（教育技术学专业论文）算法与程序设计在中学的教学设计与实践.pdf

摘要 算法与程序设计是信息技术的核心，也是我国中学计算机教育起步之时的 主要教学内容。随着我国中学计算机教育的逐步发展，逐渐出现了对算法与程 序设计是否有必要在中学进行教学的争议。争议的实质是对算法与程序设计在 中学教学价值的争议。针对这一争议，本文主要进行了算法与程序设计在中学 ( 初中、高中) 的教学设计并分别在初高中开展了教学实践，探讨算法与程序 设计在中学的教学价值。本论文主要完成了以下几个方面的工作： 第一，对算法与程序设计在我国中学教学的历史流变进行了回溯。以新课 程改革为界限，将算法与程序设计在中学的教学分成新课改前和新课改后两个 阶段进行回溯，对其历史流变中的价值取向进行了分析。 第二，对算法与程序设计进行了从初中到高中的教学设计。分析了初中算 法与程序设计教学的可行性；调查了高中数学课程中的“算法初步”必修模块 与信息技术课程中的“算法与程序设计”选修模块的教学现状。在这基础上， 笔将算法与程序设计在中学的教学设计分为初中和高中两个阶段。即初中以课 外兴趣课程为形式的触摸计算机的灵魂的教学设计、高中基于数学课程与 信息技术课程整合的算法初步与s c i l a b 的应用的教学模块设计。 第三，在教学设计的基础上分别在上海市工商外国语学院附属中学( 初中) 和上海师范大学附属中学( 高中) 进行了教学实践，对教学实践进行了评价， 探讨了算法与程序设计在中学的教学价值。 最后，对论文研究中的不足进行了反思，对进一步的研究进行了展望。 关键字：算法与程序设计、算法初步、s c i l a b a b s t r a c t _ a i g o r t h ma n dp r d g r a m m l n 9 0a st h ec o r eo ft h ei n f o r m a t l o nt e c h n o i o g w a so n eo ft h em a j o rt e a c h i n gt a s k si nt h eb e g i n n i n g s t a g eo fc o m p u t e r e d u c a t i o ni nm i d d i es c h o o ii nc h i n a w i t ht h eg r a d u a i d e v e i o p m e n to f c o m p u t e re d u c a t i o ni nm i d d i es c h o o ia n dt h ei n c e s s a n tp r o g r e s so fc o m p u t e r s c i e n c e ，t h e r ea p p e a r st h ea r g u m e n t0 v e rt h en e c e s s i t y0 ft e a c h i n ga l g or t h m a n dp r o g r a m m i n gi nm i d d i es c h 0 0 1 f o c u s i n go nt h i sa r g u m e n t ，t h i st h e s i s p r d b e si n t ot h er e s e a r c hi nt h ea p p c a t i o no fa i g o r t h ma n dp r o g r a m m i n gi n m i d d i es c h 0 0 lt e a c h i n g ，a n dc o n c i u d e st h ev a i u e s i nd e t a i l ，t h er e s e a r c hh a s a c c o m p | s h e dt h ef o o w i n gt a s k s ： f i r s t i y ，ad i a c h r o n i cd e v e l o p m e n to ft e a c h i n g a i g or - t h ma n dp r o g r a m m i n g i nm i d d i es c h o o ii ss u n ，e y e d t h i st h e s i s ，w i t ht h eb o u n d a r yo fc u r r c u i u m r e f o r m ，d j v l d e si t sh i s t o r yo ft e a c h i n gi n t ot w os t a g e s ，a n a i y z i n gt h ev a i u e so f t h et e a c h i n go fa i g or t h ma