基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的高職算法類(lèi)課程教學(xué)改革研究

教育部頒布的《高等職業(yè)教育專(zhuān)科信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2021年版）》明確，高等職業(yè)教育專(zhuān)科信息技術(shù)課程是各專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修或限定選修的公共基礎(chǔ)課程。其學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化創(chuàng)新與發(fā)展、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面。這意味著高職信息技術(shù)教學(xué)目標(biāo)從技術(shù)素養(yǎng)層面上升到思維素養(yǎng)培育層面。而算法類(lèi)課程是信息技術(shù)課程的重要內(nèi)容，也是培育學(xué)生計(jì)算思維能力的核心課程。而現(xiàn)階段算法類(lèi)課程存在學(xué)生被動(dòng)接受，積極性不高；教學(xué)方法滯后；教學(xué)評(píng)價(jià)不合理等問(wèn)題，阻礙了學(xué)生計(jì)算思維能力的持續(xù)發(fā)展。因此有必要基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)進(jìn)行高職算法類(lèi)課程教學(xué)改革。

一、創(chuàng)新教學(xué)方法，培育計(jì)算思維

科學(xué)的教學(xué)方法是實(shí)現(xiàn)良好教學(xué)效果的重要條件，也是培育學(xué)生計(jì)算思維的基礎(chǔ)條件。在傳統(tǒng)算法課程教學(xué)中，教師大多采取的是“教師講，學(xué)生聽(tīng)”的教學(xué)方法，教與學(xué)是相分離的，學(xué)生大多機(jī)械、被動(dòng)地進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)和練習(xí)，部分學(xué)生在學(xué)習(xí)中知其然而不知其所以然，對(duì)于學(xué)生計(jì)算思維的培育不利。因此，教師要改革教學(xué)方法，以學(xué)生算法思維培育為核心，實(shí)現(xiàn)“合理抽象、高效實(shí)現(xiàn)”的教學(xué)效果。

（一）創(chuàng)設(shè)合適情境，滲透計(jì)算思維

興趣是最好的老師，學(xué)生只有對(duì)算法類(lèi)課程有足夠的興趣，才能全身心地投入到課程學(xué)習(xí)中來(lái)，主動(dòng)或者潛移默化地進(jìn)行計(jì)算思維能力培養(yǎng)。而情境導(dǎo)入作為一堂課的開(kāi)端，對(duì)于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣具有至關(guān)重要的價(jià)值。合適的情境創(chuàng)設(shè)不僅能自然引出課程學(xué)習(xí)的主題，還能實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容與學(xué)生日常生活的貼合，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的滲透。因此，教師要積極進(jìn)行備課，在日常工作中善于收集各類(lèi)情境素材，根據(jù)課程內(nèi)容創(chuàng)設(shè)合適情境，讓學(xué)生在潛移默化中提升計(jì)算思維能力。

1.采用游戲情境來(lái)進(jìn)行課程導(dǎo)入。游戲具有娛樂(lè)性的特點(diǎn)，以游戲情境導(dǎo)入能使學(xué)生樂(lè)于接受，更加積極地參與到課程學(xué)習(xí)中來(lái)。例如在進(jìn)行對(duì)分查找算法教學(xué)中，教師可以將現(xiàn)階段流行的猜數(shù)游戲作為情境進(jìn)行課程導(dǎo)入：教師隨機(jī)選定一個(gè)1到100的整數(shù)，學(xué)生進(jìn)行猜數(shù)，之后教師提升學(xué)生猜的數(shù)字和教師選定數(shù)字的大小關(guān)系，學(xué)生接著猜數(shù)，直到猜中為止。在猜數(shù)過(guò)程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行順序猜數(shù)和對(duì)半猜數(shù)，在游戲結(jié)束后組織學(xué)生進(jìn)行討論和總結(jié)，哪種猜數(shù)方法效率更高，以此為切入點(diǎn)，將猜數(shù)與對(duì)分查找算法結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生深刻理解對(duì)分查找算法的邏輯，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

2.使用生活情境來(lái)進(jìn)行課程導(dǎo)入。與學(xué)生生活貼近的生活情境導(dǎo)入既能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又能讓學(xué)生更好地理解課程內(nèi)容，通過(guò)對(duì)生活實(shí)際的理解來(lái)培養(yǎng)計(jì)算思維。例如枚舉算法是高職算法學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)，教師在開(kāi)展課程教學(xué)之前，可以進(jìn)行生活情境導(dǎo)入：要找出一串鑰匙中所有能打開(kāi)教師門(mén)的鑰匙，要怎么做呢？整個(gè)過(guò)程其實(shí)就是讓學(xué)生一一列舉，并逐個(gè)檢驗(yàn)。這樣學(xué)生對(duì)于枚舉算法邏輯就有了直觀地認(rèn)識(shí)，并能充分認(rèn)識(shí)到枚舉算法的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)直觀的生活經(jīng)驗(yàn)升華到計(jì)算思維。

