高中信息技術(shù)教學(xué)與計(jì)算思維培養(yǎng)

沈麗萍

當(dāng)前信息技術(shù)教育已經(jīng)超越了單純的計(jì)算機(jī)技術(shù)訓(xùn)練階段，發(fā)展成為與信息社會人才需求相適應(yīng)的信息素養(yǎng)教育。教材也把原來的詳細(xì)操作講解部分去掉，沿著信息的獲取、加工、表達(dá)、交流，管理和評價這個培養(yǎng)信息素養(yǎng)的主線一一展開。這樣的改變是因?yàn)橛?jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展給這個社會帶來巨大的沖擊。從最初的計(jì)算工具，到應(yīng)用工具，再到現(xiàn)在的對各行業(yè)的支撐，甚至融合，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)越來越重要，也越來越普及。信息技術(shù)課的價值不能僅是教授學(xué)生處理事情的知識和技能，更要培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用信息技術(shù)解決問題的思想和方法，提高他們解決問題的能力，應(yīng)對未來挑戰(zhàn)。

一、計(jì)算思維

計(jì)算思維（Computational Thinking）是2006年美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真（Jeannette M. Wing）教授提出并界定的①。周教授認(rèn)為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)、理解人類行為等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。它是人的，不是計(jì)算機(jī)的思維；它建立在計(jì)算過程的能力和限制之上的，不管這些過程是由人還是由機(jī)器執(zhí)行的。計(jì)算方法和模型給了我們勇氣去處理那些原本無法由任何個人獨(dú)自完成的問題求解和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

計(jì)算思維的提出，改變了計(jì)算機(jī)學(xué)科就是應(yīng)用工具學(xué)科的認(rèn)識，讓人們不再局限于計(jì)算機(jī)的知識和技能，而著眼于一種思維模式的發(fā)展。1972年的圖靈獎得主埃德斯加·狄克斯特拉（Edsgar Dijkstra）說：“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習(xí)慣，從而也將深刻地影響著我們的思維能力?！庇?jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展改變了我們的思維方式和習(xí)慣。計(jì)算思維所蘊(yùn)含的思想方法，已經(jīng)滲透到各種行業(yè)領(lǐng)域中，給它們的發(fā)展帶來巨大的改變。所以計(jì)算思維這個觀點(diǎn)一經(jīng)提出，就引起了世界各界的關(guān)注。

我國對計(jì)算思維的關(guān)注開始于2008年10月，高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會在桂林召開了關(guān)于“計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”的專題學(xué)術(shù)研討會，多數(shù)高校在研討會后分別在自己的高校開展了關(guān)于計(jì)算思維的研究。2010年5月，中國高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會要求，將計(jì)算思維融入到計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中去教授。2012年相關(guān)的書籍開始問世，如《計(jì)算思維導(dǎo)論》、《高等學(xué)?！笆濉惫舱n計(jì)算機(jī)規(guī)劃教材：計(jì)算思維基礎(chǔ)》、《計(jì)算思維：計(jì)算學(xué)科導(dǎo)論》等，對高校開展計(jì)算思維的培養(yǎng)作了一定的嘗試，同時也給了基礎(chǔ)教育階段一個示范和借鑒。

二、信息技術(shù)教學(xué)與計(jì)算思維培養(yǎng)

在基礎(chǔ)教育階段，計(jì)算思維被越來越多的提及，但如何培養(yǎng)計(jì)算思維仍處在理論規(guī)劃階段，計(jì)算思維的養(yǎng)成和訓(xùn)練還有待于教育工作者的實(shí)踐探索。高中信息技術(shù)課程的總目標(biāo)是提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，信息技術(shù)基礎(chǔ)的各章節(jié)沿著培養(yǎng)信息素養(yǎng)的主線，有側(cè)重地展開，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中總結(jié)和領(lǐng)悟其中的技術(shù)方法和技術(shù)思想。