n dp r o g r a m m i n g s e c 0 n d i y ，t h et h e s i si n v e s t i g a t e st h es e i e c t i v ec o u r s eo fa l g or t h ma n d p r o g r a m m i n gi nt h ei n f o r m a t 0 nt e c h n 0 1 0 9 yc o u r s ei nh i g hs c h o o ia f t e rt h e c u r r c u i u mr e f o r ma n dt h es t a t u s q u o 0 ft h e t e a c h i n g o fa i g or t h m p r e i i m i n ar e si nh l g hs c h o o im a t h e m a t i c sc o u r s e si na d d j t i o nt oa na n a l y s i s0 f t h ef e a s i b | i t ya n dn e c e s s i t yo ft e a c h i n ga i g or t h ma n dp r o g f i a m m i n gi nj u n i o r m i d d l es c h o o i b a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o na n dr e s e a r c h ，t h i st h e s i st h e nd i v i d e st h e t e a c h i n go fa i g or t h ma n dp r o g r a m m i n gi nm i d d i es c h o o ii n t oj u n i o ra n d s e n i o r s t a g e s t h ej u n i o rs t a g ed e a i sw i t ht h et e a c h i n g d e s i g no f e ) ( t r a 。c u r r i c u i u mc i a s s e so f7 勿肋z 7 妇5 初t 1 9 i 厂i 二扫，阳f ，厶鲁cw h et h es e n i o r c q 心c e 葺曝x 毛忒i 蕊q n1 电、e b e ；码n 感a | g o n t h mp r e | l m i n a n e sa n da p p | i c a t j o no f 5 乏泐o nt h eb a s i s0 fm a t h e m a t i c sa n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yc o u r s e s t h i r d i y ；t h ea p p i - c a t l o na n dp r a c t j c eo ft h ed e s i g ni sc a r r e do ni nt h e 】u n i o ri 、1 i d d i es c h o o ia 仟i l i a t e dt os h a n g h a jc o m m e r c i a la n di n d u s t r a if o r e i g n l a n g u a g e sc o i i e g ea n dt h eh - g hs c h o o i a 仟i i a t e dt o s h a n g h a in o r m a i i i u n i v e r s i t y ：i na d d i t i o n ，t h ep 阳c t i c ei se v a i u a t e da n dt h ev a l u e so ft e a c h i n g a i g o r t h ma n dp r o g r a m m i n gi nm i d d i es c h o o ia r ee p i o r e d ； l a s t i y ，d i r e c t i o n sf o rf u t u r er e s e a r c h e sa r ef r a m e db a s e do nt h er e f l e c t i o n o ft h et h e s i s k e yw o r d s ：a 1 9 0r t h ma n dp r o g r a m m i n g ，a l g o r t h mp r e i i m i n ar e s ，s c i a b i l i 6 1论文研究成果8 2 6 2 论文不足与反思。