“算法與程序設(shè)計”模塊教學(xué)策略探究

國家教育部制定的《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》要求，學(xué)校在開設(shè)必修模塊教學(xué)的基礎(chǔ)上，“至少應(yīng)開設(shè)算法與程序設(shè)計、多媒體技術(shù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)管理技術(shù)中的兩個，也要制定規(guī)劃，逐步克服經(jīng)費、師資、場地、設(shè)備等因素的制約，開出包括人工智能初步在內(nèi)的所有選修模塊，為學(xué)生提供更豐富的選擇[1]?！睆哪壳案咧行畔⒓夹g(shù)課程的教學(xué)情況來看，“算法與程序設(shè)計”模塊位于選修模塊的首位，但其教學(xué)現(xiàn)狀卻令人擔(dān)憂。

一、當(dāng)前的困惑

針對“算法與程序設(shè)計”模塊教學(xué)現(xiàn)狀，筆者通過問卷調(diào)查、座談等多種方式了解該模塊開設(shè)率偏低的原因。同時查閱專業(yè)數(shù)據(jù)庫，綜合全國其他教師的觀點，歸納出了當(dāng)前開展“算法”模塊教學(xué)存在的主要困難。

從學(xué)生角度來看，開展“算法”模塊教學(xué)主要有以下困難：1）學(xué)習(xí)心理上有障礙，學(xué)習(xí)內(nèi)容實用性不強。教材上的案例多為數(shù)學(xué)問題，一類為一眼就能看出答案的問題，對這類例題學(xué)生產(chǎn)生的疑問是：“這么簡單的問題為什么要這么麻煩，要計算機來解決?！绷硪活愂菙?shù)學(xué)課上怎么都弄不明白的問題，信息技術(shù)教師又在不停地重復(fù)著這些難題。2）理論課枯燥，沒有聯(lián)系實際生活，趣味性不強，難于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。3）沒時間做作業(yè)，頭腦中的知識銜接出現(xiàn)斷點[2]。

從教師角度來看，開展“算法”模塊教學(xué)的困難主要體現(xiàn)在以下幾點：1）難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計的興趣。教師大多采用傳統(tǒng)的先講后演示、學(xué)生先聽后編程的教學(xué)方式。學(xué)生在聽或者看的過程中往往注意力難以集中，到實踐編程時自然就無從下手。2）基礎(chǔ)知識與理論內(nèi)容多，不講學(xué)生不明白，講多了學(xué)生沒有耐心聽。3）課時少，內(nèi)容多，課時安排時間間隔長，遺忘率高。模塊中包括大量的數(shù)據(jù)、語句、過程以及函數(shù)等基礎(chǔ)知識，需要教師詳細(xì)地講解，學(xué)生在課堂上通過大量地訓(xùn)練才能熟練應(yīng)用。講解一個完整的算法往往需要一兩節(jié)課時間，而要讓絕大多數(shù)的學(xué)生真正能自主編寫，甚至需要投入更多的時間，要學(xué)生全面理解算法并學(xué)會編程難度偏大。

二、課程的核心價值

信息技術(shù)課程的發(fā)展經(jīng)歷了程序設(shè)計文化論、工具論、信息素養(yǎng)論等幾個不同的階段。社會發(fā)展與需求的變化推動信息技術(shù)日新月異地發(fā)展。作為信息技術(shù)學(xué)科的一線教師，筆者也時常在想：“‘算法與程序設(shè)計模塊作為信息技術(shù)課程的一部分，教學(xué)目標(biāo)是什么？它的核心價值在哪里？究竟培養(yǎng)學(xué)生什么能力？能否挖掘一些該模塊特有的東西？”

筆者結(jié)合多年的教學(xué)實踐，將本模塊的教學(xué)目標(biāo)定位于：打造程序設(shè)計文化，培養(yǎng)計算思維以及算法思維。一線教師應(yīng)站在更高的角度去審視課程，不僅要教會學(xué)生編程及其他技巧，還要通過編程將計算思維、算法思維等滲透于教學(xué)中，充實和完善信息技術(shù)學(xué)科的價值。

