曾偉鋒

● 案例背景

青少年逐步成為新時代的數(shù)字土著，他們在日常生活中已經(jīng)潛移默化地掌握了常用的信息技術(shù)處理工具。中小學計算思維教育并不是要把所有學生都培養(yǎng)成計算機專家，而是要幫助每位學生更好地適應(yīng)當代信息社會，更好地利用信息技術(shù)理解和解決生活與學習中的真實問題，成為合格的數(shù)字化公民。計算思維是一種解決問題的思維，那么讓學生體驗解決問題的過程應(yīng)該是培養(yǎng)學生計算思維的一種路徑。通過在每次課上讓學生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、利用信息技術(shù)學科思維方式解決問題的過程，引導學生逐步建立、形成計算思維。中小學信息技術(shù)教育的學科價值除了讓學生掌握必要的知識與技能外，更重要的是培養(yǎng)學生運用這些知識和技能解決實際問題的能力?！秾Ψ植檎摇芬徽n的設(shè)計與實施就體現(xiàn)了高中程序設(shè)計教學中滲透計算思維教育的一些做法。

對分查找實施原理：（1）對分查找是效率很高的查找方法，但被查找的數(shù)據(jù)必須是有序的；（2）首先將查找的數(shù)與有序數(shù)組內(nèi)處于中間位置的數(shù)據(jù)進行比較，如果中間位置上的數(shù)與查找的數(shù)不同，根據(jù)有序性，就可確定應(yīng)該在數(shù)組的前半部分或后半部分繼續(xù)查找；（3）在新確定的范圍內(nèi)，繼續(xù)按上述方法進行查找，直到獲得最終結(jié)果。

本課重點：探索、理解、分析對分查找的執(zhí)行過程。

本課難點：根據(jù)算法的過程描述設(shè)計對分查找算法流程圖。

由于信息科技課程具有很強的實踐性，圍繞實踐性這個學科特點，本節(jié)課教師讓學生在解決問題的過程中提高計算思維能力。

● 課堂教學

環(huán)節(jié)一：根據(jù)生活經(jīng)驗，初步感知對分查找算法

師：有一個整數(shù)在1～100之間（舉例62），一般情況下，如果要用較少的次數(shù)猜出這個數(shù)。你會先猜幾？

生：50。

師：小了，那么這個數(shù)在51～100之間，接下來猜幾？

生：75。

師：剛才的對話中隱藏著經(jīng)典的算法——對分查找，它是比順序查找效率更高的方法。通過這種每次查找范圍縮小一半的方法很快就能猜出這個數(shù)是62。

如圖1所示，1～21號代表21個箱子，在21個箱子里分別放著21位學生的考試號碼（考試號碼為無序）。上一次課用順序查找的方法找到了489號。

師：能不能用對分查找的方法找出489號？

生：不能。對于一個找到的數(shù)，如第一次查找的11號數(shù)312，它不能和前面或后面的數(shù)比較大了還是小了。

因此，要用對分查找須先將數(shù)字進行排序，使之變成有序數(shù)列。

教師利用學生已學的冒泡排序的算法將這組數(shù)據(jù)進行升序排列，如圖2所示。

為了節(jié)約教學成本，教師要盡快切入正題，爭取在兩三分鐘內(nèi)引入對分查找，同時讓學生從互動討論中預熱對分查找的思想。教師從學生生活經(jīng)歷中提煉對分算法，引出沖突，引導學生發(fā)現(xiàn)問題，得知使用對分要先進行排序，使學生對對分查找算法有初步的認識。

環(huán)節(jié)二：結(jié)合圖形，化抽象為形象，引導學生探索對分查找的過程

對分查找每次要查找的是中間的數(shù)。那么，如何確定中間的數(shù)是哪一個數(shù)字呢？教師引導學生通過圖形直觀地觀察查找并表達出來。如圖3所示，M表示每次查找的中間箱子的編號，L、R表示每次查找的第一個和最后一個箱子的編號。

第一次要找的箱子是：M=11=（1+21）/2=（L+R）/2。

第二次要找的箱子是：M=16=int（（12+21）/2）=int（16.5）=int（（L+R）/2）。

第三次要找的箱子是：M=13=int（（12+15）/2）=int（（L+R）/2）。

三次找到考試號碼489。

通過每次查找的過程歸納總結(jié)出每次查找的M與L、R的關(guān)系：M=int（（L+R）/2）。

如圖4所示，教師再次引導學生詳細描述查找箱子的過程，仔細分析梳理查找的過程，細化每一個步驟。學生通過查找的過程描述出算法的過程。

教師要讓學生參與分析過程，而不是直接告訴他們“是什么”，應(yīng)與他們一起經(jīng)歷“這是怎么來的”學習過程。結(jié)合圖形，利用形象直觀的查找過程，學生在頭腦中容易形成形象具體的問題解決過程的模型，并通過學習過程理清楚查找的詳細過程。同時，該例子形象地表示了數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)部數(shù)組元素中對分查找的過程，有利于學生形成抽象思維，幫助學生掌握知識。

環(huán)節(jié)三：根據(jù)算法的過程描述，設(shè)計流程圖并書寫程序代碼

教師應(yīng)逐漸展開流程圖，讓學生結(jié)合算法描述逐步填充并完成流程圖的設(shè)計。結(jié)合流程圖，學生利用VB語言編寫程序計算出結(jié)果。學生的中心任務(wù)就是完成對分查找程序。經(jīng)過編寫、調(diào)試、思考、改進和教師旁白引導、個別指導，絕大部分學生在5分鐘內(nèi)都能編寫出完整的對分查找程序。適當?shù)牧舭卓勺寣W生只需把精力投入到對分查找的主體程序上。這樣做的目的是讓學生充分聚焦到學習重點上，讓時間有限的一節(jié)課變得更有效，從而實現(xiàn)教學目標的最大化達成。

● 進一步思考

這節(jié)課沒有先聲奪人的情境鋪墊，沒有氣氛熱烈的小組合作，沒有滔滔不絕的教師講解，更多的是教師嚴密理性的引導和學生被激活的思考和實踐。同時考慮到一節(jié)課的時間，如果要查找的數(shù)據(jù)不在數(shù)組里面，還沒有被考慮進來，留給學生下一節(jié)課去解決。學生運用信息知識與技術(shù)解決問題時，首先要理性地分析問題，將一個復雜的問題轉(zhuǎn)變?yōu)槿舾杀阌诮鉀Q的簡單問題。通過細致的分析，可以自上而下，逐步求精，不斷將問題分解，直至計算機可以解決。這有助于培養(yǎng)學生的分析性思維方式。

中小學計算思維教育不應(yīng)限于計算知識的學習和技術(shù)工具的操作應(yīng)用，而應(yīng)強調(diào)學生利用計算知識和技術(shù)工具解決問題綜合能力的形成與思維的內(nèi)化。如果孤立地學習程序編碼而不給學生創(chuàng)設(shè)算法設(shè)計的體驗情境，就會導致盲目模仿科學實驗而不知為什么做科學實驗；如果一味要求學生進行算法設(shè)計，而不給學生驗證自己想法的機會，就會掉入只講授科學知識而不做科學實驗的泥潭。因此，中小學計算思維教育既不能簡單地等同于代碼編寫，也不能將算法設(shè)計與程序?qū)崿F(xiàn)割裂開來，最重要的還是要引導學生體驗“程序驅(qū)動”的技術(shù)工具應(yīng)用情境，感受到計算方法與自動化實現(xiàn)的真實存在，使其在實踐、體驗程序設(shè)計每個環(huán)節(jié)的過程中將計算思維內(nèi)化為普適性的思維方式。