基于人工智能的程序設(shè)計教學(xué)探索

上海市嘉定區(qū)教育學(xué)院 俞詠梅

近日，國務(wù)院出臺了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，要求在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程、逐步推廣編程教育，鼓勵進(jìn)行形式多樣的人工智能科普創(chuàng)作。這就意味著學(xué)校的課程結(jié)構(gòu)、信息科技學(xué)科師資配備以及硬件設(shè)備配置都要有所調(diào)整?？紤]到此次國務(wù)院重點提出要推廣編程教育，預(yù)計會有更多地區(qū)高考將涉及編程科目。

程序設(shè)計教學(xué)是信息科技課程的核心和靈魂，最能體現(xiàn)和提升學(xué)生的思維品質(zhì)，提升學(xué)生的信息處理能力。用計算機(jī)解決任何問題都必須運(yùn)用算法和程序設(shè)計。程序設(shè)計與算法現(xiàn)在已成為高中新課程的一個重要的教學(xué)內(nèi)容，但對學(xué)生而言，程序設(shè)計具有很強(qiáng)的抽象性。程序設(shè)計能力的提升，重點在于對算法概念的理解，對算法思想的感受，教學(xué)的難點在于算法的創(chuàng)新思維能力的提升。

一、編程教育的重要性

1.時代發(fā)展的需要

隨著信息技術(shù)和人工智能的發(fā)展，越來越多行業(yè)的工作都離不開編程。美國前總統(tǒng)奧巴馬就呼吁：“如果我們想讓美國保持領(lǐng)先地位，就需要年輕一代的美國人掌握這種（編程）工具和技術(shù)，它將改變我們所有的做事方式?！笨梢妼W(xué)好編程，能使自己擁有一項重要的謀生技能。

2.思維能力的培養(yǎng)

學(xué)習(xí)編程可以培養(yǎng)學(xué)生思考問題和解決問題的能力，邏輯思維、抽象思維和計算思維都可以在學(xué)習(xí)編程的過程中得到鍛煉和提升。

二、編程教育的實施探索

1.通過程序設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

程序設(shè)計與其它應(yīng)用程序相比，它要求學(xué)生具有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，但是純數(shù)學(xué)的內(nèi)容學(xué)生又容易感到厭倦，所以教師一開始就要注意對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。程序設(shè)計的題目盡量要貼近學(xué)生的生活實際，如水電煤電話帳單的計算、銀行存錢的利息計算、校運(yùn)會的成績統(tǒng)計等，教師要積極展示程序設(shè)計的“新奇”，以此來激發(fā)學(xué)生的興趣?？梢酝ㄟ^程序設(shè)計的方式來演示一些趣味的內(nèi)容，如用VB程序來設(shè)計自動電子鐘和模擬路口紅綠燈的演示，或通過幾句發(fā)音語句來完成一首熟悉的歌，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)其去研究，去實踐，去創(chuàng)新。使學(xué)生覺得編寫程序可以解決實際問題，慢慢培養(yǎng)起學(xué)習(xí)興趣，另外在布置練習(xí)時，也要注意題目的難度，不要在起步階段就布置高難度的題目，使學(xué)生望而生畏，失去學(xué)習(xí)的積極性。

2.程序設(shè)計要重視學(xué)生基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)

在學(xué)習(xí)算法和程序設(shè)計時，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，因為對于計算機(jī)語言中的每一個語句，如果不知道它的格式和作用，那么也就談不上如何應(yīng)用它。如在講授賦值語句時，一定要講清賦值號和等于號的區(qū)別。在講授算術(shù)表達(dá)式時，講清算術(shù)表達(dá)式的書寫格式要規(guī)范，分清算術(shù)運(yùn)算符的優(yōu)先級。

在掌握各語句的同時，加強(qiáng)對程序結(jié)構(gòu)的領(lǐng)會。程序的結(jié)構(gòu)有順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，弄清程序結(jié)構(gòu)，對于編寫程序能起到一個很好的作用。否則，編寫出來的程序思路混亂，影響程序的可讀性和執(zhí)行效率。所以在教學(xué)上，對于每一種程序結(jié)構(gòu)，都要求學(xué)生能熟練掌握，在編寫程序時靈活運(yùn)用。在開始編寫程序時，必須要求學(xué)生先畫流程圖，再寫程序，這樣有利于學(xué)生編寫出結(jié)構(gòu)清晰的程序。