信息技術(shù)，尤其是程序設(shè)計，在人類文化中占有一席之地。首先，人類生存要運用工具，特別是要運用工具來解決問題。計算機是大腦的延伸，如何讓人和計算機進行溝通，就產(chǎn)生了計算機語言。而如何把人類的語言告訴計算機，就產(chǎn)了程序設(shè)計語言，也就是人們所說的程序設(shè)計文化。從最原始的計算的能力到人的自然思考方式，再到機器語言、匯編語言、高級語言的出現(xiàn)，以至現(xiàn)在的讓計算機理解人們思想的自然語言，程序設(shè)計語言的每一次發(fā)展都對人類產(chǎn)生了重大的影響。其次，在工作生活與學(xué)習(xí)中，很多時候解決問題需要有一種計算思維。比如有一首詩的內(nèi)容為“白日依山盡，黃河入海流。欲窮千里目，更上一層樓”，如果用計算思維的觀點來看，其實就是在六千多個漢字中選取20個漢字進行排列。六千多個漢字如果讓計算機來排的話，有很多種可能，有些排列可能人類窮極一生都無法想到。但是詩人很容易地找出了20個漢字，并且排列開來，這就是詩人的一種靈性和智慧，這是計算機所不具備的。這種情況下如何促進人與計算機的交流呢？這就需要人具備計算思維來告訴計算機該怎么做。最后，人具備計算思維，而如何用計算機的語言把它呈現(xiàn)出來，就需要算法思想的指導(dǎo)。這種算法思想就是人的思維和計算機溝通的一種途徑與方法。

三、教學(xué)策略及方法

1.深度挖掘課程思想

傳統(tǒng)意義上對程序設(shè)計的理解是：用計算機編寫程序解決問題，經(jīng)歷分析問題、設(shè)計算法、編寫程序、調(diào)試運行與檢驗結(jié)果等過程。在這種觀念里，“程序”是低于“算法”的存在，是具象的，是由給定語言環(huán)境中的若干條代碼組成的代碼群。而“算法”則是高于“程序”的，是相對抽象的?！八惴ā背搅司唧w語言，是程序設(shè)計的靈魂，因而更加貼近程序設(shè)計的本質(zhì)。

但是，學(xué)生對“算法”概念感覺生澀，對“算法”的認(rèn)知依然有許多困難。因為“算法”概念并不是最貼近學(xué)生生活經(jīng)驗的東西，學(xué)生從生活經(jīng)驗中提取“算法”并將其遷移到真正的“算法”概念上來，需要經(jīng)歷一個艱難的過程。顯然，基于“算法”概念走進程序設(shè)計，不能算得上是一條令人滿意的途徑。

程序設(shè)計的本質(zhì)是什么？程序設(shè)計無非是使用一組預(yù)設(shè)功能的指令集去完成特定的任務(wù)，所謂的“一組預(yù)設(shè)功能的指令集”，就是一套為了實現(xiàn)特定功能的人機對話，而給出的一套人工語言。在“人機對話”這個意義上，“指令-程序-任務(wù)執(zhí)行”更能彰顯程序設(shè)計的本質(zhì)，“算法”無非是建立在“指令-程序-任務(wù)執(zhí)行”基礎(chǔ)上并服務(wù)于具體任務(wù)的方法而已。需要注意的是，這里的所謂“程序”已非前述“程序”，前“程序”指的是一組代碼，此“程序”指的是解決問題的過程[3]。

或許教師要換一種思路開展程序設(shè)計的教學(xué)。在程序設(shè)計學(xué)習(xí)之初，教師可以為學(xué)生提供一個需要解決的生活中的具體任務(wù)，讓學(xué)生分析解決該問題需要幾步，設(shè)計出解決問題的過程，得到這個“程序”，而后再引導(dǎo)學(xué)生提取其中的指令，得到一組“指令集”。例如，設(shè)計一個“抽簽器”程序。教師提出問題之后，首先分析設(shè)計程序界面，有哪些對象，需要哪些控件，每個控件的功能是什么，如何實現(xiàn)這些功能，最終應(yīng)用相應(yīng)的代碼來實現(xiàn)功能，形成“指令集”，整個過程完全沒有涉及“算法”。