8 3 6 3研究展望8 3 致谢8 5 参考文献8 6 附录1初中学生算法与程序设计相关调查问卷8 9 附录2高中数学教师座谈提纲9 2 附录3高中信息技术教师访谈提纲9 3 攻读学位期间取得的研究成果9 4 图表目录 图1 1 整体研究框架4 图1 2 理论研究框架内容4 图1 3 行动研究框架内容4 图2 1 流程图的各个符号表示含义7 图3 1算法与程序设计在中学课程设置的变化轨迹。1 1 图3 2 “算法与程序设计模块的内容2 0 图4 1学生课外利用信息技术的情况。3 2 图4 2 学生对信息技术是否感兴趣调查统计3 2 图4 3学生对信息技术课程内容难易程度评价3 3 图4 4 学生对信息技术的兴趣程度3 4 图4 5 学生对信息技术是科学的认同度3 4 图4 6 学生排序试题测试回答正确率统计( 1 ) 3 6 图4 7 学生排序试题测试回答正确率统计( 1 ) 3 7 图4 8 学生排序试题测试回答正确率统计( 2 ) 3 7 图4 9“算法初步 与“用程序解决实际问题”模块教学内容比较4 0 图4 1 0 与数学教师访谈的四个方面。4 1 图4 1 1与高中信息技术教师访谈的三个方面4 2 图4 1 2 整体教学设计框架4 3 v v i 图4 1 3 图4 1 4 图4 1 5 图4 1 6 图4 1 7 图4 1 8 图4 1 9 图4 2 0 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 图5 9 图5 1 0 图5 1 1 图5 1 2 图5 1 3 图5 1 4 图5 1 5 图5 1 6 图5 1 7 图5 1 8 图5 1 9 图5 2 0 图5 2 1 算法初步与s c i l a b 应用模块教学设计4 9 s c i l a bc o i i l 】 1 1 a n d 窗口5 2 s c i l a b 循环语句具体结果显示5 2 s c i l a b 的h e l p 窗口简介5 4 s c i l a b 函数作图程序5 5 s c i l a b 函数作图。5 5 s c i l a b 随机模拟投点程序5 6 s c i l a b 随机模拟投点结果图5 6 笔者课件截图5 8 笔者课件截图5 8 笔者课件截图5 9 笔者课件截图6 0 学生对该课程兴趣的统计6 1 学生对信息技术是科学的认同度的再调查6 2 笔者课件截图6 5 笔者课件截图6 5 笔者课件截图6 5 笔者课件截图6 6 笔者课件截图6 6 笔者课件截图6 7 笔者课件截图6 8 笔者课件截图6 8 笔者课件截图6 8 笔者课件截图6 9 笔者课件截图6 9 笔者课件截图6 9 笔者课件截图7 0 “变量与赋值 练习7 2 “程序框图 练习( 1 ) 7 2 图5 2 2 图5 2 3 图5 2 4 图5 2 5 图5 2 6 图5 2 7 图5 2 8 图5 2 9 图5 3 0 图5 3 1 图5 3 2 图5 3 3 图5 3 4 图5 3 5 “程序框图”练习( 2 ) 7 3 “程序框图”练习( 3 ) 7 3 “程序框图”练习( 4 ) 7 4 “程序框图”练习( 5 ) 7 4 “程序框图 练习( 6 ) 一7 4 s c i l a b 正弦函数作图程序1 7 7 s c i l a b 正弦函数图像1 7 7 s c i l a b 正弦函数作图程序2 一7 7 s c i l a b 正弦函数图像2 7 8 模拟扔硬币1 0 0 次的程序框图7 8 模拟1 0 0 次的程序7 9 模拟1 0 0 次正面朝上的概率统计7 9 模拟1 0 0 0 0 次正面朝上概率统计8 0 模拟1 0 0 0 0 0 次正面朝上概率统计8 0 表格4 1 英国剑桥高中信息技术课程算法与程序设计具体内容2 8 表格4 2日本数学课程中的算法与程序设计具体内容2 9 表格4 3学生对信息技术的用处回答统计一3 5 表格4 4 上海市数学高二数学课本“算法初步内容3 9 表格4 5 上海市高中信息科技课程“用程序解决问题 模块内容3 9 表格4 6 初中触摸计算机的灵魂课程教学目标设计4 6 表格4 7“介绍篇”内容与要求4 7 表格4 8 “学习篇”教学内容与要求4 8 表格4 9 “畅谈篇”教学内容与要求4 8 表格4 1 0 算法初步与s c i l a b 介绍课堂教学内容与要求5 0 表格4 1 1 算法初步与s c i l a b 介绍上机阶段教学内容与要求5 3 表格4 1 2 s c i l a b 在高中数学中的应用教学内容与要求5 6 表格5 1学生课堂练习正确情况统计( 1 ) 7 1 v i i v i i i 表格5 2 表格5 3 表格5 4 记 乃 弭 一 一 一 一 一 ) ) ) 2 3 4ll计计计统统统 况 况 况 隋隋隋确确确 正 正 正 习习 习 练练练 堂堂堂课课课生生生学学学 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中 除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的 研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声 明并表示了谢意。 