信息技術課堂教學中如何培養(yǎng)學生的算法思維

劉海玲

摘要：人類千百年來都在尋求解決同類問題的最優(yōu)方法，以期達到最佳效果。而“算法”簡單地說就是解決問題的一般方法及步驟。算法思維強調(diào)思維的條理化、邏輯化和程序化，注重解決問題的一般性，更講究能解決相似的一類問題。計算機的問世為人類探索自然添加了重要工具，對人類研究問題的能力和研究問題的方法產(chǎn)生較大的影響。“算法”是計算機領域的重要基石，它在科學技術和社會發(fā)展中起著越來越重要的作用，算法思維是計算思維的重要組成部分，尤其在信息爆炸時代顯得更為重要。算法對于孩子思維訓練意義重大，筆者結合自身教學實踐作如下分享。

關鍵詞：信息技術；課堂教學；學生；算法思維

算法是數(shù)學學科必修課程的學習內(nèi)容，而作為計算機領域的基石，“算法與程序設計”只是信息技術課程選修模塊。教學內(nèi)容雖蘊涵了算法思維，但還是以程序設計內(nèi)容為主。目前，信息技術學科課程體系和內(nèi)容結構從小學到高中都缺乏對算法思維培養(yǎng)的重視。因此，如何從培養(yǎng)算法思維出發(fā)，結合學校實際活用教材，如何從解決實際問題出發(fā)，尋求解決問題的一般方法，如何讓課堂充滿思考，走出“技術應用”的泥潭，如何以培養(yǎng)算法思維為主線貫穿整個課程，塑造學科的靈魂，這些是每位信息技術教師都需要思考的問題。筆者從以下四個方面對此闡述一些個人體會。

一、從軟件技術應用中，挖掘算法題材

計算機的發(fā)明，是為了讓人們從繁重的重復勞動中解放出來。Windows視窗操作系統(tǒng)直觀、易于操作，為用戶快速學會計算機提供了方便。但當要處理的信息越來越多的時候，視窗操作的局限性則異常明顯。例如，在“應用軟件的設置”中，用戶通過窗口進行操作，必須頻繁點擊“單選”“復選”等按鈕。但如果有一臺Windows服務器的IIS上有一千個網(wǎng)站，要統(tǒng)一修改所有網(wǎng)站的某些參數(shù)，那么通過窗口的可視化方式操作，將要重復點擊幾千次鼠標。這將是一項可怕的簡單機械重復勞動。而此類操作可以通過修改文本配置的方式來解決，還不容易出錯。UNIX操作系統(tǒng)通常以文本形式保存軟件配置，自帶VI等文本編輯軟件，功能豐富，并能使用正則表達式查找替換，深受程序員的喜愛。

因此，在學習Word時，教師可以挖掘教材里的“查找”“替換”功能作為培養(yǎng)算法思維的教學內(nèi)容。例如，在一篇文章中把所有“我”改為“他”，把“我們”改為“你們”。先讓學生明白，如果先操作“我”替換為“他”，則文章中的“我們”會先被替換成“他們”。當要替換“我們”為“你們”的時候，將查找不到要替換的對象。進而可延伸拓展讓學生思考有沒有辦法把文章中出現(xiàn)的數(shù)字一次性刪除？簡單的例子不僅能讓學生體驗合理選擇操作步驟的重要性，還為日后學習正則表達式奠定了基礎。

又如，在PowerPoint教學時，學生如果單純學習簡單的技術應用，必將索然無味，因為從小學到初中乃至高中學的內(nèi)容都相差無幾。因此，教師可以從培養(yǎng)算法思維出發(fā)，當教學母版與模板時，可將“母版—模板—幻燈片”三者比作是一脈相承的繼承與遺傳關系。學生只有弄清概念的本質(zhì)，才能更快、更好地批量制作有特色的幻燈片。

