編程，讓初中生的思維品質悄然提升

江蘇省南通市通州區教師發展中心 朱 艷

教育是什么？《說文解字》中對“教育”的解釋是：“教，上所行，下所效也”，“育，養子使作善也”。比對教育的概念，編程教學好像只能算是茫茫“教”海的一條溪流。有哲學家說，“存在，即合理”。那么編程教學對初中學生的教育意義在哪里呢？筆者在組織江蘇省信息學奧林匹克競賽初賽及復賽這項工作中，在對部分初中參賽選手的數學成績進行持續觀測后，驚喜地發現編程這一“小眾”的技能學習會給那些學生打開一扇門，開啟一個全新的世界，助他們自信地走向自主學習之路。究其根本，我認為還是編程提升了他們的思維品質，量變引起了質變。

百度百科上是這樣描述思維品質的：“人們在思維活動過程中表現于不同方面的特點及其差異，就構成其思維品質。”思維的主要品質有很多，比如：思維的邏輯性、廣闊性、深刻性、獨立性……個人認為編程教學會對學生思維的邏輯性、創造性、預見性、獨立性產生較為深遠的影響。

一、編程提升了學生邏輯思維能力

我們經常用“靈”這個字來評價一個聰慧的孩子，這樣的孩子顯著的特征是很會隨機應變、見“招”拆“招”，根據不同的情境解決問題。世間有萬事萬物，但是這萬事萬物之間皆有關聯，如何關聯？邏輯是橋梁。初中階段是編程學習的初級階段，學生學習了程序的三種基本結構：順序結構、選擇結構、循環結構。順序結構是依據問題的求解的關鍵值來安排進程，比如為了最終解決問題，需要先做什么后做什么；選擇結構則是用來賦予計算機以“決策”的能力，就需思考如何設計好條件表達式，讓計算機有更多的“選擇”權，更具智能；至于循環，則更需要學生具備火眼金睛，他們需要從題干中提煉出諸如：循環多少次結束？循環執行什么？除了循環設計外，還需要綜合考慮循環之前的準備工作，以及循環之后的結束工作。事情的發展順序，解決問題的方法及步驟，學生都需全盤考慮。邏輯在哪里？個人認為藏在問題分析的過程中，藏在解決問題的運籌帷幄中。編程解決問題，問題不再是平面的文字，它們被學生轉化為各種立體的線索，最終他們用計算機語言去表達，去實現。

二、編程提升了學生創造性思維能力

何為創造力？創造力，是人類特有的一種綜合性本領。創造力是指產生新思想，發現和創造新事物的能力。學編程的學生們都有一股子不服輸的勁兒。同樣解決一道題，比如搜索類的經典問題迷宮，有的學生用深搜去解決，有的學生有寬搜解決。用寬搜算法解決的，又有學生用STL去寫代碼，有學生用數組模擬隊列去寫代碼。洛谷上有各種題解，想要“學習”他人的代碼是特別容易的事。但是，他們更樂于去寫有自己的思想與方法的代碼去解決問題。他們更享受自己原創的題解，通過洛谷管理員的審核，與更多志同道合的人去探究、去碰撞、去創造。他們用計算機“聽”得懂的語言，去征服計算機，讓計算機幫助他們解決看起來“紛繁復雜”的問題。科技強國，在人工智能高速發展的今天，這群孩子步伐堅定地朝著遠方走去。他們深知，代碼是有靈魂的，COPY的代碼是沒有生命力的。通過自己的代碼去改變世界，是他們在編程解決若干題后被喚醒的夢想。實踐，讓夢想不再遙不可及。

三、編程提升了學生預見性思維能力

預見性是指一個人對事物發展的預判和前瞻。一個人預見性的強弱往往決定著一個人的能力大小。學習編程會提升學生的預見性思維能力？在我關注“教師們怎么教，學生怎么學”的過程中，發現了一個有趣的算法：遞推算法，這個算法讓我聯想到預見性這三個字。遞推算法是根據事物發展的規律，找到其遞推關系式，然后編程解決相關問題。比如爬樓梯問題、兔子繁殖問題，經過推理發現問題的本質是斐波拉契數列規律相似。