唐培和在《計(jì)算思維：計(jì)算學(xué)科導(dǎo)論》中指出計(jì)算思維屬于哲學(xué)方法論的范疇，并指出計(jì)算思維可以分為廣義計(jì)算思維和狹義計(jì)算思維。廣義計(jì)算思維立足于計(jì)算科學(xué)的基本概念；狹義計(jì)算思維，則基于計(jì)算機(jī)學(xué)科的基本概念，是從計(jì)算學(xué)科的方法論出發(fā)，討論借助于計(jì)算機(jī)這一特定的工具如何求解客觀世界的實(shí)際問題②。衍生到高中信息技術(shù)學(xué)科中，人在借助信息技術(shù)工具解決實(shí)際問題時進(jìn)行的思想活動過程，正是典型的計(jì)算思維。

1.學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)家的方法、思想

科技人員為了讓計(jì)算機(jī)能夠幫助我們解決問題，通過對應(yīng)、轉(zhuǎn)換、抽象、分解等思維活動，化繁為簡，讓計(jì)算機(jī)成為人人都能熟練掌握的應(yīng)用工具。如漢字信息處理研究，當(dāng)初計(jì)算機(jī)只能處理英文，要讓計(jì)算機(jī)能處理漢字，首先要對漢字進(jìn)行編碼（音碼、形碼等），讓每個漢字同計(jì)算機(jī)能夠處理的通用字符代碼集合建立一種對應(yīng)關(guān)系，再利用計(jì)算機(jī)對通用字符代碼的處理，進(jìn)行存儲、加工處理、傳輸?shù)龋詈蟀凑胀瑯拥膶?yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換為漢字字形庫的對應(yīng)序號，輸出設(shè)備通過字型碼將漢字顯示出來。在信息技術(shù)學(xué)習(xí)過程中了解信息技術(shù)工具的工作原理，也就了解了科技人員解決問題的方法、策略。

2.在方法論的層面上，開展信息技術(shù)課程

知識、技能從來都是不完整的，我們需要思維。在教授學(xué)生知識、技能的過程中，讓學(xué)生在一定的技術(shù)基礎(chǔ)上，學(xué)會獨(dú)立思考，學(xué)會解決問題的方法、思想，從而培養(yǎng)他們實(shí)際處理問題的能力和創(chuàng)新意識。

如表格信息加工，技術(shù)的教授適合放在一個開放性的情境設(shè)定中，讓學(xué)生思考完成這樣一份數(shù)據(jù)分析，需要用到哪些方法，涉及哪些問題——計(jì)算、查找、排序、篩選、以及批量運(yùn)算如何解決等等。通過自己的思考，比較自己的思想和計(jì)算機(jī)處理問題方法的不同，學(xué)會在利用信息技術(shù)工具的基礎(chǔ)上，解決實(shí)際的問題，提高自身的信息素養(yǎng)。

計(jì)算思維是人的思維并面向所有領(lǐng)域，是個寬泛的概念，并沒有確切的定義，提出計(jì)算思維的周教授只是給了它一定的界定，大家對它的理解多種多樣，所做的實(shí)踐也是在周教授的界定中進(jìn)行著摸索、探究。相信不久的將來，計(jì)算思維這個概念會在人們的研究實(shí)踐中越來越完善越來越清晰。

思維科學(xué)的研究表明，思維是有規(guī)律的，并可以在潛移默化的教授中得到發(fā)展。預(yù)計(jì)不久的將來，教育各界都將參與到計(jì)算思維培養(yǎng)課程的設(shè)計(jì)和實(shí)踐中來，各個學(xué)段都將開展相關(guān)課程，計(jì)算思維會成為人人熟知的思維方式，給生活、生產(chǎn)帶來深遠(yuǎn)的影響。

【注釋】

① J. M. Wing， Computational Thinking， Communications of ACM， Vol.49， No.3， March 2006， pp.33-35.

② 唐培和、徐奕奕 編著. 計(jì)算思維：計(jì)算學(xué)科導(dǎo)論[M]. 電子工業(yè)出版社.

（作者單位：江蘇省如皋市長江高級中學(xué)）