计算思维训练对Python编程教学的影响

计算思维训练对Python编程教学的影响

孙杰

佳木斯市第十一中学

摘要：信息技术学科计算思维是学生必须具备的素养之一，Python编程的训练可以提高学生的计算思维，那么如果刻意加强针对计算思维的相关训练，能不能反过来提升学生的编程能力呢？

关键词：计算思维；思维训练；编程教学

一、问题的提出

2017年颁布的《普通高中信息技术课程标准》明确指出，高中阶段信息技术学科的核心素养包括：信息意识、计算思维、数字化学习和信息社会责任。[10]在信息技术学科实施教学过程中，如何把学科的核心素养落在实处，是摆在信息技术教师面前的一道难题。尤其是作为三大科学思维之一的计算思维，如何进行计算思维的强化培养？强化培养后的计算思维反过来是否对编程教学具有促进作用？都是我们作为中小学一线教师关注的问题。

此问题的研究有助于核心素养的具体落实，并能为一线教师教学方法提供理论依据。[8]当前的主流观点认为计算思维和编程教学相辅相成。[9]计算机编程被认为是实施计算思维教育最有效的培养活动之一。编程能力提高，计算思维能力也就提高了。

然而在实际编程教学中，很多老师都发现学生在程序编写过程中，缺乏创新，对程序语句的运行先后顺序，缺乏逻辑判断。学生计算思维能力的水平也制约着编程能力的提高。[7]有没有办法可以打破这种闭合循环的相互制约呢？我们将计算思维分解：它包括了计算思维，逻辑思维、统筹思维、抽象思维等。[7]运用逻辑思维训练，流程图绘制训练，统筹思维题训练与编程实例等不同的方式分别针对不同的数据测试对象予以训练性提高。那么如果刻意加强针对计算思维的相关训练，能不能反过来提高学生的编程能力呢？

二、计算思维与python编程教学的概述

（一）计算思维

计算思维在20世纪就已经被专家学者提出，在当时被称为“算法思维”。[1]2006年，美国著名大学“卡内基·梅隆大学”[1]的计算机科学家周以真（华裔）教授，发表了一篇题为《计算思维》的文章，文章中提出了：计算思维就是——运用计算机科学的基本理论概念，进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列递归思维活动。[1]2008年，周以真教授又进一步提出计算思维是一种多层抽象的分析思维，是一个灵活思考辩证逻辑的过程，是富有想象力能解决问题的能力，是多种思维的综合运用。计算思维是人类大脑的一种思维方式，编程则是人类输入计算机的一种语言运算方式，计算思维需要编程去落实具体的语言与运算方式。简单来说计算思维就是在面对问题时进行深入的思考，通过研究找出问题的交互关系，并建立永久性解决方案的一个过程。[2]

（二）Python编程教学

Python编程是一种非常贴近自然语言的编程语言，是当今最流行的编程语言之一，它能提供非常高效的高级数据结构，还能简单而有效地面向对象进行编程。是一门非常适合高中生学习的入门级语言，是高中信息技术教学的重要技术内容之一，通过编程语言的学习与训练，有助于提高学生的信息技术的核心素养。

三、计算思维的四个维度与训练

（一）计算思维

计算技术的基础性思维，例如计算机的核心是由0和1组成的二进制数构成的代码，0和1就是实现任何计算的基础，同样计算思维也是构成任何计算的基础，它是一种高级思维，属于高级认知能力，是一种认知创新过程。

如何提高计算思维能力呢？在日常教学中无形地渗透计算思维思想，进行编程实际问题的情境模拟训练，有利于提高学生的积极性，有利于提高内容的吸引度，有利于促进学生积极进行思考和提高学生计算思维能力。

（二）逻辑思维

逻辑思维能力是指——能正确地、合理地思考的一种思维能力。即采用科学的论述方法，准确而有条理地表达自己思维过程的能力。

逻辑思维能力，经过后天的训练可以逐步提高，逻辑思维提高的前提是主动思考和准确而有条理地表达。给学生在课堂上通过情境设定创造一个这样的学习环境，有利于学生逻辑思维能力的提高。

