融入数学教学的计算思维培养

苏婷

摘要：AI时代，基于数学知识，应用编程原理所设计的“程序”无处不在。作为一线初中信息技术教师，如何在编程教育中融入数学学科的相关知识，并将信息技术技能与数学学科进行交叉结合是一个重要的课题。笔者认为从数学学科有趣且富有挑战性的问题出发，让学生在解决具有实际意义问题的过程中，掌握计算机编程的灵魂，提高信息意识和计算思维能力不失为良策。

关键词：计算思维;学科融合;算法

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）23-0237-03

1为什么要在计算思维培养的课堂上融入数学教学

随着现代信息技术的高速发展，人们越来越重视信息技术与数学教学的关系，信息技术与数学课程已经从“整合”走向“融合”。通过学科融合提升学生计算思维能力的研究也日益成为学科教研的热点，如关于计算思维内涵的研究、教学内容的研究、课堂教学实践案例的研究等。

2017版《普通高中信息技术课程标准》把计算思维列为核心素养之一，而算法是编程的灵魂，更是培养学生计算思维的主要途径，它已经成为计算机科学的核心，在科学技术和社会发展中起着越来越重要的作用。笔者认为算法存在于问题解决的方方面面，数学学科中的很多有趣且富有挑战性的问题都可以作为信息技术编程教学的案例。比如小学奥数中常见的倒水问题（提供容积为5升和3升的两个水杯（无刻度），和不限量的水，怎么取4升水？）就可以拿到信息技术课堂，这样一方面可以消除学生对倒水问题和算法存在的畏难情绪，另一方面还可以培养学生信息意识和计算思维，体现算法在解决问题过程中的重要性。下面，就以“倒水问题”项目为例，阐述初中信息课融合数学问题的教学设计，并提出三点培养学生计算思维能力的思考。

2融入数学教学的走进算法教学设计

下面结合STEAM课程理念，阐述如何从“倒水问题”触碰编程的灵魂——算法。

2.1教学设计流程图

2.2课例设计

课题名称：从倒水问题触碰编程的灵魂——走进算法

学科知识：

了解算法概念和基本特征。

能够分析、描述实际问题，能够用自然语言、流程图等描述算法。

能够提取问题的基本特征，进行抽象处理，并用形式化的方法表述问题。

理解顺序结构的基本特点。

问题解决：

通过情景导入、以任务驱动法为主线，学生通过小组合作、自主探究完成学习任务。

通过化难为易、分而治之的方法，将源自生活中的算法思想贯穿整节课，引起学生共鸣。

通过课中练习、课堂检测和课堂评价，及时检测并激励学生主动学习。

学科思维：

通过解决生活中的实际问题，培养学生的信息社会责任和信息意识。

掌握用自然语言、流程图等描述算法，可以进一步培养学生的计算思维。

教学重点：

理清“倒水问题”算法，加深对算法的理解，并能够用自然语言、流程图等表示描述算法。

（原因：算法的概念和特征是抽象化处理、算法思想的基础，同时，灵活使用自然语言、流程图等描述算法，可以进一步培养学生的信息意识和计算思维。）

教学难点：

能够提取问题的基本特征，进行抽象处理，并用形式化的方法表述问题。

（原因：比较抽象，不易被学生理解）

突破措施：通过关注问题的提出与解决，绘制直观形象的图形，搭建问题解决的支架，化难为易，层层递进，突破难点;创造机会鼓励学生自主学习、探究合作，突出重点。

教学步骤如下：

1）情境导入，引入课题。

教师活动：新冠肺炎来势汹汹，社区消毒刻不容缓，物资短缺给人们带来极大的不便。目前学校实验室里只有无水乙醇12升，容积为5升和3升的两个水杯（无刻度），和不限量的水，怎样配制出16升75%的消毒酒精（酒精：水=3：1）？

学生活动：利用化学学科知识，了解75%消毒酒精中酒精和水的比例是3：1，现有浓度为100%的酒精12升，得出解决问题的关键是：取出4升的水进行配制即可。

设计意图：用时事热点和学科知识结合的方法引入任务，引导学生综合运用所学知识解决实际问题，培养学生信息意识和信息社会责任感。

2）分析问题，搭建支架。

现有：5升和3升的A、B两个容器，不限量的水;

求解：4升水;

为了解决这一问题，可以从现有容器出发，引导学生如何得到以下容量的水：

①怎样得到5升、3升的水？

②怎样得到0升的水？

③怎样得到2升的水？

④怎样用A、B表示？

而现有A、B两种不同的容器，如果分别采取以上方法操作，目前共有6种方法。

学生活动：在老师的引导下小组讨论，得出以下结论，我们可以使用三种方法装水：

①把一个水杯装满水：A=5;B=3;

②把一個水杯倒空： A=0;B=0;

③从一个水杯倒进另一个水杯;

比如把5升的A容器装满水，倒入3升的B容器，这时A容器里就是2升的水，可以用A=A-B来表示。

设计意图：从已知条件出发，逐步分解问题，化难为易，层层递进，消除学生的畏难情绪。

3）分组讨论，设计算法。

教师活动1：布置任务，分组指导。

【任务一】以小组为单位，讨论算法（解决问题的方法和步骤），并分步骤写在课前下发的《课中练习》（下附）中的相应位置。