基于計(jì)算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)方式探究
——以Python語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)為例

陳 藝 (浙江省杭州市富陽區(qū)場口中學(xué) 311400)

當(dāng)前,信息技術(shù)在社會中的重要性凸顯。在高中教育中,信息技術(shù)不僅是學(xué)生要學(xué)習(xí)的一門學(xué)科,更是一項(xiàng)學(xué)生必備的綜合技能。高中信息技術(shù)教學(xué)的目標(biāo)之一是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維,幫助學(xué)生更好理解和運(yùn)用信息技術(shù),為未來職業(yè)和學(xué)習(xí)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

一、高中信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的作用

計(jì)算思維是一種綜合性的思維方式,其強(qiáng)調(diào)邏輯思考、問題解決、創(chuàng)新和數(shù)據(jù)分析等核心能力。培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維有助于加強(qiáng)學(xué)生邏輯思維能力。邏輯思維是一種思考方式,涉及有關(guān)學(xué)生在分析、推理問題和建立結(jié)構(gòu)化解決方案等方面的能力。在信息技術(shù)領(lǐng)域,計(jì)算思維可以強(qiáng)化邏輯思維,以此促進(jìn)學(xué)生更清晰解決編程問題,計(jì)算思維可將復(fù)雜的編程問題分解為更小部分,再由學(xué)生結(jié)合邏輯思維確定分解問題的適當(dāng)方法,讓學(xué)生在邏輯順序中思考,并逐漸解決編程的每個(gè)部分。在編程中,學(xué)生需要進(jìn)行邏輯判斷和決策,例如使用條件語句來控制程序流程。這需要邏輯思維確保程序在不同條件下采取正確的行動(dòng)。計(jì)算思維還有助于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛力,培養(yǎng)學(xué)生尋找創(chuàng)新解決方案能力,鼓勵(lì)學(xué)生思考學(xué)會應(yīng)用技術(shù)提出新的方法和見解來解決現(xiàn)實(shí)問題,而不僅是按部就班解決問題。計(jì)算思維通過將計(jì)算機(jī)科學(xué)原則與邏輯思維相結(jié)合,幫助學(xué)生更好應(yīng)用邏輯思維來解決問題和編程。鼓勵(lì)學(xué)生在清晰、有條理的框架內(nèi)思考,將復(fù)雜問題分解為可管理的部分,逐步解決編程所遇到的問題。

培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維不僅有助于強(qiáng)化邏輯思維和激發(fā)創(chuàng)新潛力,還在提升數(shù)據(jù)分析能力和掌握科技信息技能方面發(fā)揮重要作用。無論是在商業(yè)、科學(xué)研究還是社會決策方面,都需要較強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析技能。通過培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維,其能更好地理解和分析數(shù)據(jù),識別模式和趨勢,從中提取有用信息,對學(xué)生未來職業(yè)生涯至關(guān)重要。計(jì)算思維也有助于學(xué)生掌握科技信息技能,使學(xué)生更容易學(xué)習(xí)和掌握新的技術(shù)和工具,具備解決問題和自主學(xué)習(xí)能力。

二、基于計(jì)算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)策略

1.塑造具體編程情境,引入實(shí)際案例教學(xué)

在高中信息技術(shù)教學(xué)中,塑造具體編程情境并引入實(shí)際案例,可幫助學(xué)生更好理解和運(yùn)用計(jì)算思維,實(shí)現(xiàn)理論知識與實(shí)際問題相結(jié)合。教師可有效創(chuàng)設(shè)具體編程情境,為學(xué)生選擇與課程內(nèi)容相關(guān)的主題或領(lǐng)域,確保這個(gè)主題具有實(shí)際應(yīng)用性并能引起學(xué)生興趣。開展Python編程“算法的控制結(jié)構(gòu)”章節(jié)教學(xué)時(shí),可以選擇“時(shí)間管理”為教學(xué)主題。在該主題下,設(shè)計(jì)問題情境“校園日程安排的優(yōu)化”,并為學(xué)生提供這個(gè)情境的背景信息,使其了解在這個(gè)編程情境中需要掌握的技能和知識,如使用特定的控制結(jié)構(gòu),理解算法設(shè)計(jì)原則,以及如何應(yīng)用這些知識來解決實(shí)際問題。此外,教師可以用示范代碼演示如何使用Python編程來解決這個(gè)具體的問題情境,包括控制結(jié)構(gòu)的使用、算法設(shè)計(jì)和代碼編寫的一般原則,為學(xué)生提供編寫程序起點(diǎn)。通過創(chuàng)造具體的編程情境,幫助學(xué)生更好理解計(jì)算思維應(yīng)用,提高其編程技能。

