基于QBASIC环境下的数学算法教学

基于QBASIC环境下的数学算法教学

摘要：笔者根据信息教学中算法教学的内容和数学教学中算法教学的安排，倡导将两者结合起来教学，并进行了研究。本文介绍了研究的内容以及成果。
关键词：QBASIC环境；算法教学；特点；研究内容；研究成果；启示与建议
        一、信息技术课程中的要求
        在新课程标准执行之前，江苏省的信息技术课程中开设了“VB程序设计初步”，并且这一部分内容也纳入了学生的信息技术考试内容当中，在其考试说明中提到“了解算法的基本概念；理解程序的三种基本结构：顺序结构、分支结构和循环结构”；对“程序设计的简单应用”这一部分内容也要求学生达到理解水平，要求学生会修改程序。
        采用新课程标准之后，在信息技术课程中，算法和程序设计作为信息技术课程的选修内容开设。另外，在教育科学出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《信息技术基础》必修本中，第二章的2.2.2节中出现流程图的知识，第三章的第2节中有算法设计的内容，但没有基本程序语言的教学。在这一章节中，将算法定义为解决问题的方法和步骤。而且，在这一章中，给出了一个排序程序的实例，要求学生上机运行。（信息技术基础，p44）
从教学时间上来看，信息技术课程的这些知识的教学计划安排均先于数学课程中的算法的教学计划安排。学生在信息技术课程中可以先接触到流程图和代码方面的有关知识。
        因此，如果能够让信息技术课程和数学课程的涉及算法内容有效地整合起来，将算法在中学数学课程中的内容与其在中学信息技术课程中内容进行平衡与协调，应该是算法学习的一种有效途径。
        二、QBASIC的特点
        QBasic是第三代的结构化的程序设计语言，它的基本特点如下：
        1.输入输出语句
        (1)输入语句：
        INPUT[“提示信息”；]< 变量表>
        (2)输出语句：
        PRINT [<表达式>]
        2.选择结构 
        条件语句：
        IF　 <条件>　 THEN
        <语句组1>
        ELSE
        <语句组2>
        END IF
        多分支语句SELECT 
        3.循环结构
        (1)FOR循环
        FOR <变量>= <初值> TO <终值> STEP <增量>
        <循环体>
        NEXT <变量>
        (2)WHILE循环
        WHILE <条件>
        <循环体>
        WEND 
        (3)DO循环
        DO WHILE <条件>
        <循环体>
        LOOP 
        4.可以不需要行号
        5.具有良好的编辑环境
        6.与Visual BASIC完全兼容
        7.尽管QBASIC是DOS环境下的软件，但在WINDOWS98、WINDOWS 2000、WINDOWS XP的视窗环境下也能运行。因此，只要有计算机机房的学校，只要对系统稍做配置，都能使学生通过QBASIC实现算法的上机尝试，而且，这个尝试过程中，无须担心学生对计算机操作系统使用的熟练程度。
        另一方面，在前面对教材的分析中提到，QBASIC同教材中所采用的伪代码比较接近，教材中的伪代码不需要做太大变化，学生能够将其改写成一个可以上机执行的程序，学生不需要另外去学习程序设计语言的相关知识。
        三、研究的方法和对象
        本研究以本校高一年级的两个平行班级的学生作为研究对象。在研究设计上，实验的介入时间是以该任课教师的教学进度为准，课时安排由该任课教师安排。本研究的实验组在学习完算法基本语句后，参与上机运行，所用的计算机环境是WINDOWS 2000+QBASIC，将QBASIC显示状态设置成全屏幕状态，学生打开计算机后直接进入到QBASIC的界面。教学种，教师采用的一般课堂教学方式和上机辅助相辅进行，在课堂教学种，在对给定的流程图和代码分析上，采用研究者提出的两人合作活动方式，即一个学生沿流程线或代码逐步执行指令，另一个学生则根据当前流程图或代码指令，记录此时变量的值。这个活动过程模拟计算机的执行过程。
        四、研究结果与发现
        在分析算法的时候，实验班的学生对输出结果的处理方式上更接近计算机的输出结果。如下面这道题目： 
                 在未参与上机实习的班级中，不少学生将解答写成 ，而实验班中，更多的学生将解答写为1，-3，和计算机程序输出结果一样。实验中发现，由于有计算机帮助检验算法的可行性和正确性，参加过上机实习的学生在对算法问题的处理上，首先注重的是分析解决问题的步骤。其次，他们看到计算机上输出的结果时，他们觉得很成功，在这种成就感驱动下，他们继续提出问题：这个算法能不能解决其它问题？这个算法能不能再修改得更简单点？等等此类问题。由此学生自发地去考虑算法的通用性问题。
        五、启示与建议
        1.教学的建议
        (1) 算法思想的渗透
        这一次的教学计划安排中将必修3安排在必修1，2，4，5的后面，因此在前面的教学中，教师要有目的地渗透算法的思想。以江苏版教材为例，在必修1中就已经介绍了用二分法求方程的近似值的方法。下表中列出了部分教材中可以渗透算法内容的教学内容：
        下表是可以渗透算法内容的教学内容
         
