程序设计对中学生创新思维形成的作用

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【关键词】程序设计 中学生 创新思维 作用

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2013）11B-0081-02

信息技术学科对中学生创新思维的发展有着重要的促进作用。《中小学信息技术课程指导纲要》指出：要了解程序设计的基本思想，培养逻辑思维能力。中国计算机学会自1995年开始组织全国信息学奥林匹克联赛（NOIP），主要考查学生的程序设计能力，其目的之一就是为学校信息技术课程教育提供动力和新思路，培养有创新精神和能力的学生。

一、程序设计符合中学生创新思维的形成规律

程序设计的一般过程是：问题分析―模型抽象―算法设计―代码编写―调试修正。在这个过程中，学生的逻辑、抽象、联想、发散、收敛等思维方式被充分调动，刺激其大脑处于兴奋的“创造”模式，使创新思维和灵感得以激发。

著名教育心理学家林崇德教授在对中学生运算能力发展的研究中发现：抽象逻辑思维的发展存在着关键期和成熟期，从初二年级开始，学生的抽象逻辑思维即由经验型水平向理论型水平转化，也就是逻辑抽象思维开始起步，到高中二年级，这种转化初步完成，意味着他们的思维趋向成熟。因成熟前思维发展变化的可塑性大，成熟后则可塑性小，故而初中二年级（约13-14岁）是中学阶段运算思维的质变、关键期，高一、二年级（约15-17岁）是逻辑思维发展的成熟期。

基于以上的观点，在初二至高二年级开设程序设计课程，符合人的认知发展规律，能极大促进中学生创新思维的发展。在对中学生的成长状况进行跟踪调研时发现：初、高中学习过程序设计的学生，其思维敏锐、逻辑性强、灵感丰富，创新思维品质明显优于没有学习过程序设计的学生。

案例：小D高一（1996年）学习程序设计，大学时成绩非常优秀，工作后曾按上级要求对导弹发射控制系统进行了多次优化，目前，他正带领科研小组为我国航母“辽宁舰”的导弹控制系统奉献智慧。更多案例显示，在初高中学习程序设计并参加过NOIP竞赛的学生，在大学期间表现会很突出：有的学生参加ACM大赛获奖、有的学生参加国际数学建模大赛获奖、有的学生参加科技创新大赛获奖，走上工作岗位后，其创新思维品质也是助推他们成为杰出人才的不竭动力。

二、程序设计能促进中学生创新思维多维度发展

程序的正确性、健壮性、可靠性等特征要求，使得程序设计课程成为促进中学生创新思维发展的最佳选择。

（一）程序设计能促进中学生逻辑思维的发展

在程序设计的过程中，学生要对问题进行严谨的分析，把问题抽象成相应的模型，提出合理的判断和推理，把解决问题的思路细化为算法流程，继而写出程序代码。编程者必须明晰概念条件、分析正确细微、推断合理可行，才能保证程序设计的正确。在这个过程中，学生的逻辑思维也能得到强化训练。而逻辑思维的过程与创新思维的过程密切相关，中学生学习程序设计能促进其逻辑思维的发展，从而为创新思维打下坚实的基础。

（二）程序设计能促进中学生发散思维的发展

发散思维又称求异思维或多向思维，它是对一个问题尝试从多个方向多种思路寻求答案的思维方式。创新思维往往是按照“发散收敛再发散再收敛”的规律进行的。程序的健壮性、可靠性特征，会让学生在追求逻辑严谨时又不得不进行发散思维，学生必须在原有知识结构上尝试多种思路才能正确解题。例如，在让学生编程求“数塔”路径上的最值时，初学者会从上往下采用深度搜索求解，可是当给出的“数塔”层数过多时，他们会发现这一方法因为递归层数过深而无法正确求解，从而迫使学生主动启用求异思维，设计出记忆化搜索算法，这种为保证程序正确而变通思路、为保证程序效率而求新求异的情况，在程序设计中是一种常态。爱因斯坦曾说过：思维的发散与组合，似乎就是创新的本质。中学生学习程序设计，可以促进其发散思维的发展，从而形成初级的创新思维。

（三）程序设计能促进中学生灵感思维的发展

灵感思维是人们在长期的探索和积累中形成的一种带有突发性的思维形式，又被人们称为“顿悟”。程序设计是从学习基本语句和基本数据结构开始的，对于初学者来说，每个程序都是从无到有的创新，每个问题都有一个“思维阈值”，只有突破了这个“思维阈值”，顿悟了，才能写出正确的程序。譬如，回形矩阵要想到把“圈”作为循环控制变量、无冲突子集划分要想到构造循环队列、优化搜索算法要想出巧妙的剪枝方法、动态规划算法要想出合理的状态转移方程等等。学生在进行程序设计时，几乎每个问题都会引发一次灵感思维，特别是在解决一些复杂问题时，学生经过长时间的苦思冥想终于顿悟的时候，那种内心的喜悦伴随着灵感思维的发展，将对学生创新思维品质的形成起到不可估量的作用。

鉴于国内的教育状况，许多教师都认为在中学开展程序设计教学困难重重：中学生学习任务重，高中生又面临高考压力，而程序设计课程要求学生投入较多精力，也许会对学生的课业成绩产生不利影响，于是许多中学放弃了开展程序设计课程，着实令人遗憾。那么中学该如何开展程序设计教学呢？首先，普通高中要引导学生选修《算法与程序设计》。在普通高中信息技术课程标准中指定了五个选修模块，但一些学校因为《算法与程序设计》稍有难度而不愿意引导学生选修该课程。其次，教师要引导学生积极参加由中国计算机学会（CCF）组织的全国信息学奥林匹克联赛（NOIP）。信息技术教师要善于利用兴趣小组、社团等组织学生参加NOIP活动，利用活动时间开展程序设计辅导，精心设计辅导过程，使学生化好奇为兴趣，让学生在参赛过程中体验成功的愉悦，引导学生走上程序设计的创新之路。

中学生是思维最活跃的一个群体，他们对未知领域有着天生的兴趣，对科学探究富有激情。通过学习程序设计，可以使学生学会自主学习、质疑反思、合作探究的方法，培养百折不挠的意志品质，从而促进其创新思维品质的形成。

（责编 易惠娟）