高中信息技術(shù)教學中學生計算思維的培養(yǎng)策略

摘要：近些年來，計算機技術(shù)不斷發(fā)展，高中信息技術(shù)課程的重要性也越來越突出，如何培養(yǎng)學生的計算思維已經(jīng)成為一線教師熱議的話題。作為新時代的高中生，應當學會運用計算機概念分析問題，站在計算機的角度對問題進行轉(zhuǎn)化、分類，提高問題解決方案的科學性。在教學中，教師需要創(chuàng)新教學理念，利用程序設計教學活動，培養(yǎng)學生的計算思維，提高學生解決問題的能力。文章分析了計算思維的概念，明確了培養(yǎng)學生計算思維的關(guān)鍵點，提出了具體的教學策略。關(guān)鍵詞：高中；信息技術(shù)；課堂教學；計算思維；培養(yǎng)策略在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，社會對高素質(zhì)計算機人才的需求量不斷增加，為此，培養(yǎng)學生的計算思維非常重要。高中是信息技術(shù)教學的關(guān)鍵階段，學生將在高中系統(tǒng)化地學習信息技術(shù)，深入理解、應用信息技術(shù)，為今后的學習深造奠定堅實基礎。信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任是信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容，其中，計算思維關(guān)系到學生的思維發(fā)展，是教師應當格外關(guān)注的內(nèi)容。為培養(yǎng)學生的計算思維，教師需要立足新課程標準，在教學中側(cè)重引導和啟發(fā)，讓學生在實踐活動中獲得計算思維的發(fā)展。一、計算思維的概念分析計算思維是學生需要掌握的重要素養(yǎng)之一，是利用計算機解決問題的一種思維方式，具有較強的綜合性特征。在應用計算思維解決問題、設計系統(tǒng)、理解概念時，人們需要應用到數(shù)學思維、工程思維、科學思維，這充分體現(xiàn)了計算思維的綜合性特征，展示了計算思維與其他學科領域的緊密聯(lián)系[1]。另外，計算思維還具有抽象化、自動化的特征，在計算思維的基礎上，人們能夠?qū)栴}和相應的解決方案有效對接起來，促進解決策略的執(zhí)行。在具體操作方面，應用計算思維解決問題首先要對問題的內(nèi)涵進行明確，然后對數(shù)據(jù)進行分析，經(jīng)過抽象、設計算法、評估方案等過程，對問題進行解決[2]。在高中信息技術(shù)教學中，教師應當引導學生運用計算機科學的有關(guān)知識，理解問題、描述問題，然后設計系統(tǒng)，用科學的方法解決問題。二、高中信息技術(shù)教學培養(yǎng)學生計算思維的獨特價值（一）發(fā)展邏輯思維在科學思維領域中，邏輯思維和計算思維是并列的關(guān)系，二者屬于同一個層次[3]。其中，邏輯思維的思考過程需要借助概念、判斷、推理，完成比較、分析、綜合、抽象、概括等。計算思維的核心是抽象和自動化，應用計算思維解決現(xiàn)實問題首先要將現(xiàn)實問題轉(zhuǎn)化為計算機中的符號，采用信息化的手段對問題進行表示，這樣才能創(chuàng)建求解模型。在信息技術(shù)教學中，培養(yǎng)學生的計算思維有助于學生邏輯思維能力的發(fā)展，通過課堂訓練，學生能夠厘清問題之間的邏輯關(guān)系，提出科學的問題解決策略。（二）培養(yǎng)創(chuàng)新思維計算思維解決問題的思路和現(xiàn)實生活中解決問題的思路有很大差別，培養(yǎng)學生的計算思維有助于提高學生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，使學生更好地適應科技創(chuàng)新的發(fā)展步伐，提高對現(xiàn)代信息技術(shù)的學習興趣。近些年來，“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算得到了快速發(fā)展，很多新技術(shù)涌現(xiàn)出來，信息化的社會已經(jīng)到來，計算思維能夠連接計算機科學以及其他各個學科領域，有助于學生創(chuàng)新能力的發(fā)展。（三）提高解決問題的能力計算思維是幫助學生解決實際問題的思維形式，注重對問題的分解和組合，能夠?qū)碗s的問題分解為簡單的子問題，并運用計算機科學的方式展現(xiàn)出來，因此，培養(yǎng)學生的計算思維能夠有效提高學生解決問題的能力[4]。