作者签名：节粥争日期：。子，r ，冯 论文使用授权声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后 遵守此规定。 名：移瓣燧名杏陆期：翮小2 弓 0 8 ，s ，玛 9 5 上海师范人学硕士学位论文 第1 章前言 1 1 研究缘起 第1 章前言 算法与程序设计是计算机科学的核心，算法与程序设计的发展极大地推动 了计算机科学的发展。 我国中学计算机教育的初期，受“计算机文化论”的影响，算法与程序设 计占据了中学计算机课程的主要内容( 主要是以b a s i c 程序设计语言学习为 主) 。其后，计算机应用范围的逐步扩大，“计算机工具论”开始盛行，强调计 算机的工具特征，算法与程序设计开始逐渐淡出计算机课程甚至一度完全消失。 中学计算机课程一度以o f f i c e 等应用软件的操作为主要内容。 然而，放眼世界，一些信息技术产业大国如美国、日本、英国却没有因为 这一时期计算机功能的变化而在中学计算机课程中( 后期是信息技术课程) 取 消这一内容。相反，一些国家还加大了重视程度。 进入2 l 世纪，我国基础教育领域开始了新一轮课程改革。同时我国也正式 提出了大力发展信息技术产业促进国民经济发展的计划。要发展信息技术产业， 就需要大力培养掌握信息技术核心知识的信息技术人才。 在这种背景下，2 0 0 3 年的高中信息技术课程中出现了“算法与程序设计” 的选修模块。同时，高中数学课程中也首次出现了以算法为主、程序设计为辅 的“算法初步”的必修模块。至此，算法与程序设计已经成为跨越中学数学与 信息技术两门学科的综合性内容。 但是笔者通过对上海市部分高中的调查发现，无论是高中信息技术课程中 的选修模块“用程序解决实际问题”( 即“算法与程序设计”模块) ，还是高中 数学课程的必修模块“算法初步”在实际教学中都遇到了不少困难和问题。算 法与程序设计“教还是不教”的教学争议仍然存在。 算法与程序设计，在中学阶段有没有教学价值? 应该怎样对算法与程序设 计进行教学设计? 这些都是笔者关注的问题。也成为本论文研究的缘起。 1 2 研究问题 本论文将致力于研究：在新课程改革下，算法与程序设计在中学的教学设 计与实践，探讨算法与程序设计在中学的教学价值。研究的子问题包括： 一j ：海师范大学硕士学位论文第1 章前言 一、算法与程序设计中学教学的历史流变。 二、新课程改革下算法与程序设计在高中信息技术课程中和高中数学课程 中的教学情况以及初中开展算法与程序设计相关内容教学的可行性分析。 三、算法与程序设计从初中到高中的整体教学设计。 四、算法与程序设计在初中、高中的教学实践与价值探索。 1 3 选题背景 算法与程学设计是信息技术的核心，是信息技术发展的主要动力。 在知识经济高速发展的当今社会，无论是发达国家还是发展中国家，信息越 来越被人们重视，信息能力愈来愈成为国家和企业竞争能力的重要组成部分，信 息的生产与利用已达到相当社会化的程度。2 0 0 2 年，我国产业技术政策报告 中明确提出在未来5 1 0 年要大力发展以信息技术产业等高新技术的目标。1 近几年，我国信息技术快速发展。2 0 0 6 年，我国信息产业占g d p 的比例 到了7 5 ，在g d p 增速当中，有1 2 2 来自于信息产业的贡献。2 然而，与信 息技术发达国家相比，我国的信息技术产业仍然存在着严重的问题，其中最主 要的就是就是缺乏自主创新能力，缺乏具有掌握核心技术的信息技术人才。 算法与程序设计作为信息技术的核心，是我国中学计算机教育初期的主要 教学内容，而我国早期中学计算机教育又曾经为我国培养计算机科学领域人才 做出过重要贡献。目前，“算法与程序设计”作为选修模块重新回归高中信息技 术课程，“算法初步”必修模块进入高中数学课程，无疑是我国要大力发展信息 产业因而在基础教育领域进行的培养和挖掘信息技术人才的一次渗透。 1 4 研究方法 本文在具体的研究方法上，主要采用了历史分析法、文献分析法、问卷访 谈法、行动研究法等方法。 历史分析法：对算法与程序设计中学教学的历史流变进行了回溯，对其教 学价值取向进行了分析。 