如何学习生活算法之一

2014-06-11武健

中国信息技术教育 2014年11期

武健

这人不紧不慢，伸出手来说道：“神仙大人，我别的什么也不要，就只要您老刚才点石成金的那根手指头……”

——来自“点石成金”的寓言故事

在信息技术课中，占课程大部分的计算机操作教学只是课程的初级目标。工具的操作方法、步骤是有一定前后次序的。次序性的后面，就是点石成金的“手指”——针对操作的算法。对于教师来说，引导学生去发现属于自己的、技术工具的“金手指”才是课堂中更重要的事情。

学生要面对的不仅是使用现在的技术，面对现在的信息社会。他们还要面对未来，面对10～20年后的技术社会。这样，教学中长期不变的和有巨大变化的内容都值得教师特别关注。

● 范畴

中小学生学习信息科学与技术方面的知识，需要首先从工具操作入手。掌握工具操作和使用方法后，才能亲身了解、体会如何使用技术，技术是如何在生活中应用的。教学至少可以分成三个层级。

第一层级是工具操作的学习。像如何使用键盘、单击鼠标、启动程序……这些对熟练者几乎不用思考的简单操作，对于小学低年级学生的初学者来说，并不是想象的那么轻松。

第二层级是方法与步骤（使用技术）。这是在学会工具操作后，系统地使用工具完成一个任务的过程。其核心是由简单操作组成的有次序性的方法与步骤。比工具操作更复杂一些，工作过程中占用操作者的思维相对较多。学习者需要将简单操作来组编成“信息块”，按一定次序来完成任务。

工具操作和方法步骤层级经常是随着操作者的熟练程度而变化。熟练程度不够，一些简单的操作也会缓慢，需要思考后再去执行，熟练程度足够，则一些复杂的步骤也可归到简单操作之中。

第三层级是技术应用（或问题解决）层级。在这个级别中，着眼点不仅是工具，会更多地关注着问题解决本身。会考虑使用一种以上的技术，会更综合地把不同的技术组合起来去解决问题。例如，在真实的工作中，为了完成一篇论文，需要综合地利用图像处理软件和文字处理软件，有时还需要加上电子表格等软件来形成最终的报告。这时，需要学习者有效地应用信息技术。

教学中的每个层级背后都有各自的规律和相应的算法。一般情况下，新手是从不会开始，首先关注操作、学会操作工具。随着技术越来越熟练，会逐步开始关注到方法与步骤，开始强调过程优化。达到精通时，会关注到技术之外的相关因素。这个技术学习的过程，也包含自身的规律。

信息技术课中的生活算法，首先是在学习的过程中发挥作用的。

● 呈现

为了更好地让算法发挥作用，就需要尽量地把它表现出来。记录、呈现算法也是算法学习的一个重要组成部分。

算法是从感性材料中提炼出来的，需要用语言或符号记录下来。在解决相对简单或者已有类似经验的问题时，往往会直接根据头脑中形成的经验去完成。这时的方法主要是回忆。从分析到回忆、从回忆到产生方法的速度非常快。这种情况下，算法往往会处于一种隐性状态。越是熟练，产生算法时越不会占用特意的思维。相反，则需要停下来思维。针对方法与步骤的学习，算法需要显性化。把隐性的算法呈现出来，是为了把过程表达得更清晰。

在表达、分析、设计算法的过程中，可以使用图表、符号、文字等分成层级化、结构化、流程化三种不同的表现形式来呈现。

1.自然语言表达

这是最常见的呈现方式。一般人会经常使用自然语言来表达算法。经常说的：“我要先去图书馆一趟。然后坐车去菜市场，顺手带回点小菜。大约11点到家里开始做饭……”这其中既体现了生活中的步骤，也是生活中的算法。一般会体现在顺序性的句式里，如“先……后……”；还会体现在条件判断性的句式里“如果……那么……”。

自然语言表现的算法符合大众的思维特点与规律，是人们最常见、最常用的，但同时也有不易体现出结构、关系、次序的特点，经常需要对自然语言进一步分析，才能明确出来。

2.用图表、符号呈现关系

除了自然语言，还有可以用图表表达的“算法”。例如，对经典问题——“先有鸡还是先有蛋”进行关系分析时就可以使用图表、符号（如图1）。

这是从关系中体现算法的一种形式。蛋与蛋之间有着微小的差异，鸡与鸡之间也有着微小的差异。随着时间的变化、差异之间的积累，远古时代的“鸡”与“蛋”是否还是现在意义的“鸡”与“蛋”？

在这个例子中，利用了图的形式来表现鸡与蛋的细微变化。表现出的概念（不同的鸡、不同的蛋）和概念之间的关系，事物间的关系自然体现出来。明确了事物间的关系，自然就更容易理解方法与步骤。

步骤隐含于关系之中。像这样用图表明确出来的算法也会使我们的思路更清晰。

3.用图表、符号表现次序

在算法的设计、实施中，也可以用符号、图表直接表现出解决问题的次序性。利用这些图示化的方法与步骤，进行研究，会更容易找到贴近于生活、更合适的解决方法（如图2）。

对方法与步骤的图表化有利于进行算法设计、进行算法分析和算法优化。

4.常用符号体系

使用图表、符号来呈现生活算法时，可以借用计算机程序算法的一些表现形式，如利用流程图的一些规则和画法。

在画流程图时，还规定了流程线是从下往上或从右向左时，必须带箭头。除此以外，都可以不画箭头，在流程图中常用的符号如下页图3所示。

对于生活算法来说，保持简单、便捷，使用所有人易于理解的表现形式非常重要。

● 从细节到算法

算法是需要从感性认识上升到理性认识的。也就是说，实践是生活算法的重要来源之一，可以通过在实践中归纳与总结得到生活算法。

对于信息科学与技术的初学者来说，生活算法的学习过程是：首先具备工具操作的能力，然后对工具操作的方法与步骤进行分析、归纳，得出一般性的行动规则。再用这种规则来指导类似工作。在这个学习过程中，学习者需要：①初步掌握工具操作的各个基本要点；②明确工具操作等过程性的执行程序；③了解方法与步骤的适用范围、边界条件；④过程应用到实践中。

以小学一年级学生对鼠标操作的学习为例。小学生首先需要了解鼠标与屏幕指针的关系、鼠标的结构和握执方法、鼠标键按法等前提性知识。然后需要了解操作步骤：辨别图标—移动鼠标使屏幕上的指针跟随移动—到达目标—按下鼠标左键。之后，学习者还需要知道单击对哪些操作有效、哪些是无效的，当适用范围进一步清晰的时候，就可以将学习的成果应用到实践活动当中了。

从操作到方法步骤，再到规则、算法需要一定的学习时间与过程。需要教师一步步地引导。在这个过程中，教师的工作有：

◇提供或激活相关事实材料。对于初学者首先要帮助他们形成初步的实践。

◇引导学生注意正确对待学习的事物间的关系，尤其是操作方法与步骤的次序性关系。

◇尽量组织讨论，利用学生群体的力量，对上述关系进行归纳、概括，并用语言表述这一关系。