高中信息技術(shù)教育中的算法思維培養(yǎng)研究

林振平

廣州市第八十六中學(xué) 廣州 510700

1 算法思維的定義

在與普通高中實(shí)驗(yàn)教科書有關(guān)的《信息技術(shù)（培訓(xùn)資料）》中提出這樣的看法：“身處信息社會(huì)的學(xué)生還必須掌握兩種思維方法：批判性思維和算法思維。算法思維通常被認(rèn)為是解決問題的過程性思維方法，但我們則進(jìn)一步把算法思維看作是人與機(jī)器共通的思維形式?！?/p>

在本文開展研究過程中，本文把它視為發(fā)現(xiàn)問題、確定問題以及就問題展開相關(guān)分析的組成部分。這樣就可以在很大程度上分析、分解以及簡(jiǎn)化問題，從而可以更好地解決問題。作為行之有效的分析和解決方法，教師需要在教學(xué)過程中訓(xùn)練學(xué)生的算法思維模式，這樣就能夠讓學(xué)生更好地分析問題，把握它的現(xiàn)象與本質(zhì)，為理解其他相似問題提供有益的思考經(jīng)驗(yàn)。

2 意義

2.1 提高思維能力

盡管算法都具備了強(qiáng)大的形式與功能，但是它們的形成和發(fā)展都經(jīng)歷了一系列過程，人們也需要不斷地感知、觀察、抽象、識(shí)別、歸納算法的相關(guān)資料和信息。同時(shí)，還要不斷地發(fā)現(xiàn)、利用、選擇以及推廣算法等，這些過程在很大程度上體現(xiàn)了人們的算法思維水平和算法能力。此外，也可以詳細(xì)而真實(shí)地體現(xiàn)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維能力，學(xué)生就可以理性地思考和判斷在這些事物中所隱藏的數(shù)學(xué)模式，從而為解決問題提供更好的思路和方法。

2.2 培養(yǎng)行事邏輯思維能力

算法可以在很大程度上減輕人們的數(shù)學(xué)腦力勞動(dòng)，盡管它的形式比較機(jī)械化，很多情況下還可以借助計(jì)算機(jī)來取代它們。算法思維可以非常獨(dú)特的方式來廣泛地描述各類操作程序。因此，在學(xué)習(xí)算法的過程中，學(xué)生可以理解和體驗(yàn)算法過程，較好地理解和把握算法的精神和思想，這樣就可以讓他們切實(shí)可行地借助算法來解決實(shí)際問題。在數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等科目中存在算法，而且在日常生活中也能夠運(yùn)用算法來處理問題。從它的概念可以看出來，在算法中的各部分都遵循了相當(dāng)詳細(xì)而明確的規(guī)則，這樣才能夠根據(jù)相關(guān)順序、循環(huán)以及條件分支來形成相關(guān)的序列性結(jié)構(gòu)。這樣一來，人們可以更好地把握事物操作步驟和程序，也可以強(qiáng)化人們的條理性思維習(xí)慣。

在處理異常復(fù)雜的資料、信息和問題的過程中，算法思維在很多情況下被當(dāng)成解決問題的過程性思維方法。人們通常會(huì)借助制作程序框圖來更好地描述、表達(dá)和分析問題，這樣就能夠在很大程度上理順問題要素之間的關(guān)系，也可以有條理地組織相關(guān)信息。在日常生活中，人們可以根據(jù)具體“算法”來快速地解決各類問題，這也是它在日常生活、工作中的具體體現(xiàn)和滲透。在這種情況下，人們可以形成清晰的思路，理順各部分關(guān)系，這也就能夠有輕有重、分清主次地解決具體問題。

3 高中信息技術(shù)教學(xué)中算法思維培養(yǎng)的活動(dòng)設(shè)計(jì)策略

3.1 算法思維——指向問題解決能力

人腦通過言語、表象以及相關(guān)的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)思維過程，它可以高度地概況和簡(jiǎn)潔地反映出客觀事物的各方面信息。它也能夠展示出事物的本來特征以及內(nèi)部要素之間的關(guān)系，因此是高級(jí)的認(rèn)識(shí)形式。在處理問題的過程中，人們要通過自己所擁有的知識(shí)來解決這些未知問題，準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和找到可以解決問題的手段或途徑，這一系列過程就被稱為問題解決。

算法思維恰如其分地代表著這個(gè)過程：一系列既定的相關(guān)操作步驟，在分析和協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，導(dǎo)致某個(gè)問題的解決。所以，提高學(xué)生的算法思維能力，建立在提升學(xué)生的邏輯思維水平以及問題解決能力的基礎(chǔ)之上。這樣一來，對(duì)正處在高中階段的學(xué)生來說，他們可以在學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升自己的算法思維水平和算法思維能力，也可以進(jìn)一步地提升自己的問題解決能力。在這個(gè)過程中，高中學(xué)生已經(jīng)有了非常好的形式運(yùn)演能力，可以借助相關(guān)的程序設(shè)計(jì)語言、流程圖以及偽代碼等形式，來進(jìn)一步地把握程序設(shè)計(jì)中的算法內(nèi)涵。而且還可以將此類思維模式運(yùn)用到生活和學(xué)習(xí)中去，進(jìn)一步提升自己的行事邏輯能力。