二、從解決實際問題中，培養(yǎng)算法意識

算法思維注重解決問題的一般性，講究解決相似的一類問題。在“信息獲取”這一章，很多教師上課時都會直奔搜索引擎、關鍵詞、下載技巧等主要知識點，這樣容易導致學生盲目地進行搜索，或者按部就班地應付了事。而信息時代面對海量的信息，具備一定的信息素養(yǎng)，掌握獲取信息的一般方法顯得尤為重要。因此，本章的學習重點應該建立在解決實際問題的基礎上，讓學生明確信息需求與來源，并驗證信息來源的可靠性，幫助學生建立一套信息獲取的一般方法，這樣有助于他們培養(yǎng)良好的搜索習慣，快速準確地查找到有用的信息。

教學時，教師如果能創(chuàng)設真實情境，讓學生從現(xiàn)實中迫切需要解決的問題出發(fā)，不但能激發(fā)學生的學習興趣，還能加深其對知識點的理解。例如，可以創(chuàng)設如“假如你在某旅行社工作，接到某單位準備國慶組團去北京旅游的電話，需要你提供旅行路線及報價以供參考”，這時學生會把自己的角色轉(zhuǎn)換為旅行社員工，并著手制定方案。而教師應提醒學生，在旅行社工作可能每天都會接到幾十個類似的電話，應總結出一套方法才能提高效率。通過這樣的方式幫助學生逐漸建立“確定信息需求—確定信息來源—選擇方法獲取信息—評價信息”的一套獲取信息的一般方法。

三、從程序設計與測試中，體驗算法價值

在“算法與程序設計”模塊學習過程中，教師不能把算法單純地變成程序語言的學習和程序設計的學習，而要讓學生體會算法的思想，理解算法的重要性與有效性，加強邏輯思維的條理性。教師在采用“農(nóng)夫過河”“猴子吃桃”“雞兔同籠”等經(jīng)典故事激趣引入時，應通過簡明的例子從不同算法、不同測試數(shù)據(jù)的對比中直觀感受算法的執(zhí)行效率，讓學生親歷解決一類問題應采用合理算法的必要性。

例如，“幾個簡單連續(xù)自然數(shù)的求和”采用直接相加就可以很快解決，但要解決一類連續(xù)自然數(shù)求和的問題，則可以采用“S：=S+I”的程序算法。

又如，在數(shù)據(jù)庫學習中，學生對索引字段的重要性認識模糊。教師可以新建一個有幾萬條記錄的表，并對同一字段進行索引前、后查詢時間的對比，讓學生感受索引字段的作用，真正懂得算法就是“速度”，就是“效率”，這有助于學生日后學習“哈希（Hash）”等算法。

四、同數(shù)學模型類比中，提升算法思維

數(shù)學中的函數(shù)和方程也是人們?yōu)榻鉀Q一類問題所建立的模型與方法。在信息技術課堂中如能合理發(fā)掘相應的題材與數(shù)學模型類比，或者通過教學設計的小小改變，使學生在掌握信息技術的同時，加深對數(shù)學模型的理解與建構，將給學生帶來思維的碰撞和智慧的啟迪。

例如，在“信息的編程加工”中提到了算法的概念，很多教師直接拋出算法的概念，學生在沒有任何知識建構的情況下，即便是簡單的一個概念也可能難以理解。因此，教師可以從數(shù)學中解一元二次方程的例子引入，讓學生思考為什么要解方程，解方程有什么好處等；在講授“數(shù)據(jù)庫實體之間的關系”時，一對一的關系就是數(shù)學中的映射，可用函數(shù)來表示幫助學生建構知識。

總之，算法思維是計算思維的核心，學生算法思維的形成需要教師在教學過程中潛移默化的影響。因此，如何充分挖掘合適的教學內(nèi)容，設計合理的教學方法，從重視計算機技術應用轉(zhuǎn)移到重視算法思維的培養(yǎng)，是值得每位信息技術教師研究的課題。

參與文獻：

[1] 孫義欣，馮娜窮舉法在程序設計中的應用[J].計算機時代，2012（8）：51-53

[2] 王梅亮.三維可視化算法教學在程序設計課程中的應用研究[J].電腦知識與技術，2014，（14）：3355-3357.