朱艷

[摘 要]基于計(jì)算思維的算法教學(xué)互動(dòng)有其先天的復(fù)雜度，教學(xué)互動(dòng)很難有效開展，有思維的深度、知識(shí)的多領(lǐng)域等等，傾聽、引導(dǎo)式逆向思維、頭腦風(fēng)暴等策略，能有效實(shí)現(xiàn)不同層面學(xué)生的高效互動(dòng)，在教學(xué)中取得很好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算思維；算法教學(xué)；互動(dòng)策略

[中圖分類號(hào)] G632.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-6058（2018）18-0061-02

隨著人工智能時(shí)代的到來(lái)，人工智能化的應(yīng)用正悄然在社會(huì)生活中扮演著越來(lái)越重要的角色，信息技術(shù)再次成為引領(lǐng)工業(yè)變革、社會(huì)進(jìn)步的有力推動(dòng)力量，培養(yǎng)創(chuàng)新者成為高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)的重要訴求，而計(jì)算思維將成為未來(lái)創(chuàng)新思維教育教學(xué)的重點(diǎn)，成為當(dāng)下中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)的重點(diǎn)。

計(jì)算思維，源自英文Computing Thinking。2006年3月由卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任周以真教授在Communications of the ACM雜志上指出，2010年7月教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)布了《九校聯(lián)盟計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》，美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)科教師協(xié)會(huì)2011年推出新版本“K-12計(jì)算機(jī)課程標(biāo)準(zhǔn)”，計(jì)算思維是其重要內(nèi)容之一。國(guó)內(nèi)中小學(xué)的計(jì)算思維教學(xué)已成為教師發(fā)展、學(xué)生發(fā)展的必然選擇。

以高中信息技術(shù)算法校本課程為例，計(jì)算思維描繪的內(nèi)容在真實(shí)的教學(xué)情景之下出現(xiàn)了前所未有的挑戰(zhàn)。以算法教學(xué)為例，挑戰(zhàn)一：基于算法的計(jì)算思維體驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中必須包括兩方面的內(nèi)容，一是編程語(yǔ)言的語(yǔ)法體系，二是計(jì)算思維的互動(dòng)體驗(yàn)過(guò)程。挑戰(zhàn)二：當(dāng)問(wèn)題求解過(guò)程中計(jì)算思維出現(xiàn)斷層時(shí)，如何通過(guò)互動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生批判與創(chuàng)新。

一、計(jì)算思維教學(xué)互動(dòng)策略——傾聽的力量

基于算法的計(jì)算思維教學(xué)有著鮮明的教學(xué)特點(diǎn)，教學(xué)的主體學(xué)生會(huì)出現(xiàn)很多無(wú)法預(yù)料的狀況，比如，全班學(xué)生的寂靜表現(xiàn)，對(duì)求解問(wèn)題無(wú)從下手，更談不上主動(dòng)舉手回答問(wèn)題?；谒惴ū磉_(dá)的計(jì)算思維層面的問(wèn)題求解帶著很強(qiáng)的創(chuàng)新性思考、數(shù)理邏輯、思維歸納總結(jié)需求，經(jīng)過(guò)一學(xué)期的實(shí)踐，我發(fā)現(xiàn)——傾聽是打開學(xué)生思維的一把有力的鑰匙。首先，要優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，創(chuàng)設(shè)計(jì)算機(jī)思維層面的完整的問(wèn)題描述、限制條件。當(dāng)問(wèn)題一拋出，教師就傾聽學(xué)生發(fā)出的聲音，如“嗯”表示在思考，“咦”表示有了矛盾點(diǎn)，“哦”表示有可能有點(diǎn)想法，等等。此時(shí)，應(yīng)抓住學(xué)生點(diǎn)點(diǎn)滴滴的思維火花，提升學(xué)生計(jì)算思維的品質(zhì)。教學(xué)中我發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生喜歡發(fā)言，但總不能答到點(diǎn)子上，如果總是試圖鼓勵(lì)未回答的學(xué)生多思考，效果恰恰相反。傾聽讓我們?cè)诮虒W(xué)中明白未發(fā)言的很多學(xué)生也許是真正在思考的學(xué)生，主動(dòng)但回答不準(zhǔn)確的學(xué)生往往缺少思維深度。其次，傾聽學(xué)生未發(fā)出的聲音，如有的學(xué)生一思考手就不自覺(jué)支撐下巴、摸頭、眉頭緊皺、身體斜坐，等等，根據(jù)這些行為可以初估有多少學(xué)生在真正思考。傾聽學(xué)生的回答讓教師了解學(xué)生的思考深度，計(jì)算機(jī)思維教學(xué)互動(dòng)中，傾聽是一股強(qiáng)大的師生有效溝通的力量。