3.2 算法思維培養(yǎng)的基本過程

在信息技術(shù)課堂教學(xué)過程中，可以將算法教學(xué)分為3種：算法理解、形成以及發(fā)展的教學(xué)類型，算法多樣化的教學(xué)類型，算法修改的教學(xué)類型。教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同而采用有所差異的教學(xué)設(shè)計(jì)，也可以在培養(yǎng)學(xué)生算法思維的過程中分別注重算法思維的理解、形成以及應(yīng)用等不同階段。

4 算法思維培養(yǎng)的實(shí)踐策略

4.1 教師引導(dǎo)學(xué)生自主探索設(shè)計(jì)算法

首先，學(xué)生可以借助Java程序來設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)語言，也可以獨(dú)立地驗(yàn)證運(yùn)行算法程序。這樣一來，學(xué)生可以借助程序開展自由證明和猜想活動(dòng)，在自由想象的空間中學(xué)生的個(gè)性得到了充分的發(fā)展，創(chuàng)造性學(xué)習(xí)也由此產(chǎn)生。從心理學(xué)的角度來看，算法學(xué)習(xí)并不是創(chuàng)造性學(xué)習(xí)，這是因?yàn)榻處煕]有必要向?qū)W生灌輸現(xiàn)成算法，只是在教學(xué)過程中盡可能地發(fā)揮出來學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。這樣一來，他們就能夠在Pascal集成環(huán)境或者Java環(huán)境嘗試開展構(gòu)造性的學(xué)習(xí)活動(dòng)，算法學(xué)習(xí)也就成為創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)活動(dòng)。從這種角度來看，學(xué)生的積極體驗(yàn)、自發(fā)組織以及開展算法的學(xué)習(xí)活動(dòng)能夠在很大程度上幫助學(xué)生消除學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的畏懼感，學(xué)生也可以在這個(gè)過程中全面地把握內(nèi)涵，從而抓住把握和解決問題的普遍方法。

4.2 問題驅(qū)動(dòng)激發(fā)算法學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

教師要在算法教學(xué)過程中充分地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)熱情，這樣一來，學(xué)生就能夠很好地把握學(xué)習(xí)方向和學(xué)習(xí)目的。學(xué)習(xí)原因、學(xué)習(xí)的調(diào)節(jié)與結(jié)果就是最好的動(dòng)因。但是，在現(xiàn)行的計(jì)算機(jī)教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)學(xué)習(xí)動(dòng)因的關(guān)注并不多見。這就要求教師在教學(xué)算法與開展程序設(shè)計(jì)教學(xué)的過程中，借助相關(guān)的Pascal語言或者Java語言的特征，設(shè)置好問題驅(qū)動(dòng)方法。這就要求學(xué)生運(yùn)用算法思想來處理實(shí)際問題，能夠在很大程度上激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

4.3 注重程序設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)

在Pascal環(huán)境以及Java環(huán)境學(xué)習(xí)算法的過程中，教師可以充分地借助網(wǎng)絡(luò)的巨大優(yōu)勢(shì)，全面而準(zhǔn)確地構(gòu)建開展人機(jī)交互、師生交互以及生生交互的氛圍和環(huán)境。在這種情況下，考慮到Java以及Pascal的強(qiáng)大語言特點(diǎn)，它們都在很大程度上提供了非常友好的人機(jī)交互界面。而且盡管它們都表述了內(nèi)涵方法的算法思想和算法理念，但是命令語句確實(shí)言簡(jiǎn)意賅。所以，教師要在開展算法設(shè)計(jì)的過程中提供良好的多元化環(huán)境，這樣就能夠在很大程度上增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)向。

4.4 算法學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)多元化

通過訓(xùn)練學(xué)生的算法思維，就能夠?yàn)閷W(xué)生設(shè)定非常好的學(xué)習(xí)構(gòu)建環(huán)境。而且在此構(gòu)建環(huán)境中，學(xué)習(xí)可以自主學(xué)習(xí)。他們根據(jù)自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)以及所形成的自主性學(xué)習(xí)方法，從而選學(xué)適合自己的算法知識(shí)，還可以自主地規(guī)定算法學(xué)習(xí)的進(jìn)度。所以，在算法學(xué)習(xí)過程中，教師要充分地關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、興趣、能力以及協(xié)作能力等若干方面，這些都應(yīng)該在教學(xué)過程中成為進(jìn)一步考核學(xué)生學(xué)習(xí)效果的相關(guān)因子。也只有這樣，才能更好地觀察學(xué)生在算法學(xué)習(xí)過程中的結(jié)果和效果。

5 結(jié)束語

從上文分析可以看出，算法思維的學(xué)習(xí)可以提升學(xué)生的思維能力，培養(yǎng)他們的行事邏輯能力。在活動(dòng)設(shè)計(jì)方面，可以培養(yǎng)學(xué)生的指向問題解決能力，注重算法思維培養(yǎng)的基本過程。在算法思維培養(yǎng)的實(shí)踐策略方面，教師可以引導(dǎo)學(xué)生自主探索設(shè)計(jì)算法，也可以設(shè)置問題驅(qū)動(dòng)激發(fā)算法學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。此外，還要注重程序設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)，多元化地開展算法學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)，這樣才能夠更好地理解算法思維，提升算法能力。

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