伍成伟
四川省泸县二中城西学校 四川 泸州 646100
摘要：思维是人类所具有的高级认识活动，思维是人对外界输入信息与脑内储存知识经验进行一系列复杂的心智操作过程。计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的，它涵盖了计算机科学的一系列思维活动。本文主要阐述培养中学生计算思维的重要性，以及如何通过计算机编程教学来培养学生的计算思维。通过几个简单的案例进行剖析，分析教学过程中的注意事项，总结出在计算机编程教学中培养学生计算思维的策略和方法。
关键字：编程；教学方法；计算思维；中小学生
一、什么是计算思维
计算思维是美国卡内基大学周以真教授于2006年3月首次提出的一种理论，是当前国际信息技术教育领域广为关注的一个重要内容，目前国内的高校、中小学信息技术教育领域也正在研究与关注计算思维。
计算思维是一种解决问题的思考方式，而不是具体的学科知识，这种思考方式要运用计算机科学的基本理念，而且用途挺广的。计算思维研究的对象是计算，是概念化的东西，不是计算机编程，是一种人类的想法或者说是算法，不是人造产品。
二、计算思维与中小学编程教学
中小学普通信息技术教学是为了提升学生的信息素养，掌握信息技术相关的知识和技能。而编程教育主要是为了提升孩子们的计算思维、逻辑思维等各方面思维能力。在中小学编程教学过程中如何有效培养学生的计算思维，是上课老师需要十分关注的内容。
在进行中小学编程教学的教学目标和教学过程的设计时，教师可以结合该课教学内容针对计算思维中的某一种思维的培养，设计好某个教学环节。在某些综合性强的教学当中，可以同时考虑计算思维中的多个思维能力的培养，在课程设计时也要对过程设计恰当、合理。
（一）计算思维之优化思想的课程设计
主要体现在一些较为简单的课程中，在此举一个条件判断相关的教学片段，培养孩子们学会简单的优化思想。例如：判断用户输入的数的性质，是整数就输出“zero”，是负数就输出“negative”，如果是整数就输出“positive”。该题目的编程有多种不同的方法来完成。
1.由多个单分支条件判断完成
多数学生在第一次会想到用3个单分支条件判断来解决，每个分支单独判断。
2.由条件的嵌套完成
少数学生会考虑到用条件的嵌套，如果满足“>0”就输出“positive”，如果不满足，则用else {if}进行再次判断是否满足“<0”，如果满足输出“negative”，否则就直接输出“zero”，且不再进行判断。
根据多个单分支条件判断来写程序，孩子们非常容易理解，所以有更多的孩子采用这个方法，但是这个也有一个比较大的缺点：无论我们输入的是多少，都会对三个条件分别判断一次；按照条件的嵌套方式来完成，这样的判断设置要更为复杂一些，但程序最多执行2次判断就能输出相应答案，最好的情况只需要执行一次即可。我们比较两种不同的方法，结合现实情况来选择适合最好的算法。这个判断在只执行一次的情况，计算机在执行的时候在时间和空间上面都基本没有任何区别，如果这个条件判断要执行上万次、乃至十万次的时候，就会非常明显，所以此处我们要引导孩子养成的优化算法的习惯，也是要在生活中养成良好的生活优化习惯。
（二）计算思维之抽象思维培养的课程设计
在计算机编程学习和算法学习中，我们都要讲解到很多与生活相关的题目。我们首先要做的是在文字层面理解题目的含义，然后再抽象出里面的数学逻辑关系，再用代码的方式将实现过 程展示出来，接着去对程序调试和修正，通过反复的调试得到符合要求的程序。所以在编程教学中提升孩子们的抽象思维是非常重要的，例如：在递归的学习中，以走楼梯为例。
楼梯有n级台阶，小孩在走上楼的时候可以一步上1级，也可以一步上2级，计算有多少种不同的走法。
1.通过数据的方式找出规律
走到第1级，只能通过一次性走一步来完成。所以方法数为1；
走到第2级，一步一级或者一次性走两级。所以方法数为2；
走到第3级，每次走一级、先走一级再走两级、先走两级再走一级。所以方法数为3；
走到第4级，方法数为5；
走到第5级，方法数为8；
不难发现规律，后面的方法数等于前面两项相加，即：a[n]=a[n-1]+a[n-2]。
2.通过思维抽象找出规律
这个孩子每次可以走一级，也可以走两级。那么也说明当前的这一级可以从前面的第一级走上来，也可以从前面的第二级走上来，也就是当前这一级的方法数等于前面两级的方法数相加。即：a[n]=a[n-1]+a[n-2]。
通过两个不同的思维方法也可以得到同样的规律和递推式。第一种方法是通过实际的演算得到的，第二种方法是通过逆向推理抽象出这个数学关系而得到的。第一种方法的演算过程容易出现错误，如果计算错误就无法发现规律，并且通过演算得到的规律不是特别的严谨，第二种方法要显得更加严谨，更具有说服力。所以抽象的思维方式对解决实际问题是非常重要的。
当用计算机对问题进行求解时，首先要对问题进行分析，明确问题的要求，然后要抽象成适合在计算机表示的数据结构和形式化的数学模型，同时要忽略一些复杂的细节，因此抽象在用计算机解决问题过程中十分重要的。
（三）计算思维之分治思维培养的课程设计
当我们求解某些问题时，由于这些问题要处理的数据相当多，或求解过程相当复杂，使得直接求解法在时间上相当长，或者根本无法直接求出。对于这类问题，我们往往先把它分解成几个子问题，找到求出这几个子问题的解法后，再找到合适的方法，把它们组合成求整个问题的解法。如果这些子问题还较大，难以解决，可以再把它们分成几个更小的子问题，以此类推，直至可以直接求出解为止，这就是分治策略的基本思想。分治思想在日常生活中也非常常用，一个项目工作的分解、工作事务的安排等，全都需要进行分治，让学生提前有此方面的意识和思想，有助于提升孩子们与世界对话的能力。
三、结束语
计算思维是运用计算机科学的基本理念，进行问题求解、系统设计以及理解人类行为的思维。计算思维也是一种基础技能，不是死记硬背的技能，同时也是数学思维、工程思维的补充和结合。计算思维是一种概念化的思考方式，而编程则是一种行为。因此，面向学科思维的信息技术教学要避免重复记忆和机械应用，通过各种计算思维培养策略来开展编程课，提升和培养学生的计算思维。