基于問題解決的計算思維培養(yǎng)實踐探究 論文

2022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評選基于問題解決的計算思維培養(yǎng)實踐探究摘要：《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017）年版》提出了計算思維作為四大學(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題》教學(xué)為例，來談一談如何培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。關(guān)鍵詞：問題計算思維教學(xué)實踐一、計算思維的內(nèi)涵產(chǎn)生的一系列思維活動i。從中我們可以看到計算思維是人的一種思維過程與方式，是題的解決中。二、計算思維能力在程序設(shè)計中的體現(xiàn)計算思維是未來世界認知、思考的常態(tài)思維方式，學(xué)生需要經(jīng)過系統(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)推動計算思維的形成。我們知道計算思維涵蓋了計算機科學(xué)的諸多思想方法，不可能在程序設(shè)計教學(xué)中把它全部體現(xiàn)出來。那么程序設(shè)計教學(xué)中應(yīng)該著重培養(yǎng)哪些能力，從而促進計算思維的培養(yǎng)呢？筆者認為程序通過信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生需要掌握問三、建立基于問題解決的計算思維培養(yǎng)教學(xué)模型筆者在建構(gòu)主義理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合問題驅(qū)動法和計算思維的特點，提出了基于問題解決培養(yǎng)計算思維的教學(xué)模型（如圖學(xué)生以問題為導(dǎo)向，通過自主學(xué)習(xí)、合作探究等活動過程來獲取知識與技能，培養(yǎng)計算12022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評選都會在相應(yīng)程度上鍛煉學(xué)生的計算思維能力。圖1 基于問題解決培養(yǎng)計算思維的教學(xué)模型程如下：義問題，從而使問題更容易解決，從而培養(yǎng)學(xué)生的問題分解能力。②在“分析問題”環(huán)節(jié)，可以引導(dǎo)學(xué)生通過遞推、化簡等方法，找到小問題中的共22022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評選同的屬性以及相似之處。并將其抽象成python可以識別處理的模型，從而培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力和建模能力。的知識編寫程序，上機調(diào)試驗證。從而培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計能力。改或提出新的解決問題的算法。養(yǎng)學(xué)生的遷移能力。決同類問題及相似問題的方法，并將此方法運用到更深層次的問題解決中。四、運用模型培養(yǎng)計算思維的教學(xué)實踐筆者以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題》為例來探究如何在編程計算教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。1.呈現(xiàn)問題好的問題，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。筆者選用了財富1000元，而王林第一天只需給爸爸121000林給爸爸的錢是前一天的2明的你，能算出王林與爸爸在這筆交易中誰是贏家嗎？題為三個小問題：（1）求一個月后王林的錢數(shù)；（2）求一個月后爸爸的錢數(shù)；（3）養(yǎng)學(xué)生的計算思維意識，培養(yǎng)學(xué)生的問題分解的能力。2.分析問題32022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評選找到合理、可行的模型。學(xué)生從每個月王林爸爸的錢數(shù)變化中歸納總結(jié)出錢數(shù)與天數(shù)的關(guān)系，將實際問題抽象1+2+4+8+…+229的和。那如何建立模型，將問題轉(zhuǎn)化成計算機可以處理的呢？在這時，第n天的錢（s2)和第n-1天的錢(s1)之間的關(guān)系：第2天爸爸的總錢數(shù)等于第1天的錢加上2的13天爸爸的總錢數(shù)等于第2天的總錢數(shù)加上2的24天爸爸的總錢數(shù)等于第3天的總錢數(shù)加上2的3的重復(fù)規(guī)律，即爸爸第n天的總錢數(shù)等于第(n-1)天的總錢數(shù)加上2的（n-1）次方。3.設(shè)計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，s1表示第n-1天爸爸的錢,day表示天數(shù),w表示王林一個月后的錢數(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時程序執(zhí)行；③運用計算思維的遞推思想得到，第n天王林給爸爸的錢是第n-1天的錢加上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,同時天數(shù)增加⑤輸出s2,w。該案例在③到⑤步采用了計算思維遞推的方法42022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評選n天的錢數(shù)等于n-1天的錢數(shù)加上2天數(shù)小于等于s1算，直至運算出s30。當(dāng)學(xué)生運行自己編寫的程序，看到爸爸一個月后的錢竟是王林的三百多倍時，學(xué)生編程成功的喜悅一下子就顯露出來了，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，對該類問題已經(jīng)能夠靈活運用所學(xué)知識進行求解，能夠解決類似等問題。引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)解決此類問題的規(guī)律：對于此類問題可以利用遞推算法，這用相同的運算規(guī)律，逐次重復(fù)運算，直至運算結(jié)束，這種有重復(fù)規(guī)律的問題用循環(huán)可以實現(xiàn)。此時在此基礎(chǔ)上繼續(xù)s1和s2的關(guān)系，及賦值語句的內(nèi)涵，并嘗試簡化算法，優(yōu)化程序。算法用流程圖（圖3）表示如下：s1和s2兩個變量用一個變量s來表示。對于同一問題設(shè)計出題的能力，鍛煉學(xué)生的算法評估能力。5.舉一反三，知識遷移在剛才學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)給學(xué)生呈現(xiàn)相似的問題。糖果獎6右邊同學(xué)的1/3減在剛才問題的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)思考探究。財富交換計52022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評選劃是從前往后推斷，而糖果獎勵計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個同學(xué)手上的數(shù)字，m表示每個同學(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，步長是-1；n個同學(xué)的數(shù)字是其左邊第n-1個同學(xué)的數(shù)字加1除2，即t=(t+1)*3