步骤：穷举变量、穷举范围、验证条件。穷举算法结构：循环+判断语句。穷举法的基本模式。

（2）.穷举法的优化。常用方法：加强约束条件减少枚举范围;结合数学分析减少循环嵌套。

（3）.穷举法的特点。优点：算法简单。缺点：运算量大。运用范围：用于求解的范围确定，一时又找不出更好的办法。

四、总结

首先，融合计算思维的课堂教学，是思维的课堂，是有效的课堂。既可以作为一种学习的策略，帮助学生理解算法的思想方法，促使他们整合新旧知识，建构模型，明确枚举算法一般结构是：循环结构中嵌套分支结构学会具体问题具体分析，逐层分解，化复杂为简单，创建一个师生思维碰撞的平台，促进师生间的交流与沟通，真正实现学生为主体，教师为引导，同时也促进学生之间的交、合作与学习。

对高中学生来说是算法与程序设计一个相对较为复杂的枯燥的学习，根据计算思维的特点在完成和设计一个较为复杂的问题任务时，将这个问题进行分离成一个小问题一个小问题去解决，确定关注点，对数据进行抽象，然后进行算法的描述，用流程图来构造表示我们要学会对这种问题分析处理的方法，对复杂问题进行模块化，然后由里到外逐层分析，化繁为简，体现和运用计算思维解决问题的优势。