基于問(wèn)題解決的計(jì)算思維培養(yǎng)實(shí)踐探究 論文

2022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選基于問(wèn)題解決的計(jì)算思維培養(yǎng)實(shí)踐探究摘要：《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017）年版》提出了計(jì)算思維作為四大學(xué)培養(yǎng)不失為一種好的途徑。本文筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐,以教育科學(xué)出版社的信息技術(shù)必修1《2.3周而復(fù)始的循環(huán)拓展課——利用遞推式思維解決問(wèn)題》教學(xué)為例，來(lái)談一談如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}計(jì)算思維教學(xué)實(shí)踐一、計(jì)算思維的內(nèi)涵產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)i。從中我們可以看到計(jì)算思維是人的一種思維過(guò)程與方式，是題的解決中。二、計(jì)算思維能力在程序設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)計(jì)算思維是未來(lái)世界認(rèn)知、思考的常態(tài)思維方式，學(xué)生需要經(jīng)過(guò)系統(tǒng)性學(xué)習(xí)和反復(fù)訓(xùn)練才能獲得這種思維。這種思維培養(yǎng)的外在體現(xiàn)則在于學(xué)生相關(guān)能力的培養(yǎng)，以能力培養(yǎng)推動(dòng)計(jì)算思維的形成。我們知道計(jì)算思維涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)的諸多思想方法，不可能在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中把它全部體現(xiàn)出來(lái)。那么程序設(shè)計(jì)教學(xué)中應(yīng)該著重培養(yǎng)哪些能力，從而促進(jìn)計(jì)算思維的培養(yǎng)呢？筆者認(rèn)為程序通過(guò)信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生需要掌握問(wèn)三、建立基于問(wèn)題解決的計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)模型筆者在建構(gòu)主義理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合問(wèn)題驅(qū)動(dòng)法和計(jì)算思維的特點(diǎn)，提出了基于問(wèn)題解決培養(yǎng)計(jì)算思維的教學(xué)模型（如圖學(xué)生以問(wèn)題為導(dǎo)向，通過(guò)自主學(xué)習(xí)、合作探究等活動(dòng)過(guò)程來(lái)獲取知識(shí)與技能，培養(yǎng)計(jì)算12022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選都會(huì)在相應(yīng)程度上鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維能力。圖1 基于問(wèn)題解決培養(yǎng)計(jì)算思維的教學(xué)模型程如下：義問(wèn)題，從而使問(wèn)題更容易解決，從而培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題分解能力。②在“分析問(wèn)題”環(huán)節(jié)，可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)遞推、化簡(jiǎn)等方法，找到小問(wèn)題中的共22022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選同的屬性以及相似之處。并將其抽象成python可以識(shí)別處理的模型，從而培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力和建模能力。的知識(shí)編寫(xiě)程序，上機(jī)調(diào)試驗(yàn)證。從而培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計(jì)能力。改或提出新的解決問(wèn)題的算法。養(yǎng)學(xué)生的遷移能力。決同類(lèi)問(wèn)題及相似問(wèn)題的方法，并將此方法運(yùn)用到更深層次的問(wèn)題解決中。四、運(yùn)用模型培養(yǎng)計(jì)算思維的教學(xué)實(shí)踐筆者以2.3節(jié)《周而復(fù)始的循環(huán)拓展課——利用遞推式思維解決問(wèn)題》為例來(lái)探究如何在編程計(jì)算教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。1.呈現(xiàn)問(wèn)題好的問(wèn)題，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其更好地融入到課堂中。筆者選用了財(cái)富1000元，而王林第一天只需給爸爸121000林給爸爸的錢(qián)是前一天的2明的你，能算出王林與爸爸在這筆交易中誰(shuí)是贏家嗎？