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》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，教育為本。教育是一個國家長久發(fā)展的基礎(chǔ)與動力，教育水平的高低直接影響著一個國家人才的數(shù)量和質(zhì)量，教育的發(fā)展逐漸成為各個國家關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著社會的進(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，國際競爭日益激烈，人才培養(yǎng)和爭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際先進(jìn)水平的總目標(biāo)。《國家中長期教育改革和發(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)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”。縱觀全球，在信息化革命的浪潮下，各個國家都把教育信息化提升到國家戰(zhàn)略的層面，教育信息化己經(jīng)成為推動教育現(xiàn)代化的重要動力，信息技術(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)、個性化發(fā)展需要設(shè)計的;選擇性必修為學(xué)生將來進(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》教學(xué)模式

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

現(xiàn)有的“程序設(shè)計”課程教材大都只有一些簡單的例題和習(xí)題，缺少對綜合問題算法的分析和研究。筆者通過一些典型的案例教學(xué)，對學(xué)生特別感興趣而又具有一定難度和復(fù)雜性的綜合性問題進(jìn)行研究型教學(xué)，提高學(xué)生的程序設(shè)計能力。

通過講授實(shí)際生活中的一些經(jīng)典的案例，如約瑟夫問題、漢諾塔問題、表達(dá)式的求值、燙手的山芋問題、哈夫曼編碼、多岔路口交通信號燈問題、七橋問題、教學(xué)計劃的編制和網(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)。通過講授這些常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方式、基本操作和應(yīng)用場景等提高課程教學(xué)的深度。

（二）從算法分析與設(shè)計入手

在“程序設(shè)計”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)計的教學(xué)強(qiáng)度，如從時間和空間這兩個維度強(qiáng)化算法的優(yōu)化和程序的優(yōu)化概念等。計算機(jī)常用的算法很多，筆者選取了如下5 個常用算法。

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，如漢諾塔問題，求n 個數(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)，可采用對常量的引用來傳遞。

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)計相對于枚舉設(shè)計的優(yōu)越性。應(yīng)用遞推設(shè)計求解，關(guān)鍵在于根據(jù)問題進(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“馬走日問題”?；厮莘ㄊ且环N比枚舉“聰明”的搜索技術(shù)，在搜索過程中動態(tài)地產(chǎn)生問題的解空間，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某節(jié)點(diǎn)肯定不包含問題的解時，立即向其祖先節(jié)點(diǎn)回溯，縮減無效操作，可大大提高搜索效率。

5.動態(tài)規(guī)劃方法與貪心算法。主要講解和分析0-1 背包問題。動態(tài)規(guī)劃方法與貪心算法都是求解最優(yōu)化問題的常用算法，但它們之間是有區(qū)別的:動態(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，有時并不能求得全局的最優(yōu)解。

（三）從程序設(shè)計方法入手

縱觀現(xiàn)有的“程序設(shè)計”課程教材，幾乎都沒有涉及“學(xué)生編寫程序的思路和過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)計方法了”等問題。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)生主動地運(yùn)用在大腦中所構(gòu)建的知識圖譜，采用計算思維的方式來分析實(shí)際問題、建立計算機(jī)模型、編寫和調(diào)試程序，在調(diào)試程序過程中不斷地完善程序，擬合實(shí)際問題，提升程序設(shè)計能力。同時在解決實(shí)際問題的過程中，增強(qiáng)學(xué)生的成就感，使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的程序設(shè)計興趣，這樣學(xué)生就可以不斷地獲取新知識，在大腦中構(gòu)建更全的知識圖譜，產(chǎn)生思想碰撞的火花，逐漸升華所形成的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

三、結(jié)語

綜上所述，高中《算法與程序設(shè)計》模塊的設(shè)置是時代發(fā)展的需要、人才培養(yǎng)的需要，對學(xué)生計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”。