        教师可以采用自然语言的方式，在教学中有意识地使用分步描述问题解决的步骤。可以将流程图的结构展示给学生，将一些问题用流程图的方式分析给学生，使学生在开始算法前，就已经体验到程序框图在解决问题中的作用，为学生在算法学习提供一个良好的前提基础。
        从前面的调查数据分析中也可以看到，在对具体算法的分析上，用自然语言描述的算法学生更容易理解，相对而言，伪代码也比较接近自然语言，因此，在算法的教学过程中，注意算理的自然语言的表述，在解决具体问题过程与步骤上仍要注意自然语言的表达，在平时的教学中，将一些可用算法处理的问题用算法表示出来。
        (2)注意循环结构和循环语句的教学处理
        常见的循环结构有两种，由于江苏版的教材中只讲直到型循环结构，而将当型循环结构放在了习题的“探究•拓展”这一部分之中，而在后面的循环语句的教学内容，又只介绍了FOR语句和WHILE语句，在算法案例当中，两个案例流程图都采用了当型循环结构。由此，学生在学习循环语句时，觉得难以将循环结构和循环语句联系在一起。在前面的例子中也可以看出，学生在已经正确画出流程图的情况下，不能将流程图和伪代码联系起来。
        因此，在教学中，最好能够将两种循环结构都介绍给学生，并且，将两种循环结构所对应的循环语句也都介绍给学生。在不增加学生更多负担的思想下，可以只介绍两种循环结构，让学生可以互化两种循环结构，这样学生在用伪代码表示循环结构的时候，不会因为碰到的是当型循环结构而难以用WHILE语句将它描述出来。
        其次，学生在处理循环问题的时候，往往不能够插入一个恰当的条件让循环终止。因此，在教学中，除了让学生注意对循环体中变量的设计处理外，还要注意循环条件的分析处理。一般来说，需要学生不仅仅分析循环的前几步的情况，还要对最后接近条件成立和不成立时的后几步的循环做出分析。
        (3)注意渗透中国古代算法
        课程标准中明确指出了“通过阅读中国古代数学中的算法案例，体会中国古代数学对世界数学发展的贡献。”中国古代数学以算法为主要特征，取得了举世公认的伟大成就，著名数学家吴文俊教授通过对中国古代数学的分析，发扬中国古代数学的优良传统，创造了世界所公认的机器证明的“吴方法”，彻底改变了数学机械化领域的面貌。
参考文献：
[1]沙有威.对高中阶段算法教学的思考【EB/OL】.信息技术教学网.
[2]周大勇.在信息技术课堂中调整学生创新心理的策略探讨[J].教师，2009(9).
[3]杨华.搞好“QBASIC程序设计”教学的几点体会[J].中国职业技术教育,2002（5）.

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