中學(xué)信息技術(shù)課程中程序設(shè)計課型教學(xué)探究

嚴(yán)樹 周雪瑩 嚴(yán)函

【摘 要】本文論述中學(xué)信息技術(shù)課程中程序設(shè)計課型的教學(xué)策略，針對學(xué)生在學(xué)習(xí)算法與程序設(shè)計課時欠缺符號和概念的理解能力、欠缺將復(fù)雜問題分解的能力、閱讀程序代碼能力差和缺乏調(diào)試修改程序代碼的能力等問題，提出形象直觀引入概念、垂直分解問題、掌握程序閱讀技巧、用錯糾錯學(xué)會調(diào)試等適用于算法與程序設(shè)計的教學(xué)策略。

【關(guān)鍵詞】中學(xué)信息技術(shù)課程 程序設(shè)計 教學(xué)策略 算法 ?邏輯思維

【中圖分類號】G ?【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）08B-0151-03

信息時代，信息技術(shù)成為學(xué)科與學(xué)科之間的橋梁，尤其是算法與程序設(shè)計這一部分的內(nèi)容，可以最大化地訓(xùn)練學(xué)習(xí)者的邏輯思維能力，如果學(xué)生能很好地掌握，那么就能更好地輔助其他重點學(xué)科尤其是數(shù)理化的學(xué)習(xí)。近年來，廣東、四川、福建、北京、湖南、浙江等地都將算法與程序設(shè)計納入高中會考內(nèi)容，由此可知其越來越占據(jù)著重要地位。中學(xué)信息技術(shù)課堂中算法與程序設(shè)計這一模塊內(nèi)容主要集中在高中階段，其內(nèi)容難度大且比較枯燥。因此，研究如何在算法與程序設(shè)計這一模塊的教學(xué)中采用好的教學(xué)策略有著重要的意義。

一、算法與程序設(shè)計教學(xué)中存在的問題

（一）欠缺符號和概念的理解能力。在信息技術(shù)學(xué)科里，抽象對象或者說抽象符號占據(jù)了絕大部分，抽象對象一般只存在于意識之中，對意識中的對象進行運用，需要有一定的中介，各種符號系統(tǒng)就充當(dāng)了思維媒介的角色。在信息技術(shù)科學(xué)或者數(shù)學(xué)中，想要表示某一具體算法或程序時，就需要借助符號或概念來表示。算法在本質(zhì)上蘊含著一種符號化抽象思維的特質(zhì)，因此算法與程序設(shè)計的符號有些與數(shù)學(xué)上的符號表示是相同的，但是所蘊含的含義卻是大相徑庭。例如，變量的賦值號意義與數(shù)學(xué)等號含義在表現(xiàn)形式上是一樣的，但是意義卻是不一樣的，如果理解不清楚，往往容易出現(xiàn)知識的負遷移。一般負遷移的產(chǎn)生常在兩種學(xué)習(xí)相似又需要差別對待的情境下，但是符號抽象概念的理解能力欠缺的學(xué)生，往往就會在相近的兩種知識中產(chǎn)生混淆，因而對學(xué)習(xí)產(chǎn)生了阻礙作用。

（二）欠缺將復(fù)雜問題分解的能力。分解問題能力是算法與程序設(shè)計的一種重要的邏輯思維能力，學(xué)生在處理一些問題時，如果問題太難太復(fù)雜，要想他們一下子就能想出問題的解決策略，比較難做到，而且還會打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。這時候就要把復(fù)雜整體問題分解成多個子問題。算法與程序設(shè)計中，學(xué)生遇到的問題經(jīng)常是難度大而且復(fù)雜的，需要很強的邏輯思維能力。因此，如何在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生分解問題和培養(yǎng)學(xué)生解決問題的邏輯思維能力成了當(dāng)務(wù)之急。

