面向問題求解的中學信息學競賽教學探討

傅振杰

在中學階段的教學中，學生會遇到各學科的競賽，為了讓學生在競賽中取得好的成績并實現自我能力的突破長，做好針對性的教育十分必要。就目前的中學競賽教學來看，信息學競賽教學占據著重要的地位，而當前的信息學競賽教學主要以循序漸進的知識層次結構組織教學，利用算法和數據結構解決各種問題的訓練為主要的教學模式，在這種模式中，求解能力的培養是重點。為了更好的開展信息學競賽教學，各個學校在自身實踐的基礎上基于當前的模式做探索，形成了符合各自教學特色的教學體系并取得了良好的效果。文章就面向問題求解的中學信息學競賽教學做討論分析，旨在進一步明確教學中的問題，從而為實踐教學提供指導和幫助。

在素質教育大背景下，為了使學生的能力實現綜合成長，教育教學實踐中會組織各類競賽，一方面是讓學生對各個學科有所重視，另一方面是希望通過競賽激勵這種方法實現學生能力的突破。信息學競賽是目前中學教學階段的主要競賽內容，無論是老師還是學生對其都相當的重視，老師更是積極的進行教學方法和策略的探索，目的就是要以競賽為契機讓學生對信息學、對信息學的利用價值等有清楚的認知。從信息學競賽教學實踐來看，其基本的教學方向是問題求解，也就是說老師的教育教學主要是基于學生問題解決能力培養。

1 背景分析

從現階段的中學生信息學競賽實踐分析來看，其考察的主要是學生利用算法和數據結構解決復雜問題的能力，具有的顯著特點為知識結構更新較快、創新能力培養的要求比較高、應用能力范圍比較廣。這些特點為智優學生的具體培養提出了挑戰，所以必須要在學校實際能力的基礎上探討更優的培養策略。基于當前教育的大背景，以多輪教學輔導經驗為基礎，總結將“問題求解”作為學習算法和數據結構的核心目標，并實現經典算法課程向計算思維訓練課程的轉變教學模式，這對于培養學生自主學習能力、創新能力以及問題解決能力有重要的幫助。

2 以問題求解能力作為培養目標

對目前的信息學競賽教學和訓練做具體的分析發現其有一個貫穿全程的主線即分析問題、建立數學模型、算法設計、代碼實現并利用排錯調試對最終問題進行解決，用一句話可概括為基于計算機的求解。總結分析多次的信息學競賽資料發現競賽考察的算法比較的多，與之相關的研究發展的速度也相當快，所以在具體教學中讓學生快速有效的掌握知識體系，并利用各種算法和數據結構進行問題的求解，這是學生培養的重點。同時需要注意的是在培養的過程中要讓學生具備持續追求更優空間和時間的意識，這對其基本能力的提升以及潛力挖掘有重要的價值。總的來講，基于信息學競賽的教學必須要以問題求解能力作為培養的核心目標。

3 循序漸進的課程改革以及訓練模式分析

在中學信息學競賽教學中，確立了能力培養的目標后需要基于目標做教學內容的組織，這樣可以為能力的訓練和提升打下更為堅實的基礎。就當前的分析來看，在教學中除了基礎的算法之外，離散數學、數據結構等大學計算機課程內容也要有相應的涉及。不過要涉及這些內容首先要對學生做計算思維的訓練，這樣可以使學生的注意力從枯燥的知識體系向趣味性的問題求解轉變，從而實現“學以致用”。以下是教學中具體的課程介紹。

第一是計算思維。計算思維概念提出是計算機學科發展的必然產物，就此概念的具體分析來看，第一次明確提出此概念的是美國一所大學的教授。所謂的計算思維具體指的是運用計算機科學的基礎概念進行求解問題、設計系統并理解人類的行為，此思維最根本的內容是其抽象和自動化。有關計算思維的課程主要介紹的是日生生活以及生產實踐中運用計算思維所引發的生產工作方式轉變以及計算機科學理念的具體影響、計算機思維的實現方法等。

第二是算法設計。對計算機科學領域中的經典算法問題進行溯源并實現離散數學、數據結構和算法設計分析等課程的綜合，可以把“按知識體系劃分”轉變為“圍繞問題分析”。就此課程的具體分析來看，其包括的內容有：求解問題中需要的數學理論，算法和數據結構的科學選擇和組織，基于問題優化和改進代碼核心等等。對算法設計中的內容做更為深入的分析，發現各部分內容又有自己的特點：其一，算法的數學理論在幫助學生理解算法效率、掌握算法設計策略方面有非常大的幫助，而相關的主要理論有數據排序、遞推與遞歸算法等等。其二，常見的數據結構在幫助學生認知和理解應用數據結構方面有突出的意義，內容主要涉及隊列、樹等。其三是結合算法和數據結構并做典型問題的求解。比如深度和廣度的優先搜索、圖的聯通、字母數、KPM算法等。

在具體的教學和訓練中，對學生的學習效果做評價十分的必要，所以在計算機程序設計課程中利用在線評測OJ系統能夠實現作業布置以及批改的高效率。在線評測系統的所有工作均是在線完成的，其能夠對學生的程序設計熟練程度做出科學考評，使學生的編寫以及調試能力得到有效提升。

4 自學為主的混合式學習

從信息學的競賽教學實踐來看，為了實現培養目標，課程每周不能少于3學時，同時還要外加不少于2學時的上級練習。而目前的中學信息學教學，每周只有兩節課，這明顯少于要求的學時，所以在既定的課程中高校開展競賽教學是現階段教學需要解決的重要難題。總結實踐，發現采用問題驅動的引導式教學，并利用混合式學習方法能夠實現學生能力培養的要求。

所謂的混合式學習主要指的是線上的慕課式學習和線下的討論交流相結合。老師進行課程視頻的制作并利用網絡做做視頻傳播，學生能夠充分的利用零散的實踐做課程內容的學習，在線下課程中，老師以問題驅動引導學生做適量問題的討論，這樣，學生線上遇到的問題可以在線下通過交流和溝通解決，線下了解的知識可以通過線上內容做鞏固，由此實現了整體學習效果的提升。舉個簡單的例子，在信息學競賽教學中，老師基于原有的學時設計串聯下一學時的教學資料，并以問題驅動的方式將該資料在教學網絡上共享，為了能夠理解和認知下一學時的學習內容，學生基于問題做教學資源的自行學習從而實現對具體問題的解答。在下學時的課程中，老師通過提問或者是實際問題的解決來考察學生的知識掌握能力并予以評價。通過這樣的混合式教學，學生的自主學習能力明顯提升，問題解決能力也有顯著性的增強。

5 結束語

綜上所述，面向問題求解的中學信息學競賽教學需要有明確的教學目標，還需要在教學中以循序漸進的方法讓學生實現知識體系的鞏固和問題解決能力的提升，所以具體討論教學實踐，并基于教學實踐構建符合學校自身特色的教學體系，采用更能夠達到教學目標的培養方法，這對于學生的綜合能力提升有非常重要的幫助，所以做相關討論和分析現實意義顯著。

（作者單位：溫州市繡山中學）