淺談計算思維在初中信息教學(xué)中的培養(yǎng)

孫承志

摘 要： 計算思維是信息技術(shù)課程中一項十分重要的培養(yǎng)目標(biāo)，本文就計算思維的概念入手，探討培養(yǎng)初中生計算思維的教學(xué)方法，并舉出一些具體的實例。

關(guān)鍵詞： 計算地位;初中信息教學(xué);培養(yǎng)

一、 引言

計算思維是當(dāng)前社會信息技術(shù)教育領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注和重視的內(nèi)容。在國外，中小學(xué)的信息技術(shù)教學(xué)十分重視對于學(xué)生的計算思維的培養(yǎng)，把其當(dāng)作是信息技術(shù)教學(xué)的目標(biāo)之一。而在國內(nèi)，教育部門也同樣十分重視計算思維培養(yǎng)，2017年7月8日，國務(wù)院辦公室印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，文件中明確提出“實施全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學(xué)軟件、游戲的開發(fā)和推廣”。而編程教育的核心，就是計算思維的培養(yǎng)。在國內(nèi)外都如此重視計算思維培養(yǎng)的情況下，我們應(yīng)當(dāng)以此尋求在信息技術(shù)教學(xué)中有效培養(yǎng)學(xué)生計算思維的方法。

二、 計算思維的概念與內(nèi)涵

計算思維最早是在2006年由周以真教授在美國計算機權(quán)威刊物中提出的，他認(rèn)為，計算思維就是運用計算機科學(xué)的基本概念進行問題的求解、系統(tǒng)設(shè)計等等思維活動。通俗地來說，計算思維是通過簡略、轉(zhuǎn)換和仿真等方法來把一個看起來比較困難的問題解釋成一個可以被人們認(rèn)知以及被解決的問題，實際上，它就是一個解決問題的過程。它包括了制定問題，選擇使用工具，組織分析數(shù)據(jù)，抽象模型，制定方案，解決問題，以及將解決問題的過程推廣到更加廣泛的過程中。

總的來說，我們可以這樣認(rèn)識計算思維：計算思維不是要求人類想計算機那樣思考，而是我們解決問題的一條途徑，它描述了放我們思考如何利用計算機去解決問題時的過程和方法。

三、 計算思維在初中信息技術(shù)教學(xué)中的培養(yǎng)

計算思維是由算法思維、分解、抽象以及概括這四個方面構(gòu)成的，在初中信息技術(shù)教學(xué)中，教師要尤其關(guān)注學(xué)生在這四個方面的能力提升，從而有效全面地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。在信息技術(shù)課程當(dāng)中，教師對于學(xué)生計算思維的關(guān)注體現(xiàn)在教師開展算法與程序設(shè)計的教學(xué)，這是目前初中信息技術(shù)課程中比較普遍出現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容，但是，要知道，計算思維不能用算法思維的好壞來衡量，計算思維是一種全面的，全過程的，嚴(yán)密的思維，并不僅僅只是算法思維，這是許多教師對于計算思維的認(rèn)知錯誤。而對于學(xué)生的計算思維的培養(yǎng)，也不僅需要程序設(shè)計的教學(xué)，其他教學(xué)內(nèi)容要也相輔相成，目的在于全方位地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

教師可以設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)活動來培養(yǎng)學(xué)生某一方面的計算思維，也可以對教學(xué)活動進行整合，綜合地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