在此基礎(chǔ)上，教師可以讓學(xué)生結(jié)合生活中的實例反復(fù)訓(xùn)練，從而提高“指令集”的復(fù)雜程度。譬如先讓學(xué)生在VB環(huán)境中進行問題解決，分析需要經(jīng)歷哪些步驟，其中的指令有哪些。并逐漸涉及分支、循環(huán)等結(jié)構(gòu)，得到功能逐漸強大的指令集。用這種方法學(xué)習(xí)到的“程序設(shè)計”，是把握住通過人機對話實現(xiàn)問題解決的程序設(shè)計，是將問題解決方法（工具）和問題解決過程融為一體的程序設(shè)計，是面向貼近生活經(jīng)驗的問題解決的程序設(shè)計。endprint

教師在開展“算法與程序設(shè)計”模塊教學(xué)工作中，遵循“提出問題-解決問題的過程-指令實現(xiàn)”這樣一條線索，“解決問題的過程”即“程序”，其中涵括算法。因而，“算法”變成位于“程序”之下的概念，屬于方法層面，而“程序”在層次上則反超“算法”。這種教學(xué)策略不需要譯碼，更貼近學(xué)生生活經(jīng)驗及學(xué)生的認(rèn)知起點，有利于啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)。

2.整合重組信息技術(shù)課堂

信息技術(shù)學(xué)科存在課時少、內(nèi)容多、鞏固難等實際困難。而《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》中提出的“信息技術(shù)和數(shù)學(xué)課程內(nèi)容的整合”為指導(dǎo)課堂教學(xué)提供了全新的理念。如，人民教育出版社出版的高中《數(shù)學(xué)》第三冊（必修）第一章“算法初步”介紹了算法與程序框圖、基本算法語句以及算法案例等內(nèi)容，基本涵括了“算法與程序設(shè)計”模塊中的程序設(shè)計基礎(chǔ)知識。因此，教師合理的做法是調(diào)整模塊教學(xué)內(nèi)容的次序，將“可視化編程的概念與方法”移到模塊最前面，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)初期就可以利用可視化編程動手解決一些小問題，初步具備可視化編程的能力。當(dāng)數(shù)學(xué)課堂完成“算法”教學(xué)內(nèi)容之后，教師再來講述編程的基礎(chǔ)知識，自然就有事半功倍的效果。

在課時的安排方面，目前大體有兩種情況：一種為1周1課時的情況，一個學(xué)年完成一個模塊的教學(xué)工作；另一種為1周2課時，一個學(xué)期完成一個模塊的教學(xué)工作。不過，絕大多數(shù)學(xué)校的2課時都是分開來排課的，譬如星期二1節(jié)、星期五1節(jié)等。但是，程序設(shè)計課作為實踐性極強的一門課程，1節(jié)課的時間既要學(xué)習(xí)新知識，又要實踐鞏固它，難以取得滿意的效果。較好的做法就是兩堂課連排，共計80分鐘，教師大概用20多分鐘精講新知識，剩下時間讓學(xué)生動手編程實踐，深層理解，鞏固新知識，避免出現(xiàn)知識銜接的斷點。

針對各章節(jié)的基礎(chǔ)知識及算法等精講內(nèi)容，教師可以適度地開發(fā)一些微視頻，建立微課網(wǎng)站，用于學(xué)生課前預(yù)習(xí)或課后復(fù)習(xí)鞏固，把有限的課堂時間更多地讓位于師生討論、交流與探究等活動。

傳統(tǒng)教學(xué)過程是，教師每講完一個新知識，隨后布置任務(wù)讓學(xué)生編程實現(xiàn)。學(xué)生往往覺得教師布置的任務(wù)并不是自身想要做的，難以體現(xiàn)編程的價值，久而久之學(xué)習(xí)編程的興趣下降。比較恰當(dāng)?shù)淖龇ㄊ?，教師可設(shè)計開放式的實踐任務(wù)，要求任務(wù)主題明確，有個性、有創(chuàng)意、內(nèi)容積極向上即可。然后，教師將整個班級分為若干個學(xué)習(xí)小組，每小組4人，從學(xué)生的生活與學(xué)習(xí)出發(fā)，由小組的4個同學(xué)討論確立小組任務(wù)的主題。主題確立之后，通過小組交流、探究、合作互助等方式，共同完成實踐任務(wù)。設(shè)置開放性的任務(wù)，不僅訓(xùn)練了學(xué)生編程的技巧，更在開放的學(xué)習(xí)過程當(dāng)中，將學(xué)生的思維培養(yǎng)與能力培養(yǎng)更好地融入實踐任務(wù)中[4]。