2 1 国务院公报h t 巾： n 州c h i i l a o 唱c i 儿h g o n g b a o 【e b o l 】2 0 0 8 年1 月1 9 日收录 2 邹贺锉信息化发展的机遇与挑战数码世界 j 】2 0 0 7 年第l o 期 上海师范人学硕十学位论文 第l 章前言 文献分析法：在本文的研究过程中，笔者研读了与信息技术课程、高中数 学课程、课程与教学论、儿童心理发展等相关的资料。通过梳理分析文献资料， 为中学进行算法与程序设计的教学设计和教学实践的开展探索奠定了基础。 问卷访谈法：笔者在上海师范大学附属中学、上海莘城学校、上海工商外 国语学院附属中学、上海市周浦高级中学、上海市彭浦高级中学进行了相关问 卷访谈。对上述五所中学的数学教师、信息技术教师进行了访谈，对学生进行 了抽样调查问卷，为行动研究做好了准备。 行动研究法：在理论研究的基础上笔者进行了从初中到高中的算法与程序 设计的教学设计，并于2 0 0 6 年2 月到2 0 0 6 年6 月在上海工商外国语学院附属 中学的六年级某班进行了为期一学期触摸计算机的灵魂的教学探索；于2 0 0 8 年1 月在上海师范大学附属中学的高二年级进行了算法初步与s c i l a b 的应用 的教学实践。通过在初、高中的教学实践以及对教学效果评价，探索算法和程 序设计在中学的教学价值。 1 5 研究目标 本文的研究目标有两个： 一、探索算法与程序设计在初中教学的可行性与必要性，在教学设计的基 础上进行教学实践，探讨算法与程序设计在初中的教学价值。 二、探索高中数学课程中必修模块“算法初步”与高中信息技术课程中的 选修模块“算法与程序设计”的整合，通过教学设计与教学实践探索算法与程 序设计在高中的教学价值。 1 6 论文结构 本论文一共分为6 章： 第1 章：前言。介绍本论文的研究缘起、背景、方法、目标和论文结构。 第2 章：算法与程序设计的概念解析。 第3 章：算法与程序设计中学教学的历史流变。 第4 章：算法与程序设计在中学( 初、高中) 的教学设计。 第5 章：教学实践与价值探索。 第6 章：反思与展望。 上海师范大学硕士学位论文 第1 章前言 4 具体相关研究如下图所示： 图1 1 整体研究框架 图1 2 理论研究框架内容 图1 - 3 行动研究框架内容 上海师范大学硕士学位论文第2 章算法与程序设计概念解析 第2 章算法与程序设计的概念解析 2 1 算法与程序设计的概念 2 1 1 算法 一、算法的概念 算法的概念来源于数学。算法的英文单词是a 1 9 0 m t m 。最初是用a l g o r i s m i 是表示各种算术运算的一个词汇，最终用“a 1 9 0 曲缸n 来表示算法。在我国1 9 8 0 年的辞海还没有收录“算法”，只有“算法论”的条目( 那是“数理逻辑 学科的一个分支) 。1 9 8 8 年出版的中国大百科全书( 数学卷) ，才有了莫绍挨 先生撰稿的“算法”辞条。3 算法并没有确切的定义，一般都是以描述方式给定。 广义上的概念描述是指：如何完成任务的步骤集。4 由于算法的概念来源于 数学，因此算法最初是表示数学领域内用来解决一类数学问题的方法和步骤。 比如，我国古代著名数学家刘徽运用“割圆术 求出圆周率( 圆的周长与半径 的比值) 。欧几里德几何原本中出现的用“辗转相除法”求两个正整数的最 大公因子。“割圆术 和“辗转相除法”都可以称为算法。 算法的另一种定义与计算机科学密切相关。在计算机出现之前，人们对算 法的认识仅仅是解决问题的方法和步骤，对算法的特征没有做出进一步的限定。 1 9 3 6 年，英国数学家图灵引入了“图灵机”的概念，“图灵机”不是一种具 体的机器，而是一种思想模型，可制造出一种十分简单但运算能力极强的计算 装置，用来计算所有能想象得到的可计算函数。5 图灵给出了算法的严格的数学 表达，从而使得算法的概念得到了较为严格的限定。也正是“图灵机 的思想， 催生了第一台计算机。 计算机的诞生和发展，丰富和完善了算法的概念。 3 张奠宙算法科学【j 】。2 0 0 3 年第2 期 4 j g l e n nb r o o k s h e 盯计算机科学概论( 第9 版) 【m 】刘艺，冯坤，徐建桥等译人 民邮电出版社，2 0 0 6 年2 0 7 页 5 h 鲤；丛垒i 虹：垫旦i 盘：璺q 丛i 丛生213 q ：h 熊2 0 0 8 年2 月2 0 日收录 第2 章 算法与程序设计概念解析上海师范人学硕士学位论文 d n o a l d e k n u h t 在他的著作计算机程序设计艺术第一卷基本算法中 提到算法的定义：“一个算法，就是一个有穷规则的集合，其中规则规定了一个 解决某一特定类型的问题的运算序列。6 在j g l e n nb r o o k s h e a r 计算机科学概论( 第九版) 中对算法做出了如下 定义：“算法是定义一个可终止过程的一组有序的、无歧义的、可执行的步骤的 集合。 