融入計(jì)算思維的軟件應(yīng)用教學(xué)研究

高士娟+曹恒來+丁婧

【摘 要】目前，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)備受關(guān)注，相關(guān)教學(xué)研究多集中在程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容上，對軟件應(yīng)用教學(xué)涉及較少。為探索計(jì)算思維在軟件應(yīng)用教學(xué)中的培養(yǎng)，本文在ISTE和CSTA給出的計(jì)算思維操作性定義指導(dǎo)下，在“表格信息加工”教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“分解形成問題——建構(gòu)模型——邏輯化組織數(shù)據(jù)——自動(dòng)化計(jì)算——推廣”的學(xué)習(xí)之旅，努力擺脫軟件應(yīng)用教學(xué)中單純技能操作的局限，從思維層面提升學(xué)生利用信息技術(shù)解決問題的能力。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維；軟件應(yīng)用教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G712 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2017）05-0053-04

以卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授為代表的研究者認(rèn)為，計(jì)算思維可以成為讀、寫、算之后的第四種基本能力，將在本世紀(jì)中葉成為人人必備的基本技能[1]。計(jì)算思維提出了面向問題解決的系列觀點(diǎn)和方法，這些觀點(diǎn)和方法有助于人們更加深刻地理解計(jì)算的本質(zhì)和計(jì)算機(jī)求解問題的核心思想，引起了學(xué)界的廣泛共鳴，教學(xué)者也開始關(guān)注如何通過課程教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，并將其視為信息技術(shù)課程的內(nèi)在價(jià)值[2]。

計(jì)算思維的含義與發(fā)展

計(jì)算思維不是今天才有的，只是與之前相比，計(jì)算思維已經(jīng)深入到了前所未有的廣闊領(lǐng)域。人們對計(jì)算思維的理解也存在多樣性，存在著問題解決說、抽象說、自動(dòng)化說、構(gòu)造說等多種不同認(rèn)識(shí)，其中“問題解決說”得到了比較多學(xué)者和機(jī)構(gòu)的認(rèn)同[3]。

2006年，周以真教授首次明確提出了計(jì)算思維的概念：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[4]。2011年，她修正了相關(guān)描述，認(rèn)為“計(jì)算思維是形式化表達(dá)問題和解決方案，使之成為能夠被信息處理代理有效執(zhí)行的思維過程”[5]。中國科學(xué)院計(jì)算所李國杰院士在第26屆全國青少年信息學(xué)奧林匹克競賽開幕式上發(fā)言時(shí)指出：“計(jì)算思維運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為，它選擇合適的方式陳述一個(gè)問題、對一個(gè)問題的相關(guān)方面建模，并用最有效的辦法實(shí)現(xiàn)問題求解?！庇始铱茖W(xué)院將計(jì)算思維定義為認(rèn)識(shí)周圍世界所存在的不同層次的計(jì)算，應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)工具和技術(shù)理解并辨析自然系統(tǒng)和人工系統(tǒng)及其運(yùn)行過程[6]。這些定義強(qiáng)調(diào)了計(jì)算思維在問題解決過程中的作用，描述了計(jì)算思維的外延，但從操作層面上來說，操作性不佳。

2011年，國際教育技術(shù)協(xié)會(huì)（ISTE）聯(lián)合計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（CSTA）共同給出了計(jì)算思維的操作性定義。計(jì)算思維是一個(gè)問題解決的過程，該過程包括確認(rèn)問題、分析數(shù)據(jù)、抽象、設(shè)計(jì)算法、選擇最優(yōu)方案、推廣六大要素[7]。在這個(gè)過程中，首先需要形成一個(gè)能夠用計(jì)算機(jī)和其他工具來解決的問題，在此基礎(chǔ)上有邏輯地組織和分析數(shù)據(jù)，通過抽象（例如模型、仿真）的方法來表示數(shù)據(jù)，通過算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的解決方案，并確定、分析和實(shí)施可行的解決方案，最后將解決方案進(jìn)行總結(jié)，以遷移到更廣泛的問題解決與應(yīng)用中。這樣，基于計(jì)算思維的較為清晰的問題解決步驟出現(xiàn)了。

信息技術(shù)課程中軟件應(yīng)用內(nèi)容教學(xué)現(xiàn)狀

信息技術(shù)課程以全面提升學(xué)生的信息素養(yǎng)作為課程總目標(biāo)，課程內(nèi)容包括“信息技術(shù)基礎(chǔ)”一個(gè)必修模塊，“算法與程序設(shè)計(jì)”“多媒體技術(shù)應(yīng)用”“網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用”“數(shù)據(jù)管理技術(shù)”“人工智能初步”五個(gè)選修模塊。在這些課程中，有相當(dāng)部分內(nèi)容要求學(xué)生能夠使用文字處理、表格處理、圖像處理、音頻處理、視頻處理、網(wǎng)頁制作等各種應(yīng)用軟件解決實(shí)際的具體問題。