3.創(chuàng)設(shè)故事情境來(lái)進(jìn)行算法課程導(dǎo)入。故事具有啟發(fā)性和通俗性的特點(diǎn)，能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)效果。例如教師可以通過(guò)狼、羊、菜和農(nóng)夫過(guò)河問(wèn)題來(lái)導(dǎo)出算法課程的概念：農(nóng)夫需要把狼、羊、菜和自己運(yùn)到河對(duì)岸去，只有農(nóng)夫能夠劃船，而且船比較小，除農(nóng)夫之外每次只能運(yùn)一種東西，還有一個(gè)棘手問(wèn)題，就是如果沒(méi)有農(nóng)夫看著，羊會(huì)偷吃菜，狼會(huì)吃羊。請(qǐng)考慮一種方法，讓農(nóng)夫能夠安全地安排這些東西和他自己過(guò)河。通過(guò)故事的導(dǎo)入，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也讓學(xué)生在探索中將具體的內(nèi)容轉(zhuǎn)化成抽象的計(jì)算思維，實(shí)現(xiàn)思維水平的提升。

4.問(wèn)題情境要適當(dāng)應(yīng)用于算法課程教學(xué)之中。趣味性的問(wèn)題情境能很好地激發(fā)學(xué)生探索的欲望，讓學(xué)生在探索的過(guò)程中主動(dòng)嘗試用計(jì)算思維去歸納和分析，去解決問(wèn)題。例如教師可以采用兔子繁殖的故事來(lái)引入斐波那契數(shù)列算法：一對(duì)兔子，從出生后第3個(gè)月起每個(gè)月都生一對(duì)兔子。小兔子長(zhǎng)到第3個(gè)月后每個(gè)月又生一對(duì)兔子。假如兔子都不死，請(qǐng)問(wèn)第1個(gè)月出生的一對(duì)兔子，至少需要繁衍到第幾個(gè)月時(shí)兔子總數(shù)才可以達(dá)到N對(duì)？學(xué)生通過(guò)對(duì)兔子繁殖問(wèn)題的解答，引導(dǎo)學(xué)生利用計(jì)算思維來(lái)導(dǎo)出斐波那契數(shù)列算法的公式，實(shí)現(xiàn)較好的教學(xué)效果。

（二）從任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)到項(xiàng)目式教學(xué)方法

任務(wù)驅(qū)動(dòng)是培育學(xué)生計(jì)算思維的重要教學(xué)方法，它的主要教學(xué)過(guò)程是教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，布置一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，學(xué)生通過(guò)任務(wù)完成過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。在算法類(lèi)課程教學(xué)中，教師要根據(jù)課程內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，為學(xué)生設(shè)定具體的學(xué)習(xí)任務(wù)，并與學(xué)生一起對(duì)復(fù)雜的任務(wù)進(jìn)行分解，形成一個(gè)個(gè)具體的小任務(wù)，以便學(xué)生更有針對(duì)性地開(kāi)展課程學(xué)習(xí)，并在任務(wù)完成過(guò)程中形成和強(qiáng)化計(jì)算思維。例如教師在開(kāi)展條件語(yǔ)句教學(xué)時(shí)，可以將整數(shù)四則運(yùn)算算法作為學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中將條件語(yǔ)句與任務(wù)聯(lián)系起來(lái)，有目的性地去進(jìn)行學(xué)習(xí)，以流程圖的形式寫(xiě)出整數(shù)四則運(yùn)算的具體算法，實(shí)現(xiàn)學(xué)生計(jì)算思維的全面發(fā)展。而項(xiàng)目式教學(xué)說(shuō)到底也從屬于任務(wù)教學(xué)，而不同的是任務(wù)驅(qū)動(dòng)主要是指針對(duì)具體知識(shí)點(diǎn)，而項(xiàng)目式教學(xué)則針對(duì)一個(gè)階段的學(xué)習(xí)成果，包含的內(nèi)容更多，也更為復(fù)雜。在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)后，教師可以以貼近學(xué)生實(shí)際生活的形式，創(chuàng)設(shè)可實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目，讓學(xué)生對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析，問(wèn)題細(xì)分，并利用所學(xué)的知識(shí)提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)模型，并按照算法知識(shí)予以實(shí)現(xiàn)。例如教師可以采用學(xué)生的成績(jī)查詢(xún)、個(gè)人所得稅計(jì)算等為課題項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目式探索，系統(tǒng)提升學(xué)生的計(jì)算思維。

（三）鼓勵(lì)自主探究活動(dòng)

