計算思維如何在信息技術(shù)課程中實施

真正從學科價值、思維方式的角度去規(guī)劃設(shè)計課程，即使不是程序設(shè)計課程也同樣能讓學生經(jīng)歷學科的思維方式，培養(yǎng)計算思維。否則，即使開設(shè)了程序設(shè)計課程也達不到培養(yǎng)學生計算思維的目的。

—李冬梅

記者：中國以前也推廣過程序設(shè)計文化、算法思維等，你們認為計算思維與它們之間是什么關(guān)系呢？會不會重新走回原來的枯燥乏味的老路呢？

王榮良：我國的信息技術(shù)教育從程序設(shè)計文化、計算機工具論一路走來，進入21世紀，全面提升學生信息素養(yǎng)成為了信息技術(shù)課程的總目標。從事信息技術(shù)課程相關(guān)的工作者雖然充分反思了早期程序設(shè)計語言教學的弊端，但就程序設(shè)計教學對學生能力培養(yǎng)所具備的正向作用和普適意義缺乏足夠的研討。我曾提出“算法思維就是能清楚能說明問題解決的方法，能夠?qū)⒁粋€復雜的問題轉(zhuǎn)化成若干子問題并將其進一步簡化，以達到解決問題的目的，這也是科學和設(shè)計領(lǐng)域的一項重要技能”這樣的觀點，以期肯定在中小學開展程序設(shè)計教學的必要性，探索符合算法思維培養(yǎng)的教學形態(tài)，并以此為切入點探尋信息技術(shù)課程的學科價值。

信息技術(shù)課程從程序設(shè)計文化起源，經(jīng)歷了30年的實踐后，開始圍繞以計算機為中心的機械計算討論教育價值。這看似回歸計算機這一原點，但在認識高度上有本質(zhì)的不同。

程序設(shè)計文化、算法思維、計算思維這三者至少在教學目標、教學內(nèi)容、實現(xiàn)途徑三方面存在不同。程序設(shè)計文化是以掌握一種程序設(shè)計語言使用方法為基本目標，并在此基礎(chǔ)上讓學生認識到當前計算機與程序設(shè)計的重要性。程序設(shè)計文化重點在高級語言及編程技巧上，并通過大量編程訓練來完成。算法思維是以程序設(shè)計為載體，讓學生能清楚地理解問題解決的規(guī)則，能夠認識到問題的起點、邊界和限定范圍，按部就班地完成任務(wù)或解決問題。算法思維盡管涉及程序，但更關(guān)注算法的實現(xiàn)，強調(diào)的是通過算法來理解計算機對預(yù)設(shè)問題的解決過程，并能清楚地分析問題解決的優(yōu)劣。至于計算思維，可以通過程序設(shè)計但也不是唯一通過程序設(shè)計來實現(xiàn)培養(yǎng)。計算思維是從機械計算的實現(xiàn)過程來理解解決信息處理問題的一般方法以及機械計算所特有的技巧，并能認識機械計算與人腦計算的優(yōu)劣。

李冬梅：這里分兩點來回答。第一，關(guān)于計算思維與算法思維，我認為計算思維包括算法思維，算法思維是計算思維的一部分。算法思維常常與程序設(shè)計聯(lián)系在一起。計算思維則更廣泛，就中小學信息技術(shù)課程教學，即使不編寫程序，只運用現(xiàn)成的技術(shù)和軟件工具去解決問題，也需要計算思維來分析問題，建立模型，設(shè)計方法，檢測結(jié)果，等等。當然算法思維是計算思維的核心內(nèi)容。程序設(shè)計是最能體現(xiàn)計算思維的。第二，“會不會重新走回原來枯燥乏味的老路？”首先，我不同意這個說法，怎么能說程序設(shè)計是枯燥乏味的呢？只能說一部分教師把程序設(shè)計教得枯燥乏味。在我的教學生涯中，程序設(shè)計課是最受學生歡迎的課，也是學生自覺自愿投入精力最多的課。在我的程序設(shè)計課上，學生充分發(fā)揮自己的想象和創(chuàng)造力，利用所學，設(shè)計創(chuàng)作出一個又一個內(nèi)容豐富、技術(shù)超強的令人驚訝的程序作品。程序設(shè)計是最能體現(xiàn)信息技術(shù)學科創(chuàng)新性和實踐性的內(nèi)容，同時也是最能突出學科思維方式的內(nèi)容。關(guān)鍵是要深刻理解其核心價值，運用恰當?shù)慕虒W策略并體現(xiàn)在教學設(shè)計、教學評價和教學實施上。

記者：你們認為在中小學信息技術(shù)課程中應(yīng)該如何培養(yǎng)學生的計算思維呢？是不是開設(shè)程序設(shè)計課程就是培養(yǎng)計算思維呢？

王榮良：根據(jù)周以真教授的觀點：計算思維是一種遞歸思維，是一種采用抽象和分解來解決龐雜的任務(wù)的方法，是一種按照預(yù)防、保護及通過冗余、容錯、糾錯的方式保證系統(tǒng)安全的思維，是一種用啟發(fā)式的推理來求解的方法，是一種在時間和空間之間、處理能力和存儲容量之間進行權(quán)衡的思維。這些思維和方法不只屬于計算機，與日常生活也緊密相關(guān)。超市結(jié)賬付費就與多服務(wù)處理器或操作系統(tǒng)的多任務(wù)分配有很大的相似性。在中小學引入計算思維并不只是為了培養(yǎng)計算機系統(tǒng)開發(fā)人員，更不會局限于程序設(shè)計。同樣，僅通過開設(shè)程序設(shè)計課程也是很難全面實施這些思維的訓練、方法的學習、能力的培養(yǎng)。