在學習信息技術(shù)時，計算思維能夠讓學生把實際問題轉(zhuǎn)化為計算機可以處理的問題，學生可以利用計算機以及其他的工具分析問題，提高解決問題的效率[5]。在應用計算思維解決問題時，抽象、分解、推理、模式識別是關(guān)鍵要素，在分解問題之后，學生能夠通過算法、建模的方式解決問題。三、高中信息技術(shù)教學中培養(yǎng)學生計算思維的關(guān)鍵點（一）堅持從“做中學”從“做中學”最早是由美國教育家杜威提出的，針對信息技術(shù)教學而言，培養(yǎng)學生的計算思維需要堅持從“做中學”，以提高學生的實踐能力為核心目標，促進學生全面發(fā)展[6]。從學習的過程來看，“知”和“行”密切相關(guān)，只有學生經(jīng)過了實踐操作，充分應用所學知識，利用已有的知識進行創(chuàng)新、創(chuàng)造，才能達成學習目的。在高中信息技術(shù)教學中，教師培養(yǎng)學生的計算思維需要依靠多樣化的教學活動，為學生設計創(chuàng)新化的教學任務，讓學生在完成任務、參與實踐的過程中驗證假設，獲得計算思維的發(fā)展。在具體操作層面，學生需要將復雜的任務轉(zhuǎn)化為多個簡單任務，設計解決問題的方案，對方案進行優(yōu)化、調(diào)整。從總體上來說，從“做中學”的理論與計算思維的培養(yǎng)觀念是相符的，都注重學生在實踐操作中的學習，有助于學生對知識的內(nèi)化和應用。（二）采用情境教學法情境教學法遵循情境學習理論，在該理論中，知識是個人與社會之間互動的產(chǎn)物，是在特定情境下產(chǎn)生的[7]。在信息技術(shù)教學中，教師應當將教學活動融合到一定的物理情境當中，通過真實、有趣、鮮活的情境，調(diào)動學生參與學習活動的興趣，全面提高學生學習的主動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力[8]。針對信息技術(shù)學科，教師不但要讓學生掌握理論知識和相關(guān)操作技能，還要融合教學情境，讓學生與外在環(huán)境、他人相互作用，完成建構(gòu)知識的過程，讓學生用信息技術(shù)學科的知識解決現(xiàn)實問題，提高學生的自信心和成就感。在具體的教學過程中，教師需要再現(xiàn)生活情境，引導學生結(jié)合現(xiàn)實生活問題進行思考，從生活中的衣食住行入手，讓學生結(jié)合具體情境開展實踐。另外，教師還可以呈現(xiàn)實物演示情境，鼓勵學生創(chuàng)建計算機模型，促進學生在課堂上開展實踐操作，發(fā)揮教學情境在課堂上的作用。四、高中信息技術(shù)教學中培養(yǎng)學生計算思維的教學策略（一）提出現(xiàn)實問題，啟發(fā)學生思考在高中信息技術(shù)教學中，教師需要用生活化的問題來啟發(fā)學生思考，讓學生體驗計算機解決問題的過程，認識到計算機在解決問題方面的優(yōu)勢，體會人工解決問題和計算機解決問題的不同，為學生計算思維的發(fā)展奠定基礎?；浗贪娓咭恍畔⒓夹g(shù)必修一中有“算法基礎”的相關(guān)內(nèi)容，項目范例為“設計從A市到B市耗時最少的旅行路線方案”。這是一個現(xiàn)實生活中常見的問題，人們要從一個城市去往另一個城市，通常會有不同的交通路線和交通方式，可以選擇飛機、火車、高鐵、客車等交通工具，不同交通工具的速度不同，由于兩個城市可能沒有直達的交通方式，所以需要對不同的交通方式進行組合，例如“火車+高鐵”“客車+高鐵+火車”等，這就需要對交通方式、交通方案進行規(guī)劃。在人工解決問題時，學生首先需要明確問題的核心，掌握A市到B市可以選擇的交通工具，確定直達B市的出發(fā)地點，梳理每一種交通工具的不同班次。當弄清了所有的條件之后，還需要對每一個班次進行比較，找出行駛時間最少的班次，從而確定出耗時最少的路線。在該情境下，人工解決問題的工作量是巨大的，需要進行計算、比較，整體效率較低。為此，教師可以提問：“如何用計算機設計路線方案？”引導學生進行思考、交流。接下來，教師可以用具體案例來說明計算機解決問題的過程，向?qū)W生展示計算機解決問題的具體步驟。在培養(yǎng)學生計算思維的過程中，教師要讓學生認識到計算機能夠用獨特的視角解決生活中的問題，提高學生對信息技術(shù)的學習興趣，促進學生全面發(fā)展。