自主探究是學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維訓(xùn)練的重要方式，教師在算法類(lèi)課程教學(xué)中要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)淖灾魈骄炕顒?dòng)，以滿足教學(xué)要求。自主探究不是盲目的，它大都從模仿開(kāi)始。教師在分析或者演示某一案例后，可以設(shè)計(jì)類(lèi)似的案例讓學(xué)生進(jìn)行探究。例如在循環(huán)結(jié)構(gòu)教學(xué)中，教師講解完畢整數(shù)1到100的求和算法后，可以讓學(xué)生探究1到100內(nèi)的奇數(shù)求和算法，讓學(xué)生更好地理解循環(huán)結(jié)構(gòu)的邏輯。在此基礎(chǔ)上，教師可以增大自主探究的難度，讓學(xué)生探究一些更為復(fù)雜的問(wèn)題，更深層次地挖掘?qū)W生的計(jì)算思維。同時(shí)，教師要重視學(xué)生從算法設(shè)計(jì)到程序?qū)嵺`中的錯(cuò)誤，特別是對(duì)于剛?cè)腴T(mén)的學(xué)生而言，這個(gè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多錯(cuò)誤，包括編譯錯(cuò)誤、運(yùn)行錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤。教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)錯(cuò)誤的原因進(jìn)行探究，用模塊化的思想來(lái)縮小錯(cuò)誤范圍，提升學(xué)生采用計(jì)算思維來(lái)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

（四）重視教學(xué)中的合作探討

在算法類(lèi)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力存在一定的差異。因此針對(duì)教師提出的問(wèn)題，不同學(xué)生探究問(wèn)題的進(jìn)度會(huì)存在差距，并且思考的方向也不盡相同。若教學(xué)過(guò)程中只依靠單純的自主探索，不僅會(huì)造成學(xué)生間差距的加大，也不利于發(fā)揮集體的智慧，對(duì)于學(xué)生計(jì)算思維的培育不利。因此，教師在課程教學(xué)中要重視小組協(xié)作與合作探討，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提升課程教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的持續(xù)發(fā)展。教師在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合作探討之前，要了解學(xué)生的算法水平、性格特點(diǎn)等，采取“組內(nèi)互補(bǔ)”原則建立學(xué)習(xí)小組，引導(dǎo)學(xué)生建立基于任務(wù)的組內(nèi)分工，學(xué)生通過(guò)合作探討和親身參與，實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的培育。同時(shí)，教師要積極引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展頭腦風(fēng)暴，擴(kuò)展學(xué)生的思維，以小組內(nèi)部協(xié)作和組間協(xié)作的方式，將學(xué)生關(guān)于算法的設(shè)想轉(zhuǎn)化為具有實(shí)踐性的方案，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的提升。

（五）合理選擇教學(xué)工具

在算法類(lèi)課程教學(xué)過(guò)程中，由于學(xué)生對(duì)算法知識(shí)缺乏系統(tǒng)的了解，同時(shí)對(duì)面向程序設(shè)計(jì)相關(guān)概念也了解不深，因此對(duì)課程學(xué)習(xí)的積極性不高，也缺乏算法思維培育的路徑。因此教師要合理選擇教學(xué)工具，幫助學(xué)生更好地理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)梳理，也讓學(xué)生對(duì)算法思維有更直觀的理解。例如教師可以引導(dǎo)學(xué)生使用微軟的繪圖軟件Visio來(lái)繪制流程圖，以進(jìn)行算法構(gòu)造，還可以利用Visio繪制思維導(dǎo)圖來(lái)進(jìn)行算法過(guò)程分析，讓學(xué)生對(duì)計(jì)算思維有更直觀和更深刻的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生使用visual Basic軟件工具來(lái)進(jìn)行算法驗(yàn)證，以便讓學(xué)生對(duì)于自身算法思維中的錯(cuò)誤和遺漏進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，提升自身算法思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。

二、注重教學(xué)評(píng)價(jià)，鞏固計(jì)算思維

教學(xué)評(píng)價(jià)既是了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況的重要方法，也是學(xué)生進(jìn)行課程改進(jìn)、鞏固計(jì)算思維的重要工具。現(xiàn)階段算法類(lèi)課程教學(xué)評(píng)價(jià)普遍存在兩方面的問(wèn)題：一是教學(xué)評(píng)價(jià)以結(jié)果性評(píng)價(jià)為主，忽視了過(guò)程性評(píng)價(jià)，學(xué)生的計(jì)算思維難以獲得持續(xù)性發(fā)展。二是教學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)象單一化，以教師評(píng)價(jià)為主，評(píng)價(jià)結(jié)果客觀性和全面性不足，影響教學(xué)評(píng)價(jià)效果，也不利于學(xué)生計(jì)算思維的鞏固。因此，教師在開(kāi)展算法類(lèi)課程教學(xué)評(píng)價(jià)中，不僅要注重結(jié)果性評(píng)價(jià)，更要注重過(guò)程性評(píng)價(jià)；不僅要開(kāi)展教師評(píng)價(jià)，還要開(kāi)展包括學(xué)生自評(píng)、互評(píng)在內(nèi)的多元化評(píng)價(jià)。