（三）统筹思维

古人云：“善弈者，谋势；不善弈者，谋子。善谋势者，一子先着，全盘可以弥补；而谋子者，却常常顾此失彼，一着不慎，全盘皆输。”[3]什么是统筹思维？统筹思维就是说：做事情要有全局意识，能分清事情的轻重缓急和先后顺序的能力。统筹其实就是通盘筹划的意思。统筹能力是指洞察事物、次序谋划、整体部署、衔接沟通、整合协调和创造性。[4]

统筹能力在生活中应用较多，有一个统筹方法解决生活实际问题的例子：有三张饼，每张饼的一面烤熟需要1分钟，那么烤熟一张饼所需的时间为两分钟。现在有两个炉子，同时烤饼。[5]请问最快需要几分钟，能把三张饼烤熟？[5]按照顺序的依次烤的方法需要4分钟，而恰当的统筹方法就可以把这个时间缩减到3分钟。第1分钟烤1号饼的A面和2号饼的A面，第2分钟烤1号饼的B面和3号饼的A面，第3分钟烤2号饼的B面和3号饼的A面。给学生每节课增加一点统筹性思维训练题，有助于提高学生的统筹思维能力。

（四）

抽象思维

抽象思维是指人们在认识活动中，运用概念、判断、推理等多种思维形式，对客观现实进行间接的、概括的反映的一个过程。[6]科学的抽象思维要能反映出自然界或者社会物质过程的本质思想，是在社会实践的基础上形成的，经研究游戏是培养抽象思维能力的有效途径之一，其中包括：数字类游戏、下棋、走迷宫、搭积木、玩魔方、给故事设计出合乎逻辑的不同结尾，绘制地图等等。那么在编程课程中，加入算法流程图的绘制训练，是否能提高学生们的抽象思维能力呢？

四、结语计算思维训练对Python编程教学的影响

我们都知道Python编程的训练可以提高学生的计算思维，那么如果刻意加强针对计算思维的相关训练，能不能反过来提升学生的编程能力呢？一年前，新入学的学生我们就曾经给他们设计过调查问卷，将学生的原始能力数据收集起来。经过了一年的训练学习，我们再次给他们发放了同一套调查问卷，我们明显能感受到，学生的计算思维能力有了明显的提高，相对比另外一组没有经过计算思维训练的学生而言，这些学生对Python编程语言的学习能更快上手，对于用算法与编程解决问题的逻辑推理能力也更强，实践应用过程中也更得心应手。由此可见，不仅仅是Python编程的训练可以提高学生的计算思维能力，计算思维训练的强化也可以反过来影响Python编程能力。那么在教学设计中，我们信息技术学科的课程在设计时，就要更多元化，让各种能力的训练互相促进，不能仅仅单一地针对Python编程进行训练和学习。

参考文献

[1]李少芳.基于Scratch编程教学的小学生计算思维培养实践研究[J].考试周刊,2021(12):3-4.

[2]阳卫文.国家信息技术应用创新背景下的信息技术教材建设研究[J].科教文汇(中旬刊),2021(09):114-116.DOI:10.16871/j.cnki.kjwhb.2021.09.035.

[3]张厚军.论邓小平对传统哲学思想精华的汲取与创新[J].中国矿业大学学报(社会科学版),2005(02):5-9.

[4]陈永国.统筹城乡发展的内涵、层次及思路[J].商业研究,2008(04):121-123.DOI:10.13902/j.cnki.syyj.2008.04.010.

[5]黄鲲. LAMOST观测控制与数据获取系统的研究[D].中国科学技术大学,2007.

[6]赵倩. 从“美国大选”报道看人民网和美国之音中文版新闻报道的话语结构[D].西南交通大学,2009.

[7]赵晨希. 基于Mind+的小学生计算思维培养的教学设计实践研究[D].河北师范大学,2021.DOI:10.27110/d.cnki.ghsfu.2021.000257.

[8]高玉荣. 基于语文核心素养的小学习作教学设计[D].山东师范大学,2019.

[9]杨金玉. 小学高年级段编程思维培养研究[D].广西师范大学,2021.DOI:10.27036/d.cnki.ggxsu.2021.000990.

[10]陈明选,张宁.基于高中信息技术学科核心素养的学习活动设计[J].中国电化教育,2019(01):87-93.