（二）引入教學項目，強化學生實踐培養(yǎng)學生的計算思維需要讓學生在實踐中學習，主動應用計算機科學的有關(guān)知識。在高中信息技術(shù)教學中，教師可以引入教學項目，將學生劃分為不同的項目小組，讓學生加強實踐，在交流、合作、探索中學習新知識。例如，在學習“算法基礎”的相關(guān)內(nèi)容時，為了讓學生感受計算機解決問題的過程，提高學生的程序設計能力，教師可以引導學生自由結(jié)組，每組3～6人，提出開放化的項目，讓學生擁有自由選擇的空間。項目一：設計A市到B市交通費用最少的方案；項目二：設計A市到B市耗時最少的方案；項目三：設計A市到B市路程最短的方案。以上的項目貼合本章節(jié)的知識要點，無論是針對費用提出方案，還是針對交通用時提出方案，都需要經(jīng)過大量的人工計算，計算機能夠解決這一問題，讓學生在短時間內(nèi)找到最佳方案。在選擇了項目之后，小組學生需要設計旅行路線，明確設計目的，開展需求分析，選擇設計工具、設計方法以及設計步驟，呈現(xiàn)出最終的設計結(jié)果。計算機解決問題需要經(jīng)過分析問題、設計算法、編寫程序、調(diào)試運行程序的過程，結(jié)合課本教材，學生可以提出運用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的爬蟲程序獲取交通班次信息，再對數(shù)據(jù)進行清洗，形成結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲文件，然后設計算法，做出解決問題的詳細方法和步驟，再選擇計算機語言工具，編寫程序，實現(xiàn)算法，最后檢查程序能否按照預先的設想執(zhí)行。教學項目嚴格遵循課堂教學目標，是學生應當在課堂上完成的具體任務，有助于學生對理論知識的學習，能夠促進學生實踐能力的發(fā)展。通過引入具體的項目，學生能夠結(jié)合課本當中的所學知識，體驗計算機解決問題的過程，對計算機解決問題的步驟進行總結(jié)，獲得計算思維的發(fā)展。（三）布置課后活動，促進知識遷移計算思維要求學生掌握計算機解決問題的原理，是一種思維活動。因此，這種思維活動不能只在課堂上開展，還要在課下進行延伸。針對高中信息技術(shù)教學而言，教師培養(yǎng)學生的計算思維不但要注重課堂教學，還要優(yōu)化課后活動的設計，引導學生完成知識遷移，使學生的思維更加靈活，促進學生全面發(fā)展。例如，粵教版高一信息技術(shù)必修一當中有“程序設計基礎”的相關(guān)內(nèi)容，在這一章節(jié)中，學生需要完成的項目是“設計購買物品的最佳方案”，在具體的實踐中，學生需要了解Python程序設計語言，掌握程序的三種控制結(jié)構(gòu)，通過程序設計語言實現(xiàn)簡單算法，體驗程序設計的基本流程。在課堂教學結(jié)束后，為提高學生的知識遷移能力，進一步促進學生計算思維的發(fā)展，教師可以為學生提出多樣化的項目，引導學生在課后開展合作交流。例如，教師可以提出以下課后實踐習題。習題1：結(jié)合天貓“雙11”滿減的活動，設計購買化妝品的最佳方案；習題2：結(jié)合電信營業(yè)廳的活動，設計購買電信服務的最佳方案。其中，在習題1中，天貓“雙11”有滿減活動，例如，有的商品符合“滿200減50”，還有些商品全場打8折，教師可以提供購買清單，引導學生設計最佳的購買方法，對比哪種優(yōu)惠更加劃算。此外，學生還可以計算出優(yōu)惠分攤到各個商品的計算方法，掌握滿減湊單的方法。在習題2中，學生同樣可以運用類似的方法，對營業(yè)廳的活動進行分析，電信營業(yè)廳推出“星卡”，分為三個等級，每月固定話費由低到高分別是29元、39元、59元，不同的套餐可以領取不同的獎品，29元套餐可以領取10GB通用流量，39元套餐可以領取15GB流量，59元套餐可以領取25GB流量，引導學生對不同套餐的優(yōu)惠力度進行計算，設計出最佳的購買方案。通過布置課后習題，學生能夠結(jié)合教科書當中的內(nèi)容，認真學習項目范例，優(yōu)化學習過程，改善學習成果，強化知識遷移，促進計算思維發(fā)展。計算思維在現(xiàn)實生活中的應用頻率較高，人們在生活中設計購買方案、實施項目管理、制定出行方案時，都會應用到計算思維。因此，在課外活動的設計中，教師需要結(jié)合學生的現(xiàn)實生活，提出更加真實的教學情境，這樣才能引導學生將計算機學科的