在這一節全區初中教學公開課上，教師精心設計教學流程，學生推導發現，最終發出這樣的感悟：大自然太神奇、人類太偉大了，推理可以發現規律，但規律并不局限于某一事物發展規律。由此發散出去：人所生活的物質的世界，規律、定理也一定不僅局限于某一事物。比如能量守恒定理，有得必有失；比如月滿則虧，水滿則溢，房價股價漲跌皆有其規律。有專家說計算機科學的盡頭就是哲學，經典算法是計算機科學家智慧的結晶，系統的算法學習必然會給學生們帶來更多的頭腦風暴，讓他們對這個世界有更高層次的認識。

四、編程提升了學生獨立性思維能力

經研究發現：在學科學習中學得輕松且高效的學生都有這樣的特點：他們善于獨立地發現、分析和解決問題。他們在課堂上，眼里有光，胸中有竹，他們的思維是具有很強的獨立性的。具有獨立性思維品質的學生，他們在學科學習上游刃有余。為什么說編程可以提升學生的獨立性思維能力呢？比如，學生用編程解決一道這樣的數學題：

“有一次，小魚要從A 處沿直線往右游，小魚第一秒游7 米，從第二秒開始每秒游的距離只有前一秒的98%。有個極其邪惡的獵人在距離A 處右邊S米的地方，安裝了一個隱蔽的探測器，探測器左右X米之內是探測范圍。一旦小魚進入探測器的范圍，探測器就會在這一秒結束時把信號傳遞給那個獵人，獵人在一秒后就要對探測器范圍內的水域進行抓捕，這時如果小魚還在這范圍內就危險了。也就是說小魚一旦進入探測器范圍，如果能在下1 秒的時間內馬上游出探測器的范圍，還是安全的。現在給出S 和X 的數據，請你判斷小魚會不會有危險，如果有危險輸出Y，沒有危險輸出N。”在編程之前，他們得首先從題目中提煉關鍵字，找出解決問題的核心。在這個階段，平面的文字并不利于分析問題，學生們會使用數學中常用的辦法——畫圖。

圖畫出來之后，才能更快捷地找出解決問題的關鍵：小魚花了多少時間游至探測器邊界（速度會衰減），進了區域之后，小魚1 秒游行的路程是否能超出探測器區域，如果未能沖出探測器區域小魚即是有危險的，否則就是安全的。

有了解題思路，接下來就是思考如何用程序去實現，在程序編制中，學生需要考慮抽象幾個變量，需要用什么程序結構……程序編制出來，還需要進行調試，調試成功后，在線評測測試是不是對任何給定的S 與X，都能得到正確的解。如果未能，還需思考是否在某些細節上未能考慮周全，比如本題中探測器所在的位置在距離A點7米以內，小魚是絕對有危險的。這是一道模擬算法題，學生在學完順序結構、選擇結構、循環結構后可完成。洛谷此類題萬千，教師不可能一一講解，學生們要體驗Accept的成就感，只能通過學習借鑒教師的解題方法，獨立思考，勤于實踐。積跬步而至千里，方法、知識融會貫通后，遷移將是自然發生的。筆者對我區某初中參加信息學奧林匹克競賽的二十多個學生的數學成績進行持續觀測后發現，這些學生數學成績提高率比沒有參加競賽的學生的提高率高出20%。

五、結語

任何一門學科，對學生的影響都是“潤物細無聲”的，不是一蹴而就的。教師悉心地教，學生潛心地悟，才能感受程序的魅力，才能真正愛上編程，從而提升個人的思維品質。編程教與學從來就不是一件功利的事，而是教師與學生皆漸入佳境的事。唯有熱愛，才能發現其間的樂趣，體會其中的益處。作為通州區教師發展中心的信息技術研訓員，我將竭盡所能地培養更多熱愛編程教學、專注于編程教學研究的教師，進而為更多的學生打開代碼世界的大門，幫助他們找到開啟提升思維品質的鑰匙。