基于計算思維能力培養(yǎng)的中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)的研究

邵旦紅

摘要：為了培養(yǎng)中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中的計算思維能力，將教學(xué)內(nèi)容從計算思維的角度進(jìn)行思維模式的劃分，并分析了各思維模式之間的聯(lián)系，同時給出了教學(xué)案例。該文是筆者結(jié)合多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗得出的，對中學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)中學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵字：信息技術(shù)教學(xué)；計算思維；教學(xué)案例

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）31-0128-03

1 引言

中小學(xué)信息技術(shù)課程已在我國開設(shè)多年，回看這些年，我們可以發(fā)現(xiàn)，大家一方面在批判地繼承傳統(tǒng)經(jīng)典的教學(xué)方法，另一面也在伴隨著信息技術(shù)和教育理念的發(fā)展，不斷總結(jié)、創(chuàng)新，提出新思路、新方法。

近幾年，隨著計算思維的提出，教育專家和計算機(jī)科學(xué)家開始關(guān)注，并在教學(xué)和培訓(xùn)中嘗試應(yīng)用和推廣。要想培養(yǎng)出創(chuàng)新性人才，在教育教學(xué)理念上就要拋棄傳統(tǒng)思想的束縛，更多地讓學(xué)生自己用高效的思維分析問題思考問題?；谟嬎闼季S能力培養(yǎng)的中學(xué)信息技術(shù)教育除了能踐行計算思維的思想，也能進(jìn)一步提升中學(xué)信息技術(shù)教育水平，有利于挖掘?qū)W生潛能，提高教師教學(xué)效率。

2 基于計算思維培養(yǎng)的中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)的設(shè)計思路

針對不同的學(xué)習(xí)主題，搭建一定的學(xué)習(xí)環(huán)境（包括教材、教案、輔助學(xué)習(xí)資源等），并基于模式知識制定相應(yīng)的學(xué)習(xí)方法和策略實施教學(xué)。其中，模式知識是對某個知識域中的知識應(yīng)用的規(guī)律和經(jīng)驗的描述，可以運(yùn)用于相似問題的理解、學(xué)習(xí)和處理。針對中學(xué)所教授的信息技術(shù)的內(nèi)容，本文總結(jié)了5種計算思維模式，即編碼思維、存儲思維、安全思維、算法思維和操作思維。

2.1 編碼思維

數(shù)據(jù)是對客觀事物的符號表示，它在計算機(jī)中能被計算機(jī)程序處理。數(shù)據(jù)分成兩大類：數(shù)值型和非數(shù)值型。數(shù)值型數(shù)據(jù)指的是數(shù)字，有明確值。非數(shù)值型數(shù)據(jù)可以是文字、圖像、聲音等，其值不明確。無論哪種數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)首先要輸入到計算機(jī)中，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制形式存儲到計算機(jī)中，然后計算機(jī)才能對其進(jìn)行處理。

數(shù)字經(jīng)過數(shù)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制表示形式后稱之為機(jī)器數(shù)，這樣的表示形式便于在計算機(jī)中存儲和使用。這涉及邏輯型數(shù)據(jù)編碼、數(shù)值型編碼、文本編碼、聲音編碼、圖像視頻編碼等。

2.2 存儲思維

數(shù)據(jù)在計算機(jī)中都是以二進(jìn)制的形式被存儲的，為了加強(qiáng)學(xué)生對計算機(jī)內(nèi)部硬件存儲數(shù)據(jù)方式的認(rèn)識和理解，該部分內(nèi)容從存儲單位、存儲介質(zhì)、存儲體系、存儲擴(kuò)充等方面進(jìn)行介紹。

計算機(jī)中最小的存儲單元是位bit（比特），而常用的存儲單位為B， KB， MB， GB， TB， EB， ZB， YB， BB。bit只存放一位二進(jìn)制數(shù)（0或1），8個二進(jìn)制位組成一個字節(jié)（B），字節(jié)是經(jīng)常常用的單位。計算機(jī)中存儲數(shù)據(jù)的介質(zhì)是用來存放不連續(xù)物理量的存儲器。存儲器主要由半導(dǎo)體和磁性材料制成，如磁帶、磁盤、U盤等；計算機(jī)系統(tǒng)中的存儲系統(tǒng)是分層的，分為緩存、主存、輔存三級。緩存主要用來緩和主存與CPU速度不一致的問題。輔存可以用來擴(kuò)大存儲空間。

2.3 安全思維

當(dāng)前，信息安全無處不在。通過向中學(xué)生講授安全思維，可以加強(qiáng)學(xué)生的信息安全和數(shù)據(jù)安全意識，增強(qiáng)學(xué)生從多方面、多角度、多渠道對信息進(jìn)行加密、監(jiān)控、備份等保護(hù)措施的能力，進(jìn)一步體會信息安全的重要意義和必要性。安全思維的建立主要從物理安全、數(shù)據(jù)安全、病毒感染和網(wǎng)絡(luò)安全這幾方面進(jìn)行講授。