（三）程序語言與日常使用的語言存在差異。程序語言是計算機能夠識別并執(zhí)行程序的語言，本身就具有抽象性。要將自然語言的描述轉(zhuǎn)換為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦颍@是學(xué)生最難跨越的地方。根據(jù)調(diào)查和上課的反饋發(fā)現(xiàn)，有學(xué)生不知道該如何將自己的想法轉(zhuǎn)換為代碼。例如有的學(xué)生一到自己編寫代碼時，總是問老師有沒有這樣的例題或者程序模板，還有的學(xué)生會做題但就是不知道怎么寫代碼。

（四）缺乏調(diào)試修改程序的能力。程序調(diào)試時主要存在以下問題：

1.編輯錯誤。所謂編輯錯誤，就是在代碼窗口輸入程序代碼時，編程環(huán)境會自行檢查語法，當(dāng)沒有輸入一句完整的代碼或者所輸入的關(guān)鍵詞有誤時，編程環(huán)境都會自動跳出一個錯誤提示窗口，提示學(xué)生修改所出現(xiàn)的錯誤。

2.編譯錯誤。在寫好程序時，都會先進行編譯，當(dāng)學(xué)生點擊“啟動”按鈕運行程序時，編寫好的代碼被進行編譯，此時出現(xiàn)的錯誤就稱之為編譯錯誤。當(dāng)學(xué)生沒有嚴(yán)格遵循編程的語法和規(guī)則時，就會出現(xiàn)編譯錯誤。

3.運行錯誤。當(dāng)編寫好的代碼正在運行且被編程環(huán)境檢測期間，一個語句試圖執(zhí)行一個原本就不能執(zhí)行的操作時，運行錯誤就會呈現(xiàn)。這種錯誤從代碼表面上是無法識別出的，只有當(dāng)學(xué)生運行程序時才能夠檢測到。這類錯誤，學(xué)生比較難發(fā)現(xiàn)。

4.邏輯錯誤。學(xué)生編寫好代碼，能運行并輸出結(jié)果，但是所產(chǎn)生的結(jié)果與預(yù)期的不一樣，這時候就是程序邏輯出現(xiàn)錯誤了。對于邏輯上的錯誤，編程環(huán)境是無法檢測出來的，因此也沒有提示信息，只能通過學(xué)生認真分析檢查程序并進行調(diào)試修改，這對學(xué)生來說難度最大。

二、解決學(xué)生學(xué)習(xí)中難點的教學(xué)策略

（一）形象直觀引入概念。形象直觀地引入概念，即是將所提出的問題與學(xué)生所熟悉的生活案例進行形象生動的類比，引入概念;或者運用直觀教具、視頻、圖片、PPT 展示及手動操作等，加深學(xué)生對概念的形象認識，將所學(xué)概念的本質(zhì)理解得更為透徹。

例如在變量講解的教學(xué)過程中，教師可以具體形象地聯(lián)系實際進行教學(xué)，讓學(xué)生先對知識進行感性認識，做到形象直觀教學(xué)，重視揭示新知識的本質(zhì)特征，加強學(xué)生對新知識的感性認知，克服知識負向遷移的影響，然后才能夠在自己的大腦里形成經(jīng)驗和知識。

變量是某個空間的標(biāo)識符，是代表某個空間的名稱，在程序執(zhí)行過程中，變量的值總是在變化，是新值代替舊值的過程。在程序設(shè)計過程中就需要這樣的臨時空間來存放中間結(jié)果和最終運算結(jié)果，而且變量是程序運行的一個動態(tài)的、可變的管理過程，不能夠只是停留在表面語句解釋上。但是臨時空間這個概念，是看不見摸不著的，是抽象的，只有靠學(xué)生自己去想象，才能理解。顯然，如果老師對變量的解釋就是這樣一句話帶過的話，缺乏抽象思維的學(xué)生就不能理解。我們可舉電腦室的管理方式這樣一個例子。首先，先讓學(xué)生明白變量就是某個空間位置的標(biāo)識符，在日常管理中用標(biāo)識符來表示空間位置的管理方法是經(jīng)常用到的，給學(xué)生看表1這樣的表格。

