高中新課程《算法與程序設(shè)計(jì)》教學(xué)模式的探究

羅月

（廣西省百色市凌云縣中學(xué)，廣西 百色 533199）

一、高中信息技術(shù)教學(xué)中《算法與程序設(shè)計(jì)》教學(xué)模式探究的必要性

（一）信息技術(shù)課程在教育信息化發(fā)展中的作用日益重要

百年大計(jì)，教育為本。教育是一個(gè)國(guó)家長(zhǎng)久發(fā)展的基礎(chǔ)與動(dòng)力，教育水平的高低直接影響著一個(gè)國(guó)家人才的數(shù)量和質(zhì)量，教育的發(fā)展逐漸成為各個(gè)國(guó)家關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，新一輪的科技革命在全世界拉開序幕，互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代化的信息技術(shù)正在深刻地改變著人類的思維、生產(chǎn)、生活和學(xué)習(xí)方式，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，人才培養(yǎng)和爭(zhēng)奪成為全世界的焦點(diǎn)[fll0《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020 年)》的發(fā)展目標(biāo)之一是“信息技術(shù)與教育融合發(fā)展的水平顯著提高”，讓信息化對(duì)教育變革的促進(jìn)作用充分顯現(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)教育信息化整體上接近國(guó)際先進(jìn)水平的總目標(biāo)?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020 年)》明確指出信息技術(shù)在教育發(fā)展中的重要作用:“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”?？v觀全球，在信息化革命的浪潮下，各個(gè)國(guó)家都把教育信息化提升到國(guó)家戰(zhàn)略的層面，教育信息化己經(jīng)成為推動(dòng)教育現(xiàn)代化的重要?jiǎng)恿Γ畔⒓夹g(shù)課程的良好實(shí)施在教育發(fā)展中的作用不言而喻。

（二）《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》子模塊在信息技術(shù)課程中具有重要的地位

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017 年版)》將信息技術(shù)課程分為必修、選擇性必修、選修三類。必修課程是依據(jù)是學(xué)生升學(xué)、個(gè)性化發(fā)展需要設(shè)計(jì)的;選擇性必修為學(xué)生將來(lái)進(jìn)入高中繼續(xù)開展與信息技術(shù)相關(guān)方向的學(xué)習(xí)以及應(yīng)用信息技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新、創(chuàng)造提供條件;選修是為滿足學(xué)生的興趣愛好、學(xué)業(yè)發(fā)展、職業(yè)選擇而設(shè)計(jì)的自主選修課程，為學(xué)校開設(shè)信息技術(shù)校本課程預(yù)留空間?！八惴ㄅc程序?qū)崿F(xiàn)”是新課標(biāo)中模塊一的子模塊。

二、高中新課程《算法與程序設(shè)計(jì)》教學(xué)模式

（一）從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)入手

現(xiàn)有的“程序設(shè)計(jì)”課程教材大都只有一些簡(jiǎn)單的例題和習(xí)題，缺少對(duì)綜合問(wèn)題算法的分析和研究。筆者通過(guò)一些典型的案例教學(xué)，對(duì)學(xué)生特別感興趣而又具有一定難度和復(fù)雜性的綜合性問(wèn)題進(jìn)行研究型教學(xué)，提高學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力。

通過(guò)講授實(shí)際生活中的一些經(jīng)典的案例，如約瑟夫問(wèn)題、漢諾塔問(wèn)題、表達(dá)式的求值、燙手的山芋問(wèn)題、哈夫曼編碼、多岔路口交通信號(hào)燈問(wèn)題、七橋問(wèn)題、教學(xué)計(jì)劃的編制和網(wǎng)絡(luò)路由選擇協(xié)議等，在教學(xué)中引入順序表、單鏈表、雙鏈表、循環(huán)單鏈表和循環(huán)雙鏈表、堆棧、隊(duì)列、二叉樹和圖等經(jīng)典的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通過(guò)講授這些常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式、基本操作和應(yīng)用場(chǎng)景等提高課程教學(xué)的深度。

（二）從算法分析與設(shè)計(jì)入手

在“程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)完各種程序控制結(jié)構(gòu)(如順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu))、數(shù)組、函數(shù)和結(jié)構(gòu)體后，就需要加強(qiáng)算法分析和設(shè)計(jì)的教學(xué)強(qiáng)度，如從時(shí)間和空間這兩個(gè)維度強(qiáng)化算法的優(yōu)化和程序的優(yōu)化概念等。計(jì)算機(jī)常用的算法很多，筆者選取了如下5 個(gè)常用算法。