（一） 培養(yǎng)學(xué)生的算法思維。算法思維，是計算思維的核心。教師要重視對學(xué)生算法思維的培養(yǎng)，比如，在教授“算法與程序”的相關(guān)知識時，教師可以通過猜數(shù)字的游戲來實現(xiàn)學(xué)生對算法的初步認(rèn)知。具體做法是教師自己選擇1到100之間的任意一個數(shù)字，讓學(xué)生進行猜測，這個數(shù)字是什么？學(xué)生可以向老師詢問，老師用“是”或者“否”來進行回答，并且規(guī)定每個學(xué)生只能向老師詢問一次。第一次，教師可選擇1到100之間的任意數(shù)字，讓學(xué)生進行隨機猜測。第二次，教師則選擇1到100之間的任意一個數(shù)字，讓學(xué)生按順序進行猜測，如“是1嗎？”“是2嗎？”引導(dǎo)學(xué)生依次進行詢問猜測，并且允許他們有更多的機會進行猜測，最后與學(xué)生解釋這就是所謂的線性查找，讓學(xué)生在游戲中體會概念的含義。第三次，教師再次選擇1到100之間的任意一個數(shù)字，請同學(xué)們猜，猜之前教師向?qū)W生透露這個數(shù)字是小于100，所以建議他們問“是小于50嗎？”，然后再問“是少于25嗎？”告訴學(xué)生以保持減半直到猜到這個數(shù)字，并向?qū)W生解釋這就是二分查找。在這樣的游戲當(dāng)中，學(xué)生不僅能夠調(diào)動起自身參與課堂的興趣，還能在游戲中實踐和體會概念。在進行三次猜測數(shù)字游戲之后，教師可讓學(xué)生比較哪個方法是最快的。當(dāng)他們熟悉了二分查找法之后，可以進一步地帶領(lǐng)他們使用1到1000的數(shù)字來進行游戲。

在游戲中，學(xué)生切身體會解決問題的過程和步驟，體驗使用同一種方法來解決不同問題的實踐，通過總結(jié)和歸納不同解決方法的共同之處來更好地理解，從而培養(yǎng)學(xué)生的算法思維。

（二） 培養(yǎng)學(xué)生的分解思維。在“計算機硬件組成”的課堂教學(xué)中，教師可以利用實物進行教學(xué)，以一臺舊的桌面電腦為例，將這臺電腦拆開來，向?qū)W生展示和介紹電腦的硬件組成部分，而這個時代的學(xué)生，本身接觸電腦十分早，一些學(xué)生甚至?xí)邆洳糠值碾娔X基礎(chǔ)知識，教師也可邀請具有一定經(jīng)驗基礎(chǔ)的學(xué)生上臺進行介紹。讓學(xué)生在實物展示中了解計算機是由一些小組件形成的系統(tǒng)。雖然教師利用插圖也可以讓學(xué)生掌握知識，但是實物展示更能讓學(xué)生體會到計算機硬件的精密和復(fù)雜，通過拆解計算機來培養(yǎng)學(xué)生分解地認(rèn)識，培養(yǎng)解決問題的能力。

（三） 培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維。在教授“Flash動畫設(shè)計與制作”的課堂中，教師可以設(shè)計一個實際背景，讓學(xué)生在創(chuàng)設(shè)的實際背景下進行實操。例如，要求學(xué)生制作一個乒乓球比賽的動畫，需要學(xué)生模擬出乒乓球是如何移動的，以及是如何反彈的，在設(shè)計動畫的時候是否需要忽略空氣阻力、重力影響和旋轉(zhuǎn)等因素。這些都是學(xué)生在制作和設(shè)計動畫時需要去思考的，這就是運用動畫去模擬現(xiàn)實情境帶來的復(fù)雜性。這就告訴學(xué)生們，在利用計算機進行問題解決時，要明確問題的要求，進行數(shù)據(jù)分析和建構(gòu)，同時，要思考是否需要忽略一些細(xì)節(jié)問題，因此，抽象思維在計算機解決問題的過程中十分重要。

（四） 培養(yǎng)學(xué)生的概括能力。在“位圖和矢量圖”的認(rèn)知課堂中，教師可以在學(xué)生學(xué)習(xí)了位圖概念之后，通過展示大量的矢量圖實例來凸顯出矢量圖的性質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生將位圖和矢量圖進行對比，找出他們之間的相同點和差異，再根據(jù)他們之間的異同進行概括，了解它們的本質(zhì)屬性和概念。在具體的教學(xué)過程中，教師要有意識地引導(dǎo)學(xué)生尋找新舊知識之間的聯(lián)系，在已有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上運用遷移規(guī)律學(xué)習(xí)新知識。

四、 結(jié)語

計算思維是現(xiàn)代信息技術(shù)課程中的重要培養(yǎng)目標(biāo)之一，我們需要教授給學(xué)生的不僅僅是知識，而是方法，還有受益于一生的思維模式，讓學(xué)生能夠在信息技術(shù)學(xué)習(xí)的過程中，不斷提高自身解決問題的能力。

參考文獻：

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