學(xué)生看到這個表格就會知道這是三年來機房的使用情況，使用時，將某個空間用 303 號和 304 號分別表示某個空間位置，而學(xué)生是隨著時間的推移是在變化著的，同一個機房，因為年度不一樣，使用的學(xué)生也不一樣，新一個班的學(xué)生進來，老的班級學(xué)生就要出去了，這是一個動態(tài)的管理過程。

通過這樣進行比較形象化知識，將知識形象化來揭示其本質(zhì)特征，克服知識負遷移對思維的阻礙作用，學(xué)生能順利地對新知識進行辨別和記憶以及運用，理解賦值過程是一個動態(tài)的過程，而賦值號也不是等號的概念。因此在教學(xué)中尤其是抽象難理解的新概念新知識，教師一定要想方設(shè)法將知識形象化和具體化，聯(lián)系實際生活，直觀教學(xué)，攻破難點。

（二）垂直分解問題，培養(yǎng)編寫程序的邏輯思維能力。垂直分解就是把一個學(xué)生認為難以解決的復(fù)雜問題，分解成一連串上下聯(lián)系緊密的問題。一般下一個問題的條件要從上一個問題的結(jié)果中尋找。因此，下一個問題能否解決取決于上一個問題解決的程度。垂直分解的關(guān)鍵點在于準(zhǔn)確找到將問題分解的“連接點”，而分解問題的連接點尋找，一般是依于靠個人觀察題目、聯(lián)想、經(jīng)驗、比較、總結(jié)得出。將復(fù)雜問題通過垂直分解成若干個小問題，從而降低問題解決的難度，有利于問題的解決。

例如，在“循環(huán)結(jié)構(gòu)”的學(xué)習(xí)過程中，首先提出一個問題，讓學(xué)生用循環(huán)結(jié)構(gòu)畫出 200 個同心圓。這樣一個復(fù)雜的問題一提出，學(xué)生就會覺得過程很復(fù)雜，不知道該從哪兒下手。此時，教師可以先讓學(xué)生寫出畫一個圓的程序，那么學(xué)生就會知道用 Circle 函數(shù)繪制一個圓，教師再呈現(xiàn)程序，學(xué)生可以猜出程序的各個參數(shù)的含義。學(xué)生通過改程序的參數(shù)，可以在不同的位置畫出半徑大小不一樣的圓。接著，教師再讓學(xué)生畫5個同心圓，學(xué)生就會想到重復(fù)編寫五次畫圓的程序。此時，教師給出的后一個問題和前一個問題就通過了相類似程序代碼這一“連接點”連接起來。教師再對后一個問題進行提示、點撥，告訴學(xué)生凡是需要重復(fù)性的工作，計算機都會有自己的方法，也就是使用循環(huán)結(jié)構(gòu)。接著跟學(xué)生展示使用循環(huán)結(jié)構(gòu)畫五個同心圓的程序代碼，學(xué)生觀察代碼，教師再向?qū)W生展示使用循環(huán)結(jié)構(gòu)畫 10個同心圓的代碼。學(xué)生分析教師給的代碼，能夠立刻領(lǐng)悟。

將比較難以理解的問題分割成為前后關(guān)聯(lián)的小問題，問題之間的設(shè)計具有層次性和系統(tǒng)性，從簡單到復(fù)雜。學(xué)生在解決這些問題的過程中，教師慢慢幫助學(xué)生層層推進，引導(dǎo)學(xué)生由基礎(chǔ)、簡單的問題不斷思考，建構(gòu)出相應(yīng)的模型。在不斷使用同一種問題解決思路解決問題的過程中，學(xué)生的能力將呈螺旋式上升，有助于鍛煉邏輯思維。以后再遇到復(fù)雜的問題時，學(xué)生就可以有序地、符合思維邏輯地解決，不至于束手無措。

（三）讓學(xué)生多閱讀程序，熟悉程序語言。既然計算機程序是一門語言，那么它就有語言的共性。學(xué)生在編寫代碼時，也知道代碼的基本語句，但是卻無法獨立地編寫出代碼。教師在教學(xué)中，首先，可以培養(yǎng)學(xué)生閱讀程序的能力，讓學(xué)生多觀察一些程序代碼，并要求學(xué)生給每一句代碼都注釋，不知道意思的可以自行查閱。一些專有的循環(huán)體和結(jié)構(gòu)可以摘抄一下，觀察多了，自然就會形成一種條件反射，先寫什么后寫什么，學(xué)生腦子里就會有一個明確的思路。