計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化。計算思維中的抽象體現(xiàn)在完全使用符號系統(tǒng)，甚至形式化語言。

計算思維是一種方法論，滲透于信息技術(shù)課程之中，如內(nèi)存與外存的調(diào)度也有計算思維的思想。正式引入計算思維到基礎(chǔ)教育的前提，是需要對不同學段如何呈現(xiàn)計算思維開展深入研究。我想說的是，計算思維不僅是體現(xiàn)在課程的具體知識體系中，還應(yīng)該體現(xiàn)在教學過程與方法之中?？赡車L試并進一步探索的方法有：①突破傳統(tǒng)知識傳授，在教學中開展思維訓練；②引導學生通過應(yīng)用程序設(shè)計語言或其他信息處理工具解決實際問題來學習信息技術(shù)基礎(chǔ)知識和基本技能；③通過探究信息技術(shù)處理信息的過程，體驗計算思維的核心思想。

李冬梅：前面我已經(jīng)談到，用計算思維來表述信息技術(shù)學科思維特點是比較恰當?shù)?。真正從學科價值、思維方式的角度去規(guī)劃設(shè)計課程，即使不是程序設(shè)計課程也同樣能讓學生經(jīng)歷學科的思維方式，培養(yǎng)計算思維。否則，即使開設(shè)了程序設(shè)計課程也達不到培養(yǎng)學生計算思維的目的。

那么，如何讓學生在信息技術(shù)學科學習過程中，經(jīng)歷、體驗并逐步建立起學科獨特的思維方式呢？顯然，它不是用幾節(jié)課的時間，專門訓練一下就能實現(xiàn)，需要學生在一個較長的時期中，通過每次課的學習逐步建立、形成起來。也就是說，在每次課上都要讓學生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、利用學科思維方式解決問題的過程。這就需要打破現(xiàn)有的以一個個知識點、技能點為主線，按知識（技能）點將學習內(nèi)容分塊的教學組織方式，打破目前流行的講一點練一點的幾段式課堂教學模式。經(jīng)過長期的教學研究和實踐，我現(xiàn)在采取的教學策略如下。

首先，從學科的特點和深層價值出發(fā)，按照學科知識的內(nèi)在結(jié)構(gòu)重組教學內(nèi)容，形成具有一定內(nèi)在聯(lián)系的相對獨立的結(jié)構(gòu)單元。以項目的方式為每個單元設(shè)計課堂作業(yè)，每堂課或一個單元完成一個項目任務(wù)。

其次，每個項目任務(wù)的內(nèi)容設(shè)計為完全開放的主題，或者確定一個大的主題范圍，讓學生自己去發(fā)現(xiàn)能夠應(yīng)用所學內(nèi)容解決的信息技術(shù)問題，從中選擇出合適的問題作為項目主題。然后，綜合應(yīng)用知識、技能、能力來分析問題，設(shè)計解決問題方案，最終讓計算機完成方案，得出結(jié)果。這種開放的問題設(shè)計，開放的問題解決方案，開放的結(jié)果也是對學生計算思維的最好的錘煉。當學生的每次信息技術(shù)課都在經(jīng)歷這樣的過程，他們的學科思維方式和思維能力就會逐步建立并強化起來。

再次，重組信息技術(shù)課堂結(jié)構(gòu)。我主張信息技術(shù)課要一次上兩節(jié)，實現(xiàn)九十分鐘連排課。開放的項目主題為學生提供了想象創(chuàng)造的空間，與此同時，還需要為學生提供實現(xiàn)想象的充足時間和良好的環(huán)境。因此，常規(guī)的45分鐘課堂是遠遠不夠的，必須兩節(jié)課連排，學生才有可能進行深層次的思考與實踐。而且，在連排的課堂上要以教師精講為基礎(chǔ)，以學生的實踐作為重點。這樣，把課堂分成兩部分：一部分學習新內(nèi)容，精講，約占整個課堂的三分之一時間；另一部分完成項目作業(yè)，深層學習，約占三分之二時間。

這樣的教學方式使學生在每一次課上都能感受到思維方式上的收獲。有學生說：

“老師給我上的第一節(jié)信息課就給我留下了很深的印象，因為李老師非常重視我們思維的過程，讓我們深刻地理解電腦程序的工作原理，而不是只會使用。這讓我很感動。我以后的工作可能需要的不是信息技術(shù)中的一個個零碎知識點，如某個按鈕的作用之類，而是一種信息技術(shù)這門學科的思維方式，以及對于電腦這種現(xiàn)代人離不開的工具的深刻理解”。

——北大附中14屆學生萬雅蘭

譚浩強教授在“研究計算思維，堅持面向應(yīng)用”一文中說：“計算思維主要不是靠講課得來的，而是在學習和應(yīng)用計算機過程中培養(yǎng)的。學生對計算機應(yīng)用越深入，對計算思維的認識就越深刻。”結(jié)合我的教學實踐，他這段話有很重要的意義。信息技術(shù)教育具有很強的實踐性，如果不給學生思考和實踐的時間與空間，就不能有效地培養(yǎng)學生的計算思維。教師要轉(zhuǎn)變教學觀念，改變教學方法，圍繞實踐性這個學科特點，讓學生在解決問題中提高計算思維能力。