3.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣

目前，信息技術(shù)課的教學(xué)目標(biāo)定位于：培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，即信息時代應(yīng)具備的獲取信息、處理信息、加工信息、交流評價信息的素養(yǎng)，其著力點在于培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。

技術(shù)素養(yǎng)是信息技術(shù)有別于其他學(xué)科的明顯特征。哪些技術(shù)是深受學(xué)生歡迎和喜愛的呢？毫無疑問是實用性技術(shù)，即能夠幫助學(xué)生解決現(xiàn)實生活中的實際問題的技術(shù)。例如，在講授“可視化編程的概念與方法”這節(jié)內(nèi)容時，教師可以讓學(xué)生編寫一個倒計時程序，用于班級辯論會等活動。學(xué)生會感覺到程序是有用的，體驗到成功的快樂，獲得學(xué)有所得的滿足感，學(xué)習(xí)積極性與主動性自然就高。

生活是取之不盡的教學(xué)源泉，學(xué)生熟悉的日常生活經(jīng)驗對其學(xué)習(xí)和能力的培養(yǎng)具有持久而深刻的影響。因此，教師在教學(xué)過程中要善于建立程序與生活實際的聯(lián)系，創(chuàng)設(shè)出貼近學(xué)生生活實際的問題情境，把生活中喜聞樂見的問題逐步提升為編程思想，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)造學(xué)生主動參與的學(xué)習(xí)氛圍，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性[5]。

如在講述“窮舉法”時，教師可以首先通過猜密碼來導(dǎo)入教學(xué)，然后揭示QQ密碼被破解之謎，進而提出思考問題：如何防范密碼被破解？從現(xiàn)場教學(xué)效果來看，學(xué)生熱情非常高。這樣的教學(xué)情境引入法，非常貼近學(xué)生的生活，情境和任務(wù)的設(shè)計思路也非常貼近吻合，所以很自然就將窮舉的算法思想展現(xiàn)出來。

游戲教學(xué)法也是經(jīng)常使用的教學(xué)技巧。游戲教學(xué)法就是在教學(xué)中盡可能將枯燥的語言現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生樂于接受的、生動有趣的游戲形式，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)氛圍，使學(xué)生在玩中學(xué)，在學(xué)中玩[6]。游戲教學(xué)法可以大大調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，幫助學(xué)生深刻理解理論知識，有助于學(xué)生的互助式學(xué)習(xí)。

在講述“算法與算法描述”章節(jié)內(nèi)容時，學(xué)生對“什么是算法”、“算法的特征”等問題感到晦澀難懂，教師可采取如下教學(xué)方法，如在情境導(dǎo)入環(huán)節(jié)引入一個1-100之間的猜數(shù)字游戲，看誰用最短的時間猜出結(jié)果，繼而剖析猜數(shù)字程序的算法實現(xiàn)過程，學(xué)生對算法的理解肯定更加深刻。在講述窮舉、排序、遞歸等算法時，適當(dāng)?shù)亻_發(fā)一些小游戲，展示算法實現(xiàn)的全過程，效果肯定比教師在課堂上干巴巴的講授要好。

另外，信息技術(shù)學(xué)科不是高考科目，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性往往不足。針對這種情況，教師需要適時地對學(xué)生進行教學(xué)評價，及時進行教學(xué)反饋，教師還可以通過評價激發(fā)學(xué)生的競爭意識，營造出競爭的學(xué)習(xí)氛圍。

4.半成品加工策略或程序填空

鑒于有限的教學(xué)時間、有限的教學(xué)空間和參差不齊的學(xué)生基礎(chǔ)，“半成品加工”策略是很好的教學(xué)突破口。“半成品加工”提供了相對完整的作品，只是對教學(xué)的內(nèi)容某部分“留空白”，讓學(xué)生在短時間內(nèi)體會到技術(shù)操作的方法和信息素養(yǎng)的內(nèi)涵，提高了講解、理解和實踐的效率，并且優(yōu)化學(xué)習(xí)的情景與練習(xí)的環(huán)境[7]。