物理安全主要包括計算機(jī)存儲設(shè)備故障、電源故障、自然災(zāi)害、磁干擾等。針對不同的安全問題可以不同的手段進(jìn)行處理以保障物理安全。

數(shù)據(jù)安全主要涉及數(shù)據(jù)保護(hù)的問題，為此就需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，這包括文件加密和數(shù)據(jù)傳輸加密。

計算機(jī)病毒是一段隱藏的小程序，與其他程序一樣可以運(yùn)行，但它能使正常程序運(yùn)行出現(xiàn)異常。為了避免病毒侵襲，要謹(jǐn)慎打開來路不明的軟件和移動設(shè)備，并可以使用殺毒軟件定期對系統(tǒng)進(jìn)行檢測或清除病毒。

網(wǎng)絡(luò)安全主要包括黑客入侵和網(wǎng)絡(luò)控制兩方面的內(nèi)容。黑客通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程系統(tǒng)的漏洞和管理方面的漏洞等，以多種形式入侵系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)控制主要權(quán)限限制、控制訪問等方面，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下制定一定的安全策略。網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)主要包括三類：隱藏、訪問控制和密碼學(xué)。

2.4 算法思維

為了培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)問題求解能力和計算機(jī)應(yīng)用水平，要強(qiáng)化學(xué)生對計算機(jī)科學(xué)的認(rèn)知，使之掌握數(shù)據(jù)處理與問題求解的基本方法與手段、正確的科學(xué)思維模式。為此，這就需要將常見算法中所蘊(yùn)含的思維滲透到日常教學(xué)中。

算法設(shè)計中的每種算法都是一種通用解題策略，具備計算思維特性，可在多個領(lǐng)域應(yīng)用。下面從計算思維的角度，對中學(xué)信息技術(shù)課程中常用的算法進(jìn)行簡單分析，揭示其規(guī)律，望能為學(xué)生對相關(guān)領(lǐng)域中問題的求解提供方法指導(dǎo)。

枚舉也叫窮舉，指的是將問題解的集合一一列舉出來，并根據(jù)相應(yīng)問題制定的檢驗條件來挑選出有用的解，最終找到真正的解。

遞歸，用自己的情況簡單地解決自己的問題。遞歸在程序設(shè)計中非常有效，使用遞歸策略能編寫簡單、清晰地程序。

分治策略，就是將復(fù)雜問題分解成兩個或多個相同或相近的簡單問題，簡單問題又可以被繼續(xù)分解成更小的簡單問題，一直到簡單問題能被直接求解，那么原始的復(fù)雜問題就可由簡單問題合并解決。

貪心策略，在對問題求解時，只是確保當(dāng)前求解的部分是最好的，但不從整體上判斷它是否合適，因此該策略是在選擇局部最優(yōu)解。

2.5 操作思維

將涉及操作的知識內(nèi)容進(jìn)行重新歸納和整理，就形成了“操作思維”。通過操作實踐能夠提高學(xué)生的動手能力，進(jìn)一步體會計算機(jī)操作的簡便和效率。

根據(jù)操作的對象不同，可將操作分為軟件操作和硬件操作。當(dāng)前，軟件多種多樣，功能也不盡相同。同樣，硬件設(shè)備也是如此。為此，需要從變化中找出不變，通過對大量軟件和硬件的分析，我們發(fā)現(xiàn)相同類別的軟件或硬件設(shè)備，其操作行為都是相近的。軟件方面，比如當(dāng)前流行的辦公軟件： MS office和WPS；數(shù)據(jù)庫軟件：MS SQLSERVER和 Oracle；硬件方面，不同公司生產(chǎn)的鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等。當(dāng)前的軟件大都是圖形用戶界面，用戶只要通過對形象化的窗口、菜單、按鈕等進(jìn)行操作就可完成相應(yīng)的任務(wù)。比如說菜單，它是系統(tǒng)可以完成的任務(wù)以層次的方式顯示出來的一個界面。命定的層次根據(jù)應(yīng)用程序的不同而不同，一般重視文件的操作、編輯功能放在最左邊，然后往右有各種設(shè)置等操作。同樣，比如說電腦配備的硬件設(shè)備鼠標(biāo)，雖然不同公司生產(chǎn)的鼠標(biāo)的造型、外觀有一定差別，但鼠標(biāo)所具有的功能基本都一致，都有左鍵和右鍵，最多再有個中鍵或滾輪。對鼠標(biāo)能進(jìn)行的操作也都一樣，都是單擊、雙擊、單擊右鍵這些相似的操作。

既然相同類別的軟件或硬件都具有相似的操作，那么這為中學(xué)計算機(jī)課程的教學(xué)提供了思路，只需將某一具體的軟件或硬件設(shè)備的操作知識交給學(xué)生，就能培養(yǎng)學(xué)生達(dá)到舉一反三、觸類旁通的作用。

3 基于計算思維能力培養(yǎng)的中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)案例

本節(jié)將《多媒體文字處理軟件》作為教學(xué)案例，以制作電子報刊為目的，將各知識點進(jìn)行串聯(lián)和融合，培養(yǎng)學(xué)生的操作思維等計算思維能力。