在引入問題情境后,教師可鼓勵(lì)學(xué)生自主探索,并為其提供獨(dú)立解決問題機(jī)會。以Python語言程序設(shè)計(jì)中“算法的控制結(jié)構(gòu)”章節(jié)教學(xué)為例,要求學(xué)生通過該章節(jié)學(xué)習(xí),用Python編程創(chuàng)建“校園日程安排程序”,協(xié)助學(xué)生和教師有效規(guī)劃校園活動(dòng),確保課程時(shí)間不重疊,并為自由時(shí)間留出合理安排。在這個(gè)實(shí)際案例教學(xué)中,教師可引入“算法的控制結(jié)構(gòu)”相關(guān)知識,如條件語句“if-else語句”和“for循環(huán)”循環(huán)結(jié)構(gòu),讓學(xué)生使用這些結(jié)構(gòu)來解決課程時(shí)間沖突的問題。學(xué)生可以自主選擇適合自己問題情境的算法和控制結(jié)構(gòu),如使用嵌套的“ifelse”語句處理復(fù)雜的時(shí)間沖突情況,也可使用列表和循環(huán)結(jié)構(gòu)來管理多個(gè)課程時(shí)間。教師通過設(shè)置具體編程情境,并結(jié)合Python語言實(shí)際案例教學(xué),讓學(xué)生熟練將“算法的控制結(jié)構(gòu)”知識應(yīng)用于解決實(shí)際問題,深化學(xué)生計(jì)算思維理解。

2.使用在線編程資源,擴(kuò)展編程技巧

教師可通過使用在線編程資源幫助學(xué)生拓展編程技能和計(jì)算思維,使其在課堂之外也可以繼續(xù)學(xué)習(xí)和實(shí)踐編程知識。教授Python編程“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”章節(jié)時(shí),教師可在在線編程學(xué)習(xí)庫中,創(chuàng)建一個(gè)新的代碼倉庫或項(xiàng)目,使用目錄結(jié)構(gòu)來分類不同的主題或項(xiàng)目,整潔結(jié)構(gòu)組織代碼和學(xué)習(xí)資源,確保學(xué)生可以輕松找到所需材料。為此章節(jié)添加課程大綱、教學(xué)文檔、演示幻燈片等學(xué)習(xí)材料,為學(xué)生提供詳細(xì)文檔,解釋每個(gè)編程概念和任務(wù)的背景和目標(biāo),并在此在線編程學(xué)習(xí)庫中為學(xué)生加入對應(yīng)的編程練習(xí)和挑戰(zhàn)部分,為每個(gè)練習(xí)提供詳細(xì)示例代碼和演示項(xiàng)目,幫助學(xué)生理解如何應(yīng)用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。例如,上傳章節(jié)練習(xí)如“數(shù)據(jù)清洗、分析、可視化等不同的數(shù)據(jù)處理任務(wù)”,幫助學(xué)生在課下練習(xí)其在課堂上學(xué)到的知識。

為學(xué)生創(chuàng)建線上編程視頻教程,演示數(shù)據(jù)處理的實(shí)際操作。例如,在“數(shù)據(jù)可視化”章節(jié)教學(xué)中,可利用視頻教程為學(xué)生提供額外學(xué)習(xí)機(jī)會,拓寬學(xué)生知識面。創(chuàng)建線上編程視頻教程時(shí),應(yīng)明確定義數(shù)據(jù)可視化工具、技術(shù)和最佳實(shí)踐等視頻教程目標(biāo),并準(zhǔn)備一個(gè)或多個(gè)示例數(shù)據(jù)集,以用于演示各種數(shù)據(jù)可視化編程技巧。在創(chuàng)建線上編程視頻時(shí),要先制定詳細(xì)教學(xué)計(jì)劃,確保編程教學(xué)視頻結(jié)構(gòu)清晰,在進(jìn)行錄制視頻時(shí),要逐步演示“數(shù)據(jù)可視化”這一章節(jié)所用編程技術(shù)。例如,按照線下上課時(shí)的教學(xué)計(jì)劃逐步講解該章節(jié)包含的小章節(jié),如“介紹數(shù)據(jù)可視化工具”“選擇示例數(shù)據(jù)集并加載”“創(chuàng)建不同類型的圖表”“自定義圖表的樣式、顏色和標(biāo)簽”等專業(yè)編程內(nèi)容。在演示每個(gè)編程理論知識與編程步驟時(shí),要提供詳細(xì)解釋和示范,如,“為什么選擇特定方法以及如何根據(jù)數(shù)據(jù)和分析需求做出決策”等專業(yè)的解釋。在視頻描述中或附帶的文檔中,教師需要為學(xué)生提供示例代碼,方便學(xué)生在學(xué)習(xí)完成后能夠參考和練習(xí)。教師要定期更新視頻教程,以反映新的數(shù)據(jù)可視化工具和最佳實(shí)踐,同時(shí)收集學(xué)生反饋,以改進(jìn)教程內(nèi)容和方法。