1.一般數(shù)據(jù)組織算法。主要講解和分析查找算法(順序查找、二分查找和分塊查找)、排序算法(直接插入排序、折半插入排序、希爾排序、簡(jiǎn)單交換排序、快速排序、直接選擇排序、堆排序、歸并排序)、字符串匹配算法(字符串匹配的典型算法和KMP 算法)等。

2.算法設(shè)計(jì)中函數(shù)遞歸調(diào)用和函數(shù)嵌套調(diào)用的應(yīng)用。主要采用一些典型的案例，如漢諾塔問(wèn)題，求n 個(gè)數(shù)的階乘n!，求x 的n 次方。函數(shù)調(diào)用中重點(diǎn)需要考慮函數(shù)的參數(shù)傳遞，函數(shù)的參數(shù)傳遞主要有3 種方法:如果傳遞的是基本數(shù)據(jù)類型參數(shù)，通常按值傳遞比較有效;如果傳遞的是非基本數(shù)據(jù)類型參數(shù)，并且在函數(shù)中要改變參數(shù)，可選用指針來(lái)傳遞;如果傳遞的是非基本數(shù)據(jù)類型參數(shù)，在函數(shù)中不需要改變參數(shù)，可采用對(duì)常量的引用來(lái)傳遞。

3.枚舉算法、遞推算法和迭代算法等。主要講解和分析整幣兌零等典型問(wèn)題。在整幣兌零等實(shí)際案例中，可以讓學(xué)生領(lǐng)略遞推設(shè)計(jì)相對(duì)于枚舉設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。應(yīng)用遞推設(shè)計(jì)求解，關(guān)鍵在于根據(jù)問(wèn)題進(jìn)行歸納與探索，尋求符合要求的遞推關(guān)系。

4.用回溯法求解“馬走日問(wèn)題”。回溯法是一種比枚舉“聰明”的搜索技術(shù)，在搜索過(guò)程中動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生問(wèn)題的解空間，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某節(jié)點(diǎn)肯定不包含問(wèn)題的解時(shí)，立即向其祖先節(jié)點(diǎn)回溯，縮減無(wú)效操作，可大大提高搜索效率。

5.動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法與貪心算法。主要講解和分析0-1 背包問(wèn)題。動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法與貪心算法都是求解最優(yōu)化問(wèn)題的常用算法，但它們之間是有區(qū)別的:動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法著眼全局，其結(jié)果總是最優(yōu)的，而貪心算法著眼于局部，有時(shí)并不能求得全局的最優(yōu)解。

（三）從程序設(shè)計(jì)方法入手

縱觀現(xiàn)有的“程序設(shè)計(jì)”課程教材，幾乎都沒有涉及“學(xué)生編寫程序的思路和過(guò)程是怎樣的了有沒有提高編寫程序代碼能力的方法,有沒有有效的學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)方法了”等問(wèn)題。這部分內(nèi)容其實(shí)非常重要，需要教師多思考，多與學(xué)生進(jìn)行交流和溝通，尋求一種適合自己和學(xué)生的教學(xué)方案。在研究型教學(xué)中，要求學(xué)生主動(dòng)地運(yùn)用在大腦中所構(gòu)建的知識(shí)圖譜，采用計(jì)算思維的方式來(lái)分析實(shí)際問(wèn)題、建立計(jì)算機(jī)模型、編寫和調(diào)試程序，在調(diào)試程序過(guò)程中不斷地完善程序，擬合實(shí)際問(wèn)題，提升程序設(shè)計(jì)能力。同時(shí)在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，增強(qiáng)學(xué)生的成就感，使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的程序設(shè)計(jì)興趣，這樣學(xué)生就可以不斷地獲取新知識(shí)，在大腦中構(gòu)建更全的知識(shí)圖譜，產(chǎn)生思想碰撞的火花，逐漸升華所形成的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高中《算法與程序設(shè)計(jì)》模塊的設(shè)置是時(shí)代發(fā)展的需要、人才培養(yǎng)的需要，對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力及其他方面能力的培養(yǎng)有極大的促進(jìn)作用，將是信息技術(shù)教學(xué)中的“點(diǎn)睛之筆”。