題為三個(gè)小問(wèn)題：（1）求一個(gè)月后王林的錢(qián)數(shù)；（2）求一個(gè)月后爸爸的錢(qián)數(shù)；（3）養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題分解的能力。2.分析問(wèn)題32022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選找到合理、可行的模型。學(xué)生從每個(gè)月王林爸爸的錢(qián)數(shù)變化中歸納總結(jié)出錢(qián)數(shù)與天數(shù)的關(guān)系，將實(shí)際問(wèn)題抽象1+2+4+8+…+229的和。那如何建立模型，將問(wèn)題轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以處理的呢？在這時(shí)，第n天的錢(qián)（s2)和第n-1天的錢(qián)(s1)之間的關(guān)系：第2天爸爸的總錢(qián)數(shù)等于第1天的錢(qián)加上2的13天爸爸的總錢(qián)數(shù)等于第2天的總錢(qián)數(shù)加上2的24天爸爸的總錢(qián)數(shù)等于第3天的總錢(qián)數(shù)加上2的3的重復(fù)規(guī)律，即爸爸第n天的總錢(qián)數(shù)等于第(n-1)天的總錢(qián)數(shù)加上2的（n-1）次方。3.設(shè)計(jì)方案在剛才分析的基礎(chǔ)上，給學(xué)生提供學(xué)習(xí)資料包，讓學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)算法。算法用流程圖（圖2）表示如下：①首先，分析需要哪些變量，s2表示第n天爸爸的錢(qián)，s1表示第n-1天爸爸的錢(qián),day表示天數(shù),w表示王林一個(gè)月后的錢(qián)數(shù)；②討論該采用哪種結(jié)構(gòu)，使用for條件循環(huán)，循環(huán)的條件是day<=30時(shí)程序執(zhí)行；③運(yùn)用計(jì)算思維的遞推思想得到，第n天王林給爸爸的錢(qián)是第n-1天的錢(qián)加上n-1的二次方即s2=s1+(day-1)**2；④根據(jù)循環(huán)得知，把求得的s2賦值給s1,同時(shí)天數(shù)增加⑤輸出s2,w。該案例在③到⑤步采用了計(jì)算思維遞推的方法42022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選n天的錢(qián)數(shù)等于n-1天的錢(qián)數(shù)加上2天數(shù)小于等于s1算，直至運(yùn)算出s30。當(dāng)學(xué)生運(yùn)行自己編寫(xiě)的程序，看到爸爸一個(gè)月后的錢(qián)竟是王林的三百多倍時(shí)，學(xué)生編程成功的喜悅一下子就顯露出來(lái)了，這也更加激發(fā)了學(xué)生繼續(xù)探索考中學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計(jì)能力。4.優(yōu)化方案在學(xué)生掌握了前面所學(xué)的基本技巧和方法之后，對(duì)該類(lèi)問(wèn)題已經(jīng)能夠靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行求解，能夠解決類(lèi)似等問(wèn)題。引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)解決此類(lèi)問(wèn)題的規(guī)律：對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題可以利用遞推算法，這用相同的運(yùn)算規(guī)律，逐次重復(fù)運(yùn)算，直至運(yùn)算結(jié)束，這種有重復(fù)規(guī)律的問(wèn)題用循環(huán)可以實(shí)現(xiàn)。此時(shí)在此基礎(chǔ)上繼續(xù)s1和s2的關(guān)系，及賦值語(yǔ)句的內(nèi)涵，并嘗試簡(jiǎn)化算法，優(yōu)化程序。算法用流程圖（圖3）表示如下：s1和s2兩個(gè)變量用一個(gè)變量s來(lái)表示。對(duì)于同一問(wèn)題設(shè)計(jì)出題的能力，鍛煉學(xué)生的算法評(píng)估能力。5.舉一反三，知識(shí)遷移在剛才學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)給學(xué)生呈現(xiàn)相似的問(wèn)題。糖果獎(jiǎng)6右邊同學(xué)的1/3減在剛才問(wèn)題的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)思考探究。財(cái)富交換計(jì)52022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選劃是從前往后推斷，而糖果獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃采用的是逆向思維，是從后往前推斷，用流程圖（圖4）表示如下：表示學(xué)生數(shù)，t表示第n個(gè)同學(xué)手上的數(shù)字，m表示每個(gè)同學(xué)手上的數(shù)字之和；②for循環(huán)控制變量xs，起始值是5，終止值是1，步長(zhǎng)是-1；n個(gè)同學(xué)的數(shù)字是其左邊第n-1個(gè)同學(xué)的數(shù)字加1除2，即t=(t+1)*3