7 从d n o a l d e l ( 1 1 u h t 和j g l e r u lb r o o k s h e a r 对算法的定义中，可以看出， 随着计算机的发展，使得算法的概念成为一个跨越数学和计算机科学的概念。 二、算法的特征 算法具有以下特征： l 、确定性。算法的每一步都必须是确定的，无歧义的，明白无误的。 2 、有穷性。一个算法无论执行多少步骤，都必须在有穷步骤后结束。 3 、有效性。算法中每一条运算都应当是有效的，能够让计算机在现有的情 况下执行。 4 、不唯一性。解决问题的算法可以有多种。 5 、顺序性。算法遵循一定的顺序。在一些算法中，交换算法的步骤会影响 算法功能的实现。 三、算法的表示 1 、用自然语言表示 用自然语言表达算法，就是把算法的各个步骤用人们所熟悉的自然语言表 示出来。用自然语言表达算法，较容易理解，但是书写麻烦，也容易造成误解。 因此，在实际问题的算法表示时，很少采用自然语言的表示。 2 、用流程图表示( 程序框图) 流程图是用一些图框来表示各种操作。用图形表示算法，直接形象、易于 6 d n o a l d e l 【1 1 u 1 1 t 计算机程序设计艺术 m 】苏运霖译北京：国防r t 业出版社， 2 0 0 2 年3 5 7 页 7 j g l e i l nb r o o b h e a r ，计算机科学概论( 第9 版) m 】刘艺，冯坤，徐建桥等译 人民邮电出版社，2 0 0 6 年1 3 0 页 6 上海帅范大学硕士学位论文第2 章算法与程序设计概念解析 理解。流程图也叫程序框图。美国国家标准协会a n s i 规定了一些常用的流程 图符号，如图所示8 ： ，图2 1 流程图的各个符号表示含义 3 、用伪代码表示 伪代码是一种在算法开发过程中非正式地表达思想的符号系统。9 伪代码介 于真正的程序语句与自然语言之间。它不用图形符号，书写方便，易于理解， 例如算法“输出x 的绝对值 可以用伪代码表示如下： 若x 大于等于o ， 输出x ； 否则， 输出一x ； 伪代码没有明确的严格的语法规则，只要把意思表达清楚就可以了。 8 李文生，修佳鹏，侯斌大学计算机基础【m 】北京邮电大学出版社，2 0 0 6 年2 1 9 页 9 j g l e 姗b 姗k s h e 矩计算机科学概论( 第9 版) m 】刘艺冯坤徐建桥等译北京： 人民邮电出版社，2 0 0 6 年1 3 3 页 7 第2 章算法与程序设计概念解析上海师范大学硕上学位论文 四、算法的种类 算法一般可分为数值计算与非数值计算两大类。数值计算算法主要以算术 运算来进行；而非数值计算算法，主要通过计算机赋值、比较或者逻辑运算等 操作解决问题。1 0 2 1 2 程序设计 一、程序设计概念 程序设计是与计算机密切相关的特定概念。计算机能够理解和识别的语言 为程序设计语言，而用计算机语言编写出来的能够实现一定功能的代码行或是 命令集合称为程序，编写程序的过程称为程序设计。 二、程序设计语言 与程序设计概念密切相关的是程序设计语言。程序设计语言大致历经三个 阶段，即机器语言汇编语言高级程序语言。程序设计语言为程序设计 提供了计算机环境以及程序编写的规则。 机器语言：计算机发展的早期，唯一的程序设计语言是机器语言。1 1 机器 语言由“o ”和“1 ”的字符串组成。机器语言是计算机唯一能够理解的语言。 汇编语言：汇编语言又称为符号语言。在2 0 世纪5 0 年代，人们用一种符 号来表示不同的机器语言指令。而将符号代码翻译为机器语言的特定程序称为 汇编语言。 高级程序语言：高级程序语言是一种用接近自然的语言用来描述人们设想 的处理过程的程序语言。1 2 5 0 年代f o i 玎r a n 语言的诞生标志着高级语言时代 的到来。随后的几十年，专家们陆续开发出了各种各样的语言，例如b a s i c 、 c o b o l 、c 、c + + 、j a 、，a 等等。高级程序语言的发展也历经从非结构化到结构 化再到面向对象的过程。 1 0 袁震东，何红春新专题教程高中数学8 算法初步 m 】上海：华东师范大学出版 社，2 0 0 7 年6 月4 页 1 1 b e h r o u za f o r o u z 锄计算机科学导论【m 】刘艺，段立，钟维亚等译北京：机械工 业出版社，2 0 0 4 年1 6 6 页 1 2 胡建平主编大学计算机基础 m 北京理工大学出版社2 0 0 6 年8 月2 0 2 页 卜海师范大学硕士学位论文第2 章算法j 程序设计概念解析 近年来随着计算机科学技术的发展，一些应用软件也开始具有程序设计语 言的功能，例如运用科学计算软件m a t l a b 与s c i l a b 也可以进行程序设计。这些 应用软件的运行一般对计算机硬件和软件系统都有比较高的要求。 2 2 算法与程序设计的关系 算法与程序设计的概念横紧密联系但又有所区别。