教學(xué)目的：為了讓學(xué)生熟悉軟件的圖形用戶界面，以掌握多媒體文字處理軟件的功能為例，制定學(xué)習(xí)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)生的信息意識和審美能力，培養(yǎng)學(xué)生的操作思維。

教學(xué)內(nèi)容：以現(xiàn)實世界的實際需求為引子，為學(xué)生指定任務(wù)，具體授課過程如下所示。

1）先給學(xué)生展示一下電子報的多個范本。向?qū)W生提問：這么多漂亮富有創(chuàng)意的電子報是如何制作的呢？這其實就可以用我們今天所講的多媒體文字處理軟件做出來，那我們今天一起來做一份屬于自己的電子報吧！我們今天所使用的多媒體文字處理軟件具有處理圖形、圖像、文字、表格等功能，為了表達(dá)我們想要表達(dá)的思想，按照信息的特點，選取合適的軟件來處理信息，我們可以選擇Word、WPS、PowerPoint、Dreamweaver、FrontPage等軟件來實現(xiàn)我們需要的功能。對一般的排版功能，選用WPS、Word、記事本、寫字板等就夠用了，要能實現(xiàn)內(nèi)容的表現(xiàn)形式多樣化，版式美觀、布局合理，易于檢索。

2）如果擺在大家面前有一款新軟件，你想去使用它，該怎么辦？這可先讓學(xué)生自己思考一下，然后讓大家彼此交流，最后由老師給出辦法。雖然大家沒接觸過新款軟件，但大家可以借助“幫助”命令學(xué)習(xí)使用該軟件，此時就能很好地體現(xiàn)了系統(tǒng)的向?qū)季S。

3）根據(jù)圖形用戶界面的特征，總結(jié)多媒體文字處理軟件的一般特點：

（1）程序窗口的頂部依次有標(biāo)題欄、菜單欄和工具欄，用戶可從其中選擇需要的功能。

（2）在執(zhí)行功能之前，先選擇相應(yīng)的對象。

（3）執(zhí)行操作的結(jié)果能直接顯示出來，達(dá)到“所見即所得”的效果。

其他相關(guān)的軟件其實也相近的圖形界面，比如Powerpoint， Dreamweaver等，但又因為具體的應(yīng)用和要求不同而不同。即使如此，界面也大致相同，在此可以培養(yǎng)學(xué)生觸類旁通的學(xué)習(xí)能力、知識拓展的能力等操作思維。

4）讓學(xué)生自己動手花時間學(xué)習(xí)軟件的功能及基本操作。多媒體文字處理軟件的常用操作需要學(xué)生熟悉，比如打開、關(guān)閉、新建、復(fù)制、剪切、粘貼、撤銷、設(shè)置字體字號、插入圖片等。而關(guān)于其他一些功能，可以不介紹，需要學(xué)生自學(xué)。比如Word中設(shè)置圖片的版式：四周環(huán)繞、嵌入等，這些功能可由學(xué)生自主探究。經(jīng)過一定訓(xùn)練后，學(xué)生們最后就可以根據(jù)自己的想象力和創(chuàng)造力設(shè)計一份獨特的電子報。

5）考核學(xué)生所做的作業(yè)，并不斷進(jìn)行反思總結(jié)。

6）讓學(xué)生思考：要想使用某個軟件，是否非要先掌握該軟件的所有功能？學(xué)生回答：在實際應(yīng)用中能滿足需求，不一定非要掌握軟件所有功能。繼續(xù)提問：當(dāng)前我有一個高版本的word軟件，其界面不同于前面所用的版本，外觀已經(jīng)發(fā)生了變化，那大家還能認(rèn)出來嗎？最后提問：在我們一起學(xué)習(xí)完word軟件后，辦公系列軟件中其他軟件，比如說Power Point軟件，如果讓大家自學(xué)，你們能不能做到呢？通過同類知識遷移，鼓勵學(xué)生多思考多實踐，觸類旁通地自學(xué)相關(guān)軟件。

教學(xué)總結(jié)：

1）教學(xué)中，通過對某一具體軟件的學(xué)習(xí)之后，所學(xué)知識可用于學(xué)習(xí)其他的軟件，這就是學(xué)生的知識遷移能力。并充分利用學(xué)生的好奇心和敢于挑戰(zhàn)困難的心理，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，完成剩余內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

2）通過針對具體任務(wù)的操作，可以擴(kuò)展到一類操作，進(jìn)而能歸納出具有共性的操作模式，這樣能使學(xué)生觸類旁通地使用其他軟件，達(dá)到操作思維的培養(yǎng)目標(biāo)。

4 結(jié)束語

本文從中學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)的內(nèi)容出發(fā)，對其進(jìn)行歸納分析，總結(jié)出幾種思維模式，并分析了他們之間的關(guān)系，更加注重可持續(xù)發(fā)展的計算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)，并給出了相應(yīng)的教學(xué)案例。將計算思維融入到中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并為培養(yǎng)出具有計算思維能力的創(chuàng)新人才作出有益探索。

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