（一）注重過(guò)程性評(píng)價(jià)

計(jì)算思維培育是一個(gè)持續(xù)性的過(guò)程，只有教師充分把握學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的情況，有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整，才能實(shí)現(xiàn)學(xué)生計(jì)算思維的持續(xù)發(fā)展。僅僅依靠階段性的總結(jié)評(píng)價(jià)往往具有滯后性，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。基于此，教師在教學(xué)過(guò)程中要注重過(guò)程性評(píng)價(jià)，并且要對(duì)評(píng)價(jià)過(guò)程進(jìn)行量化處理，確保過(guò)程性評(píng)價(jià)的及時(shí)性和客觀性。在算法類(lèi)課程教學(xué)過(guò)程中，教師要以計(jì)算思維培育和鞏固為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)課堂觀察記錄表，對(duì)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)情況和課堂表現(xiàn)進(jìn)行及時(shí)評(píng)價(jià)，明確學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展水平，以此作為教學(xué)計(jì)劃調(diào)整的依據(jù)，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。一般而言，課堂觀察記錄表可以分為三個(gè)方面的內(nèi)容：觀察內(nèi)容、觀察點(diǎn)和觀察記錄。觀察內(nèi)容主要來(lái)源于課堂教學(xué)內(nèi)容，教師可以根據(jù)具體的課堂教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)定。而觀察點(diǎn)主要來(lái)源于教學(xué)內(nèi)容的重難點(diǎn)，觀察標(biāo)的為學(xué)生的課堂行為、任務(wù)完成情況等。而觀察記錄則是對(duì)學(xué)生具體學(xué)習(xí)情況的如實(shí)記錄。例如在循環(huán)結(jié)構(gòu)算法學(xué)習(xí)中，教師可以將觀察內(nèi)容設(shè)置為“教學(xué)環(huán)節(jié)”“學(xué)生解決問(wèn)題活動(dòng)”等，教學(xué)環(huán)節(jié)的觀察點(diǎn)包括：情境導(dǎo)入的吸引力，任務(wù)驅(qū)動(dòng)的效果等，而學(xué)生解決問(wèn)題活動(dòng)的觀察點(diǎn)包括學(xué)習(xí)中的態(tài)度與積極性，解決問(wèn)題中對(duì)新知識(shí)的應(yīng)用能力，知識(shí)整合能力等。通過(guò)過(guò)程性評(píng)價(jià)，教師能深刻了解學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展?fàn)顩r，從而有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)調(diào)整。

（二）開(kāi)展多元化評(píng)價(jià)

算法類(lèi)課程是一類(lèi)實(shí)踐性較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)課程，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中必然要進(jìn)行大量的形成性練習(xí)，并取得一定的學(xué)習(xí)成果。這些成果一方面反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)水平，更是展現(xiàn)了學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展水平。因此，在學(xué)生進(jìn)行形成性練習(xí)后，教師要開(kāi)展多元化評(píng)價(jià)，通過(guò)學(xué)生自我評(píng)價(jià)、學(xué)生互相評(píng)價(jià)和教師總結(jié)評(píng)價(jià)的融合，進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)內(nèi)容，鞏固算法思維。具體而言，在學(xué)生通過(guò)所學(xué)知識(shí)完成任務(wù)后，教師要鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)完成任務(wù)的流程和邏輯進(jìn)行講述，并對(duì)自己在完成任務(wù)中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。在此基礎(chǔ)上，教師邀請(qǐng)其他學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，開(kāi)展學(xué)生之間的互評(píng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生思維上的碰撞，為學(xué)生提供多元化的問(wèn)題解決思路。最后，教師對(duì)學(xué)生的任務(wù)完成情況進(jìn)行分析與總結(jié)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

計(jì)算思維能力是信息社會(huì)的基本素質(zhì)之一，而算法類(lèi)課程的性質(zhì)和內(nèi)容決定了其對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力培育具有天然的優(yōu)勢(shì)。因此，在算法類(lèi)課程教學(xué)中，教師要在課堂開(kāi)始階段創(chuàng)設(shè)合適情境，滲透計(jì)算思維。在課堂教學(xué)過(guò)程中創(chuàng)新教學(xué)方法，革新教學(xué)工具，培育學(xué)生的計(jì)算思維能力。同時(shí)，要將過(guò)程性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)結(jié)合起來(lái)，采用多元化評(píng)價(jià)方法，鞏固計(jì)算思維能力。

（基金項(xiàng)目：南通市科技計(jì)劃項(xiàng)目“軟件代碼推薦關(guān)鍵技術(shù)的研究”，編號(hào)：JC2021125。）

（王蘇蘇，副教授，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。）