二、計(jì)算思維教學(xué)互動(dòng)策略——引導(dǎo)式逆向思維

數(shù)學(xué)作為一種工具，在計(jì)算思維邏輯表達(dá)方面發(fā)揮著不可替代的作用。一是由于計(jì)算基于數(shù)字化表達(dá)后才可以實(shí)施，二是數(shù)字在表達(dá)計(jì)算思維過(guò)程時(shí)精確、具體。數(shù)字表達(dá)方面兼有抽象表達(dá)世界與具體量化世界的雙重功能，因此，問(wèn)題求解過(guò)程中，對(duì)于步驟過(guò)多，邏輯聯(lián)系緊密的計(jì)算機(jī)思維表達(dá)一般均采用數(shù)理論證體系表達(dá)計(jì)算思維過(guò)程。以下圖為例，我們發(fā)現(xiàn)有3行，第1行有1個(gè)星，第2行有3個(gè)星，第3行有5個(gè)星。

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教學(xué)中的問(wèn)題關(guān)鍵在于雙重循環(huán)語(yǔ)句，關(guān)注循環(huán)計(jì)算思維解決問(wèn)題的思維方式，與圖中行數(shù)及星星個(gè)數(shù)之間的關(guān)系要捋清。其中，星星個(gè)數(shù)與行數(shù)之間的關(guān)系又是由數(shù)字逆向構(gòu)建一元一次方程的過(guò)程，雖然學(xué)生在初中時(shí)學(xué)過(guò)方程，但數(shù)學(xué)課堂教學(xué)往往是給定方程，給出已知因子求未知數(shù)的過(guò)程。圖中計(jì)算思維的本質(zhì)是要在一堆雜亂的數(shù)字中總結(jié)方程關(guān)系再驗(yàn)證，然后在編程中應(yīng)用。思維的深度、梯度、跨度是數(shù)學(xué)課堂中不能相提并論的。我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)引導(dǎo)式的逆向思維能很好地化解難點(diǎn)，比如通過(guò)表格化的數(shù)據(jù)請(qǐng)學(xué)生逆向推出方程，即i代表行數(shù)值，j代表所在行的星星個(gè)數(shù)，方程為：j=i×2-1。核心算法通過(guò)引導(dǎo)式逆向思維的互動(dòng)策略引出后，再引導(dǎo)學(xué)生小組查詢、探究來(lái)完成思考和交流，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，讓學(xué)生看到計(jì)算思維的魅力。

三、計(jì)算思維教學(xué)互動(dòng)策略——頭腦風(fēng)暴

問(wèn)題求解過(guò)程常常有些原創(chuàng)性的表達(dá)，教師在教學(xué)過(guò)程中無(wú)法遵循常有的思維一步步互動(dòng)表達(dá)，比如，如何用沒(méi)有音箱的電腦播放兒歌等等，圍繞主題開展一次短時(shí)間的、天馬行空式的頭腦風(fēng)暴則是互動(dòng)的最佳策略。頭腦風(fēng)暴互動(dòng)策略實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)設(shè)置頭腦風(fēng)暴協(xié)調(diào)員，協(xié)調(diào)員要管理討論的主題，對(duì)于偏移主題的討論主動(dòng)制止，并且提醒大家討論的時(shí)間，一般以十分鐘為宜。還需設(shè)置頭腦風(fēng)暴金點(diǎn)子記錄員，在黑板上記錄下大家的金點(diǎn)子。最后由教師點(diǎn)評(píng)大家的表現(xiàn)，整理出可以通過(guò)計(jì)算機(jī)思維的方式以程序表達(dá)出來(lái)的金點(diǎn)子。不管結(jié)果如何，頭腦風(fēng)暴的互動(dòng)過(guò)程可以讓學(xué)生充分表達(dá)自己的新奇想法。