“半成品加工”策略主要應(yīng)用于課堂教學(xué)的演示。在教學(xué)中，它可以配合講解基本的方法與過程，突出教學(xué)的重點。同時，學(xué)生通過閱讀程序，了解別人的編程思路以及實現(xiàn)算法，有利于培養(yǎng)算法思維。

應(yīng)用“半成品加工”策略，可以為學(xué)生提供學(xué)習(xí)情景，回避技術(shù)盲點。所以提供的半成品往往是大半的成品，只差一點就完成了。比如，在“算法”模塊教學(xué)初期，由于學(xué)生尚不具備系統(tǒng)的編程知識，動手編寫完整的程序存在困難，教師針對教學(xué)內(nèi)容在程序某部分“留白”，學(xué)生填空解決關(guān)鍵問題，大大提高了課堂的效率。endprint

5.恰當(dāng)運用項目教學(xué)法

項目教學(xué)法就是在教師的指導(dǎo)下，將一個相對獨立的項目交由學(xué)生自己處理的方法。信息的收集、方案的設(shè)計、項目實施及最終評價，都由學(xué)生自己負(fù)責(zé)，學(xué)生通過處理該項目，了解并掌握了整個過程及每一個環(huán)節(jié)中的基本要求[8]。

教學(xué)實踐中，我選取了高一年級2個平行班作為實驗班，運用項目教學(xué)法，讓學(xué)生設(shè)計項目，應(yīng)用VB技術(shù)，完成教學(xué)內(nèi)容“數(shù)據(jù)庫管理軟件的開發(fā)”。通過對比教學(xué)，我發(fā)現(xiàn)實驗班的學(xué)生對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的開發(fā)流程理解非常深刻，對程序設(shè)計基礎(chǔ)知識和VB可視化編程的概念和方法也有更深入的認(rèn)識。其間通過筆試和上機考試考核學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，結(jié)果顯示，實驗班大部分學(xué)生的基礎(chǔ)知識理解、上機操作、界面設(shè)計、解決問題能力等都比非實驗班有了明顯的提高，平均分比非實驗班高出近10分。

項目教學(xué)法的關(guān)鍵，在于設(shè)計和制定一個合適的項目，項目既要適合教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)，又要具備可操作性。項目開發(fā)中要進行有效分工，每位學(xué)生根據(jù)自己的能力負(fù)責(zé)相應(yīng)的子任務(wù)，因此項目教學(xué)法的一個很大的優(yōu)勢就是能讓不同層次的學(xué)生都參與到項目的開發(fā)過程中，體現(xiàn)了分層教學(xué)的思想。

當(dāng)前，在開展“算法”模塊教學(xué)過程中存在著一些困難，但困難只是暫時的。因為“算法”模塊本身具有無窮的魅力，學(xué)生通過編寫程序解決一個個鮮活的問題，會給他們帶來無限的學(xué)習(xí)動力。教無定法，只要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶W(xué)情，有針對性地找到適合學(xué)生自身的教學(xué)策略與方法，“算法”模塊定能煥發(fā)其應(yīng)有的生命力。

參考文獻：

[1]顧建軍，李藝，董玉琦，等.普通高中技術(shù)課程（實驗）解讀[M].武漢：湖北教育出版社，2004.

[2]曹雪麗.高中“算法與程序設(shè)計”教學(xué)四部曲[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2012（7）.

[3]李藝，朱彩蘭.信息技術(shù)課程思想梳理思路簡議[J].電化教育研究，2014（4）.

[4]周以真，王榮良，李冬梅，等.信息技術(shù)課程的反思與計算思維教育的必要性[J].中國信息技術(shù)教育，2013（6）.

[5]喻文喜.“程序生活化”的誤區(qū)及其反思[J].中小學(xué)電教，2009（12）.

[6]祝智庭，鄧鵬，孫蒞文.娛教技術(shù)：教育技術(shù)的新領(lǐng)地[J].中國電化教育，2005（5）.

[7]王愛勝.“半成品加工”策略“加工”啥？[N].中國教育報，2005-6-13（6）.

[8]項目教學(xué)法[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/2062970.htm？fr=aladdin.

（作者單位：廣東省中山市中山紀(jì)念中學(xué)）

（責(zé)任編輯：任媛媛）endprint