其次，教師要求學(xué)生在自己寫代碼時，一定要言之有據(jù)，每寫一句代碼，自己都要能解釋出來該句話的意思。程序代碼的編寫其實是一門藝術(shù)，如果學(xué)生養(yǎng)成良好的編寫習(xí)慣，不僅能讓自己對新問題自動生成一種解決思路，還能使代碼邏輯更加嚴(yán)謹(jǐn)，修改更容易、更好理解。這樣堅持一段時間，學(xué)生基本能克服程序語言表達的障礙。

（四）用錯糾錯，學(xué)會調(diào)試。當(dāng)學(xué)生在向教師請教程序調(diào)試問題時，教師可以先觀察這些錯誤，若是很簡單很明顯的錯誤，比如字母打錯，或者中英文符號切換用錯，那么教師可以讓同桌之間互相檢查。若是學(xué)生自己或相互討論找出了原因，他們不僅覺得很有成就感，而且對這一程序會有新的認識，今后編寫代碼也不容易犯相同的錯誤。

同時，學(xué)生若是提問比較難發(fā)現(xiàn)而又是很典型的問題，教師可以用錯糾錯，引導(dǎo)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)錯誤。如何用錯糾錯呢？在教學(xué)時，教師要做到以下三點：第一，巧妙設(shè)置“錯誤”，因勢利導(dǎo)。根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗，教師知道學(xué)生在編程時哪個地方容易出現(xiàn)錯誤，那么就可以將這個錯誤拋給學(xué)生，學(xué)生發(fā)現(xiàn)這個問題與自己的想法沖突時，就會想知道問題出現(xiàn)在哪，增強學(xué)生的求知欲望。第二，典型錯誤，集體糾正，比如循環(huán)語句用成了選擇語句或者屬性設(shè)置錯誤，這些都是典型錯誤，可以集體糾正。那么不管是犯錯的學(xué)生還是糾錯的學(xué)生，在以后的編寫程序中都會多留一個心眼，考慮問題也會更加全面。第三，正誤對比，促進轉(zhuǎn)化。在教學(xué)中，教師在糾正學(xué)生的錯誤時，一定要將正確的程序和錯誤的程序都執(zhí)行一遍給學(xué)生看，然后將學(xué)生錯誤的代碼進行分析，修改后執(zhí)行一下，讓學(xué)生對比修改前和修改后的程序，學(xué)生自己就能發(fā)現(xiàn)問題在哪兒，進一步修改自己的代碼。學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己寫的代碼在哪一點錯了，會比教師指出來還要記憶深刻。

中學(xué)信息技術(shù)課程中程序設(shè)計教學(xué)法研究任重道遠，算法與程序設(shè)計的教學(xué)策略更要不斷改變、不斷創(chuàng)新，以學(xué)生為主，不斷研究、不斷嘗試，找到適合學(xué)生個體差異和符合算法與程序設(shè)計內(nèi)容的教學(xué)策略，讓學(xué)生愛上學(xué)習(xí)。

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[3]馬小龍.VB程序設(shè)計中“五步教學(xué)法”的應(yīng)用研究[J].實驗室科學(xué)，2011（2）

【基金項目】2016年度玉林師范學(xué)院高等教育本科教學(xué)改革工程項目“教育技術(shù)學(xué)（信息技術(shù)）專業(yè)師范生教學(xué)技能訓(xùn)練與考核標(biāo)準(zhǔn)研究”（2016XJJGZX14）。

【作者簡介】嚴(yán) 樹（1982— ），女，湖北嘉魚人，教育技術(shù)學(xué)碩士，玉林師范學(xué)院教育科學(xué)學(xué)院講師，研究方向：信息技術(shù)教育與應(yīng)用。

（責(zé)編 江月陽）