頭腦風(fēng)暴關(guān)注與促進(jìn)小組間的合作，從原來(lái)的天馬行空，到小組合作框架下的討論；從原來(lái)的臆想，到小組合作評(píng)估下的設(shè)想；從只提點(diǎn)子，到形成比較可行的解決方案，讓頭腦風(fēng)暴更趨于可行。真正讓學(xué)生的天性、靈感與現(xiàn)實(shí)的理性思維融合在一起，讓計(jì)算思維課堂教學(xué)由傳統(tǒng)的線性邏輯的思維切換成離散性的模式，促進(jìn)學(xué)生的全面、自由發(fā)展。

四、計(jì)算思維教學(xué)互動(dòng)策略——人文引領(lǐng)互動(dòng)

人類有著豐富的思維文化遺產(chǎn)，學(xué)生可能天天在學(xué)卻不知道出處。以歐幾里得為例，教師可向?qū)W生提問(wèn)——有一位大師，奠定了現(xiàn)在數(shù)學(xué)的很多基礎(chǔ)知識(shí)，這位大師就是歐幾里得。以人文的方式、一下子將學(xué)生吸引住，真正從學(xué)生的興趣入手。接著通過(guò)百度打開歐幾里得的介紹，無(wú)形之中將知識(shí)獲取的方式通過(guò)演示過(guò)程傳達(dá)給學(xué)生。

教師可用簡(jiǎn)短的時(shí)間介紹歐幾里得及其傳世著作《幾何原本》《已知數(shù)》，阿基米德是他學(xué)生的學(xué)生……學(xué)生通過(guò)對(duì)人文知識(shí)的學(xué)習(xí)，可認(rèn)識(shí)更多物理學(xué)、數(shù)學(xué)等不同學(xué)科的大師。

人文的導(dǎo)入促使學(xué)生對(duì)大師的認(rèn)識(shí)更豐滿、更全面。尤其是對(duì)自己所學(xué)的幾何學(xué)、阿基米德的很多定理等，人文將對(duì)科學(xué)的追求、對(duì)真理的追求向側(cè)面?zhèn)鬟f給學(xué)生——我們?cè)趯W(xué)習(xí)與感悟與這些大師與這個(gè)星球共存亡的一些貢獻(xiàn)。思維的格局和教學(xué)的視野決定了學(xué)生看問(wèn)題的角度與深度，同樣是一堂思維課，當(dāng)教師站在與人類命運(yùn)共同體共進(jìn)退的格局下，能喚醒學(xué)生的歷史責(zé)任感。學(xué)習(xí)不是個(gè)人價(jià)值體現(xiàn)，更多的是為這個(gè)社會(huì)貢獻(xiàn)。

基于計(jì)算機(jī)思維的算法課堂互動(dòng)，仍有很大的難度。比如基本算法中的冒泡排序等，如何才能讓沒(méi)有多少編程經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生充分理解冒泡排序的精要，有效地互動(dòng)表達(dá)出算法的計(jì)算思維，對(duì)每一位信息技術(shù)教學(xué)工作者都是挑戰(zhàn)，仍需要在以后的工作中學(xué)習(xí)、驗(yàn)證、總結(jié)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 何欽銘，陸漢權(quán)，馮博琴.計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計(jì)算思維能力的培養(yǎng)——《九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》解讀[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2010（9）.

[2] 佐滕學(xué).靜悄悄的革命：課堂改變，學(xué)校就會(huì)改變[M].北京：教育科學(xué)出版社，2014.

（責(zé)任編輯 斯 陌）