3.拓展教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目,鞏固學(xué)習(xí)成果

拓展教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目,有助于鞏固學(xué)生的知識和技能,培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和問題解決能力。教師可以整合編程教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目與Python編程中的“人工智能及應(yīng)用”章節(jié)相關(guān)內(nèi)容,讓學(xué)生真實(shí)參與到項(xiàng)目的開發(fā)到結(jié)束的整個(gè)過程,深入理解有關(guān)“人工智能及應(yīng)用”章節(jié)知識,并將書本中所學(xué)知識點(diǎn)靈活運(yùn)用到實(shí)踐活動(dòng)。教師可為學(xué)生詳細(xì)制定項(xiàng)目計(jì)劃,明確學(xué)生在每個(gè)階段的任務(wù)和時(shí)間表。根據(jù)項(xiàng)目的復(fù)雜性,決定學(xué)生是以個(gè)人形式完成項(xiàng)目還是組建團(tuán)隊(duì)。例如,在“人工智能及應(yīng)用”章節(jié)下引入“情感分析工具”實(shí)踐項(xiàng)目,由于該項(xiàng)目需要學(xué)生利用所學(xué)知識編譯程序設(shè)計(jì)一個(gè)智能聊天機(jī)器人,用于分析用戶情感反饋,項(xiàng)目難度較大。教師可鼓勵(lì)學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)以分擔(dān)任務(wù),讓學(xué)生明確分工和角色。例如:學(xué)生A 是Python開發(fā)者,負(fù)責(zé)情感分析算法的編寫;學(xué)生B 可作為UI/UX 設(shè)計(jì)師,負(fù)責(zé)用戶界面設(shè)計(jì);學(xué)生C 可擔(dān)任數(shù)據(jù)科學(xué)家,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集和分析。這樣的分工和協(xié)作,不僅有助于項(xiàng)目的成功完成,還培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作技能和跨領(lǐng)域合作能力。

學(xué)生開始實(shí)施項(xiàng)目后,教師應(yīng)定期與學(xué)生進(jìn)行會議探討,為學(xué)生提供反饋和指導(dǎo)的同時(shí),確保項(xiàng)目朝著預(yù)定方向前進(jìn)。當(dāng)項(xiàng)目完成時(shí),教師可要求學(xué)生準(zhǔn)備一份項(xiàng)目報(bào)告或展示,詳細(xì)向大家說明其小組選擇該項(xiàng)目的目的,開發(fā)此項(xiàng)目時(shí)所采用的編程知識與方法,以及最終結(jié)果和結(jié)論。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生在項(xiàng)目結(jié)束后通過展示會、班級討論、博客或社交媒體與同學(xué)分享經(jīng)驗(yàn)。通過分享,其他學(xué)生可以了解不同的編程問題解決方法,從而為其提供額外學(xué)習(xí)機(jī)會。最后,教師可根據(jù)評估標(biāo)準(zhǔn)對項(xiàng)目報(bào)告的質(zhì)量、學(xué)生的問題解決能力、創(chuàng)造性和合作能力進(jìn)行評分,并為學(xué)生提供詳細(xì)反饋,使其了解自身強(qiáng)項(xiàng)和亟需改進(jìn)的方面。教師可鼓勵(lì)學(xué)生對參與的編程項(xiàng)目進(jìn)行反思,思考在項(xiàng)目中學(xué)到了什么,以及如何改進(jìn)未來項(xiàng)目。這種反思過程,有助于鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)成果,提高項(xiàng)目管理和問題解決技能。同時(shí),教師可以利用這個(gè)機(jī)會引導(dǎo)學(xué)生思考如何運(yùn)用自身所學(xué)知識和技能,以解決日常生活中遇到的其他問題和挑戰(zhàn)。

三、結(jié)語

計(jì)算思維有助于學(xué)生掌握編程技能,培養(yǎng)學(xué)生解決編程邏輯問題、分析數(shù)據(jù)和創(chuàng)新思維能力。在高中信息技術(shù)教學(xué)中,教師應(yīng)站在信息專業(yè)的角度上,加強(qiáng)對學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng),充分采用有效的教學(xué)策略發(fā)揮信息技術(shù)教學(xué)的功能,使學(xué)生在理解計(jì)算思維本質(zhì)的前提下提升信息技術(shù)水平,為學(xué)生的學(xué)習(xí)發(fā)展打好基礎(chǔ)。