3.通過上機(jī)操作提高學(xué)生的動手能力

上機(jī)操作是計算機(jī)學(xué)科的一個基礎(chǔ)組成，在整個教學(xué)中占有重要地位。程序設(shè)計教學(xué)不能僅僅傳授計算機(jī)知識，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生通過嘗試性操作，培養(yǎng)其程序設(shè)計能力和水平，從而培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、分析能力、探究能力以及創(chuàng)新能力。所以，教師要讓學(xué)生親身體驗程序設(shè)計的“魅力”，“駕駛”計算機(jī)編制一些簡單程序，掌握一些簡單程序設(shè)計技巧，然后逐漸加深難度，提高操作技能和編程技巧。

指導(dǎo)學(xué)生上機(jī)操作編程時，除了讓學(xué)生完成作業(yè)外，還需引導(dǎo)學(xué)生掌握正確的思維規(guī)律，通過上機(jī)實踐檢驗自己的思維是否正確，經(jīng)過實踐認(rèn)識，從而使學(xué)生的思維活動日趨完善，動手實踐能力和探究能力也得到進(jìn)一步加強(qiáng)。

4.運(yùn)用算法設(shè)計加強(qiáng)學(xué)生解題方法的訓(xùn)練

在算法和程序設(shè)計教學(xué)中，許多問題可以用多種方法來解決，在學(xué)生用一種方法解決后，要求學(xué)生看看能否用其他方法來解決。

5.通過問題解決活動提升學(xué)生的創(chuàng)新思維能力

程序要達(dá)到什么效果，全靠程序設(shè)計者的設(shè)計。每編寫一個程序，學(xué)生都要自己構(gòu)思創(chuàng)造。而學(xué)習(xí)應(yīng)用軟件，學(xué)生唯一的任務(wù)就是了解軟件的功能，按照軟件設(shè)計者的思路學(xué)習(xí)?，F(xiàn)代社會需要的是具有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才，所以在課堂上就應(yīng)該鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，給學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新想象的空間。

開展問題解決活動，讓學(xué)生自己去尋找問題，自己去解決問題。在編程過程中，學(xué)生可以思考怎樣安排結(jié)構(gòu)、怎樣提高程序執(zhí)行的效率等，這些都是對人的思維能力的鍛煉，對學(xué)習(xí)其他學(xué)科也會有很大的幫助。

三、信息科技教師面臨的問題與解決的策略

1.如何進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的興趣

學(xué)生對編程感興趣，自然會認(rèn)真學(xué)習(xí)，當(dāng)然，有些初學(xué)者感到程序設(shè)計枯燥難學(xué)，其實，每個人在初學(xué)編程時可能都會有這樣一個階段，只要經(jīng)過一個過渡期，在繼續(xù)學(xué)習(xí)一段時間后，掌握了編程的方法和技巧，自己有了獨(dú)立編寫程序的能力，就會把編程當(dāng)成一件樂事了。

程序設(shè)計課對信息科技教師提出了很高的要求，許多信息科技教師因為學(xué)生的計算機(jī)基礎(chǔ)不同，覺得程序設(shè)計課程不好講，其實學(xué)習(xí)程序設(shè)計可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。一個程序可能有多種設(shè)計思想，基本的編程方法讓學(xué)生掌握后，對于一些學(xué)有余力的學(xué)生，可以盡可能找出最優(yōu)的解決方法，教師可以告訴學(xué)生一些基本的編程思路，讓學(xué)生自己去探索。對于學(xué)生在程序調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，要盡量讓學(xué)生自己找出錯誤的原因，同時要講究教學(xué)藝術(shù)，對學(xué)生的新思路、新方法給予表揚(yáng)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在程序設(shè)計方面有潛力的學(xué)生，也許將來就是我們國家計算機(jī)領(lǐng)域的棟梁。

2.如何進(jìn)一步提升學(xué)生的能力

培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計能力是新課改的目標(biāo)之一，也是對信息科技教師提出的挑戰(zhàn)，是對傳統(tǒng)教學(xué)和傳統(tǒng)教師的考驗。教師們只要在教學(xué)中努力學(xué)習(xí)，并在平常的教學(xué)實踐中加強(qiáng)“問題解決”教學(xué)方法的探索，讓學(xué)生在“提出問題并解決問題”的學(xué)習(xí)過程中提高自己的程序設(shè)計水平。