算法主要是指解决问题 的方法和步骤，强调的是解决问题的思想方法，可以独立存在。而程序设计则 是设计、编制、调试程序的方法和过程，它是借助程序设计语言或者是某个应 用软件将算法转换成相应的程序语句，通过计算机的运行实现问题的解决。程 序设计必定体现出算法的思想方法。 算法的设计中主要考虑的是方法和步骤，而在程序设计中，还要考虑具体 的编程环境。 并非任意一个算法在任意的程序语言环境中都能转换成相应的程序语句。 例如，递归的算法在f o i 盯黜程序语言环境中无法实现，而在c 程序语言环 境中却可以实现。因此，算法的实现则依赖于合适的程序语言环境。 2 3 算法与程序设计在信息技术发展中的重要地位 当今世界，信息技术的发展极大地推动了国民经济的发展。信息产业也成 为衡量个国家综合国力的重要指标。而信息技术的核心之一就是“算法与程 序设计”。计算机科学大师k n u m 说：“计算机无非是算法的科学。” 国家9 7 3 信息技术与高性能软件基础规划项目首席科学家、香港科技大学 顾钧教授说过“产品早期的竞争是有无的竞争，之后就是水平的竞争。信息技 术水平的竞争就是算法的竞争。”1 3 中科院计算所所长、联想中央研究院院长高文教授则表示“今后有两个方 面的研究一定要做：一是算法的研究；一个是程序设计的研究。”1 4 1 3 王俊中学数学算法教学的研究硕士学位论文【d 】华中师范大学2 0 0 7 1 4 中美项级计算机科学家高峰对话微软中国研究院通讯 h t l p ：r e s e a r c h m i c r o s o r c o 州a s i a d l o a d _ f i l e s n e w s l e t t e r 4 m m s m e w s l e n 盯p d f e b o l 】 2 0 0 8 年1 月收录 9 第2 章算法与程序设计概念解析 卜海师范人学硕上学位论文 算法科学与程序设计不断发展创新，深入到社会生活各个领域。例如，诺 基亚公司通过改进手机通话质量和待机时间的算法，获得了较好的市场回报率。 一些搜索引擎的算法的不断改进，以及网络编程技术的不断发展，使得互联网 络的搜索功能日趋强大，也造就了像百度，谷歌这样的大型公司。 1 0 上海师范大学硕士学位论文 第3 章算法与程序设计中学教学的历史流变 第3 章算法与程序设计中学教学的历史流变 我国中学计算机教育( 后期改为信息技术教育) 起步于上世纪7 0 年代末。 算法与程序设计是我国中学计算机教育起步之初的主要内容。随着对中学计算 机教育的认识的不断变化，中学算法与程序设计的教学也由计算机教育初期的 全面兴起转向中后期的逐渐消失。 上世纪9 0 年代末期第六次全国范围大规模的基础教育课程改革启动，算法 与程序设计在中学课程中的设置发生了重大的变化。一方面，“算法与程序设计” 作为选修模块回归中学信息技术课程；另一方面，高中数学课程中首次出现了 以算法学习为主、程序设计学习为辅的“算法初步”必修模块。至此，算法与 程序设计已成为跨越数学与信息技术学科两门学科的综合性内容。 算法与程序设计在中学课程中的设置延续了如下的变化轨迹。 图3 1算法与程序设计在中学课程设置的变化轨迹 本章中，对算法与程序设计在我国中学教学的历史流变将从两方面展开论 述：一、新课改( 指始于上世纪9 0 年代末的第六次基础教育课程改革) 实施前 算法与程序设计在中学计算机课程中的历史回顾；二、新课改实施后算法与程 序设计在中学课程中出现的新变化。 第3 章算法与程序设计中学教学的历史流变上海师范大学硕士学位论文 3 1 新课改前算法与程序设计在中学课程中的历史回顾 3 1 1 “计算机文化论 影响下算法与程序设计教学的全面兴起 “计算机文化论吓算法与程序设计教学的全面兴起从上世纪7 0 年代末到 上世纪9 0 年代中期。 一、“计算机文化论”对算法与程序设计教学的影响 上世纪7 0 年代末，基础教育领域开始了自改革开放以后第一次大规模的改 革，部分中学开始进行计算机课程的试点教学。教育部从1 9 7 8 年开始在部分地 区尝试开展以校内或校外课外兴趣小组为主要学习形式的计算机课外学习活 动。学习内容主要为基本的b a s c i 语言及简单的编程。最早开展这些活动的组 织包括上海儿童活动中心、青少年科技活动站、北京景山学校等。1 5 1 9 8 1 年，在瑞士的第三届世界计算机教育应用大会上，尹尔肖夫在程序 设计是第二文化中提出了“阅读和编写计算机程序设计的能力是第二文化”。 由此，“计算机文化论”形成，程序设计也得以确立其在计算机教育中的重要地 位。1 6 按照尹尔肖夫的倡导，这一时期对学生的内在品性的要求可以看作是“计 算机素养”，其核心是程序设计能力，强调逻辑思维能力，强调利用算法解决问 题的能力。1 7 1 9 8 2 年，受“计算机文化论 的影响，教育部决定在清华大学、北京大学、 北京师范大学、复旦大学和华东师范大学等五所大学的附中( 高中) 试点开设 b a s c i 语言的选修课。