然而，由于缺少思想和方法層面的支撐，使得軟件應(yīng)用類教學(xué)存在著諸多問題。如只停留于單個(gè)軟件菜單功能的教學(xué)，不注意提煉不同軟件界面風(fēng)格一致性，歸納它們使用方法的共通之處，從而教會(huì)學(xué)生使用這一類技術(shù)或工具解決問題的基本策略和基本方法，也就無法實(shí)現(xiàn)有效遷移和學(xué)生發(fā)展之目的[8]；只注意教會(huì)學(xué)生軟件的操作技能，而沒有將這些技能揉合于與學(xué)生生活密切相關(guān)的具體情境之中，這種去情境化的教學(xué)使學(xué)生難以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的靈活應(yīng)用，帶來的是孤立的知識(shí)與零散的技能，缺少了解決問題能力的培養(yǎng)；為了應(yīng)付考試，只讓學(xué)生練習(xí)與考試相關(guān)的所謂“操作題”，而在這些操作題中，學(xué)生只能使用某種預(yù)設(shè)的操作方式，而不能根據(jù)自己的個(gè)人情況，自由選擇軟件、自由選擇功能、自由選擇方法去解決問題，只能檢測學(xué)生對特定軟件某個(gè)微觀層面上功能的掌握情況，無法檢測學(xué)生基于大眾信息技術(shù)工具的問題解決能力[9]；日常教學(xué)主要以教師的講解演示和學(xué)生的機(jī)械模仿為主，忽略了學(xué)生探究能力的培養(yǎng)，即使有所謂的探究環(huán)節(jié)，也只是把詳細(xì)的操作步驟以“操作秘籍”的形式教給學(xué)生，這種極其詳盡的學(xué)習(xí)資源使學(xué)生失去了探究的空間，也失去了學(xué)習(xí)的熱情。

當(dāng)前的這種教育方式忽視了學(xué)生能力的培養(yǎng)，使得學(xué)生的思維方式僵化，缺乏發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的思維能力，失去探究的積極性，學(xué)生只能停留于淺表層面而缺乏創(chuàng)新能力，無法應(yīng)對復(fù)雜局面，不能解決面對的新問題，阻礙了學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展。

軟件應(yīng)用教學(xué)中融入計(jì)算思維的意義

計(jì)算思維的根本目的是解決問題。在信息技術(shù)課程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，確立以信息技術(shù)解決問題的概念、方法與原理為主的穩(wěn)定的課程內(nèi)容，真正擺脫軟件操作的局限，可以提高學(xué)生利用信息技術(shù)解決問題的能力，使信息技術(shù)課程從實(shí)用性教育轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)性教育。

但是，通過對現(xiàn)有研究的梳理發(fā)現(xiàn)，盡管計(jì)算思維不僅僅是程序設(shè)計(jì)，但是程序設(shè)計(jì)仍然是理解計(jì)算思維的最佳途徑。在設(shè)計(jì)問題求解方法時(shí)，會(huì)用到遞推法、迭代法、遞歸法等；在維護(hù)和修正程序的過程中，要用到測試和調(diào)試的技術(shù)……這些技術(shù)都是計(jì)算思維中的核心概念[10]。所以在程序設(shè)計(jì)課程中引入“計(jì)算思維”，以培養(yǎng)計(jì)算思維為核心的程序設(shè)計(jì)教學(xué)研究屢見不鮮。

實(shí)際上，軟件應(yīng)用類的學(xué)習(xí)同樣符合計(jì)算思維中通過工具實(shí)現(xiàn)問題解決的目標(biāo)。計(jì)算思維的操作性定義和特征描述，為通過軟件應(yīng)用的學(xué)習(xí)進(jìn)行計(jì)算思維能力培養(yǎng)提供了可能。通過這種思路對軟件應(yīng)用開展學(xué)習(xí)，不僅有助于快速掌握軟件操作，也從軟件產(chǎn)品的角度學(xué)習(xí)了一個(gè)技術(shù)制品的整體架構(gòu)和處理過程，也可以從設(shè)計(jì)層面深入理解計(jì)算思維[11]。軟件應(yīng)用教學(xué)中常常借助層層遞進(jìn)的系列活動(dòng)引領(lǐng)課堂教學(xué)，而計(jì)算思維則可以為各個(gè)活動(dòng)提供切實(shí)可行的具體操作思路和方法，以提高學(xué)生的問題求解能力。同時(shí)，各種應(yīng)用軟件都具有自己獨(dú)特的功能和操作流程，這也體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用不同工具解決特定類型的問題。所以，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)需要一系列的軟件應(yīng)用學(xué)習(xí)作支撐和拓展，以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維解決各種問題。