从此，我国中学计算机课程正式拉开了序幕。以b a s i c 程序设计语言为学习载体的算法与程序设计在我国中学的教学历时近1 3 年。 二、“计算机文化论”影响下的算法与程序设计教学内容与教学目标 “计算机文化论”影响下算法与程序设计在中学主要以程序设计语言为教 学内容。 1 9 8 4 年，计算机作为中学的选修课在全国范围内展开，b a s c i 程序设计语 ”李艺主编信息技术课程：设计与建设 m 】北京：高等教育出版社，2 0 0 3 年3 2 页 1 6 朱彩兰文化教育视野下的信息技术课程构建 d 南京师范大学，2 0 0 5 年 1 7 同上 上海师范大学硕十学位论文第3 章算法与程序设计中学教学的历史流变 言成为中学生学习计算机的主要内容。当时全国并没有统一的中学计算机教材， 教材由各个学校自行编写，多数b a s i c 语言教材是由大学b a s i c 语言教材直 接移植过来。 需要说明的是，这一时期的算法与程序设计是作为一个整体模块出现，并 没有将算法、程序设计区分教学，主要以程序设计语言教学为载体，算法的概 念、结构是贯穿在程序设计的教学中。 1 9 8 4 年中学电子计算机选修课教学纲要( 试行) 中对“算法与程序设计 目标的规定为“掌握基本的b a s i c 语言并初步具备读、写程序和上机调试的能 力；逐步培养逻挥思维和分析问题、解决问题的能力。 这一时期算法与程序设计的教学目标可以描述为：训练学生使用程序设计 语言进行程序设计的能力。这是算法与程序设计最初的教学层次。这个课程目 标的影响延续时问较长，影响较大。1 8 这一时期的教学就是为了让学生掌握程 序设计能力。 1 9 8 7 年普通中学电子计算机选修课教学大纲( 试行) 中对教学内容的规 定是：学会b a s i c 程序设计语言；教学目标为“会用一种程序设计语言编写简 单程序 。相比较1 9 8 4 年的纲要，去掉了“培养逻辑思维和分析问题、解决问 题的能力。 1 9 9 4 年教育部颁布的中小学计算机课程指导纲要( 试行) 中，在计算机 课程包含的程序设计语言的模块中，除了原先的b a s i c 语言，又增加了l o g o 语言。教学目标仍然为“会用种程序设计语言编写简单程序”。 这一时期算法与程序设计的教学目标和较有其深刻的历史原因。 一方面，由于当时j 下处于改革开放初期，我国计算机水平发展还比较落后， 计算机教育人才大量缺乏，全国专业从事计算机教育的人数还相当缺乏，到 1 9 8 2 年底，全国专业从事中学计算机教育的教师仅仅只有2 0 人。中学计算机 教师不少是从数学、物理等学科中抽调出来的教师。 另一方面，中学计算机教育课程中所需要的计算机等硬件设备还相对落后 缺乏，在我国中小学计算机教育发展初期，所装备的机器大量是不带磁盘驱动 1 8 李艺信息技术课程：设计与建设 m 】北京：高等教育出版社，2 0 0 3 年1 8 页 第3 章算法与程序设计中学教学的历史流变上海师范大学硕十学位论文 器的l a s e r 3 1 0 和c o m x ，这些机器不能运行应用软件，只能适应于教授 b a s c i 程序设计语言。1 9 尹尔肖夫“计算机文化论”理想的结果应当是学生可以通过程序设计的学 习学会利用算法来解决生活中的实际问题。然而从1 9 8 4 、1 9 8 7 到1 9 9 4 年中学 计算机教育的课程纲要中可以看出从中学计算机教育起步的1 0 多年中，算法与 程序设计( 以程序设计语言如b a s i c 、l o g o 为主要学习载体) 是中学计算机 课程的主要内容，对该教学内容的教学目标的定位则主要是基于对学生程序设 计能力的培养。 二、“计算机文化论 下算法与程序设计的积极作用与存在问题 算法与程序设计作为我国中学计算机教育起步之初主要教学内容，为我国 中学计算机教育的发展发挥了重要作用，但同时，它在教学中也存在着一定的 教学弊端，这也是日后引起算法与程序设计教与不教争议的起源。 1 、积极作用 算法与程序设计教学的积极作用主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 为当时我国培养计算机科学人才奠定了基础 对算法与程序设计的学习可以看成是对计算机本身的学习。在我国改革开 放之初科学技术发展还相对落后的情况下，算法与程序设计的教学拓展了部分 中学生的学习视野，培养了部分中学生对程序设计的兴趣，同时也培养了大批 的中学计算机课程教师。我国中学计算机课教育的起步也伴随着我国计算机科 学的发展，一批在中学里( 或者是少年宫) 通过计算机课程接触到算法与程序 设计的学生，日后成为了我国计算机科学事业的骨干力量。例如，1 9 8 4 年在上 海市少年宫为邓小平同志展示计算机