基于計(jì)算思維的高中信息技術(shù)課堂教學(xué)研究

任云

摘要：信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已深度融入社會(huì)，改變著人們的學(xué)習(xí)與生活方式，“計(jì)算思維”也從計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)概念逐漸成為時(shí)代公民適應(yīng)社會(huì)發(fā)展必備的思維能力。“計(jì)算思維”成為高中信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)的關(guān)注熱點(diǎn)，而具有計(jì)算思維品質(zhì)將成為高中生學(xué)習(xí)能力的新趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：高中；信息技術(shù)；核心素養(yǎng)；計(jì)算思維

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）20-0101-02

2018年新一輪課改中，高中信息技術(shù)課程目標(biāo)明確了圍繞“信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任”四個(gè)方面的“核心素養(yǎng)”的培養(yǎng)，“計(jì)算思維”的作為核心素養(yǎng)的重要部分首次提出。當(dāng)下信息技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已深度融入社會(huì)，改變著人們的學(xué)習(xí)與生活方式，“計(jì)算思維”也從計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)概念逐漸成為信息時(shí)代的公民適應(yīng)社會(huì)發(fā)展必備的思維能力。近年來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維成為高中信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)的關(guān)注熱點(diǎn)，而具有計(jì)算思維品質(zhì)也將成為高中生學(xué)習(xí)能力的新趨勢(shì)。筆者作為一線教師將結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐案例談一談對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

1 計(jì)算思維的概述

何為“計(jì)算思維”？美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授對(duì)計(jì)算思維做出了界定，他認(rèn)為計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類(lèi)行為理解的涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。結(jié)合以上觀點(diǎn)，我認(rèn)為計(jì)算思維的培養(yǎng)主要是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中利用計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)幫助，抽象、系統(tǒng)地解決問(wèn)題的一系列思維活動(dòng)，從而形成的內(nèi)在思維品質(zhì)和能力。

2 目前高中生“計(jì)算思維”培養(yǎng)的現(xiàn)狀分析

2.1課程目標(biāo)及教材內(nèi)容缺乏對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)的指導(dǎo)意見(jiàn)

2003版課標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息的獲取、加工、管理、表達(dá)與交流的信息素養(yǎng)，十多年過(guò)去，這個(gè)目標(biāo)已不能滿足新時(shí)代學(xué)生的需求。對(duì)于學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)我認(rèn)為必須“編程”先行，編程中的算法思想、算法設(shè)計(jì)對(duì)“計(jì)算思維”的培養(yǎng)直接而深入。然而目前高中信息技術(shù)必修部分僅有一個(gè)子章節(jié)，2課時(shí)左右讓學(xué)生了解利用編程解決問(wèn)題的思路， 對(duì)于編程學(xué)生只能“讀”和“看”談不上“寫(xiě)”和“算”，用“一面之緣”“擦肩而過(guò)”這些詞語(yǔ)完全可以表達(dá)目前高中學(xué)生對(duì)于信息的編程加工的熟悉程度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上具有計(jì)算思維的能力。當(dāng)然2018年新課改后，課程內(nèi)容中將增加一個(gè)重要的模塊，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，要求學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)生活場(chǎng)景進(jìn)行抽象，用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)邏輯關(guān)聯(lián)，學(xué)會(huì)程序化解決問(wèn)題的思路，值得期待！

2.2教師對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的意識(shí)不足

近年來(lái)“計(jì)算思維”作為新的理念被提出，而在此之前很多高中信息技術(shù)教師會(huì)認(rèn)為“計(jì)算思維”是高校領(lǐng)域要研究的問(wèn)題，特別是計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生所必須具備的思維能力。這樣的誤解很容易在高中階段的教學(xué)中忽略學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，老師們會(huì)更關(guān)注學(xué)生信息技術(shù)應(yīng)用及設(shè)計(jì)作品的能力，以及學(xué)生設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng)，盡管在如平面設(shè)計(jì)，網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理的課堂中也會(huì)滲透一點(diǎn)“計(jì)算思維”的訓(xùn)練，但這樣的滲透是邊緣的。

2.3高中生對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)識(shí)缺乏興趣

高中學(xué)生經(jīng)歷了小學(xué)、初中的信息技術(shù)學(xué)習(xí)，已具備基本的信息素養(yǎng)，能夠熟練運(yùn)用一些計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行日常的信息收集加工表達(dá)等活動(dòng)。目前學(xué)生的信息技術(shù)水平主要在常規(guī)應(yīng)用操作上，而要他們從平面的感性設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向抽象的、邏輯的理性思考，通過(guò)算法求解問(wèn)題幾乎不能完成甚至缺乏思路。由于缺少計(jì)算思維的訓(xùn)練，很多同學(xué)不愿意改變所熟悉計(jì)算機(jī)使用方式，認(rèn)為編程太難了，有畏難情緒也不想動(dòng)腦筋。

3 課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生“計(jì)算思維”的策略

由于培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算思維”將是未來(lái)高中信息技術(shù)課堂教學(xué)的重點(diǎn)之一，作為一線教師，近兩年來(lái)，我開(kāi)始關(guān)注在課堂中學(xué)生“計(jì)算思維”的培養(yǎng)，主要增加了程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)課時(shí)，以案例引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考。下面我結(jié)合課堂案例談?wù)剬?duì)于學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的幾點(diǎn)想法：

3.1案例教學(xué)法貼近生活，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

對(duì)“計(jì)算思維”的培養(yǎng)，是希望學(xué)生能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)的計(jì)算科學(xué)思想去解決生活的實(shí)際問(wèn)題，形成一種新的思維能力適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣思考問(wèn)題，而不是要求學(xué)生人人都能成為程序員會(huì)寫(xiě)代碼，所以對(duì)于零接觸的高中生，編程入門(mén)的學(xué)習(xí)內(nèi)容和難度必須要把握好。興趣是最好的老師，也是學(xué)生學(xué)習(xí)思考的動(dòng)力，如果一開(kāi)始就是語(yǔ)法規(guī)則、數(shù)據(jù)類(lèi)型這些枯燥的理論學(xué)習(xí)可能影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，所以以貼近生活、學(xué)生熟悉的情景案例引入，學(xué)生更容易接受和感興趣。例如：用vb設(shè)計(jì)一個(gè)“word編輯器”，學(xué)生都很熟悉word，字體、字號(hào)、顏色、樣式，設(shè)計(jì)這樣的小程序，會(huì)讓學(xué)生有一種設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)者的感覺(jué)，迅速?gòu)膽?yīng)用思維轉(zhuǎn)換到程序設(shè)計(jì)思維上，良好的開(kāi)端會(huì)有事半功倍的效果，利用這個(gè)小案例讓學(xué)生對(duì)于程序的界面、代碼、運(yùn)行有一個(gè)全面的了解?！笆謾C(jī)桌面助手”“桌面屏?！薄斑\(yùn)算器”等這些學(xué)生熟悉的問(wèn)題一個(gè)個(gè)由計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)來(lái)解決，既增加了學(xué)生的興趣，也收獲了成就感，案例教學(xué)讓學(xué)生“玩著學(xué)”“學(xué)著想”“想著學(xué)”潛移默化中提升了計(jì)算思維的能力。

3.2堅(jiān)持循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)方法，體驗(yàn)訓(xùn)練計(jì)算思維的樂(lè)趣

在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維過(guò)程中，堅(jiān)持由易到難，由簡(jiǎn)到繁，化難為易、化繁為簡(jiǎn)，逐步深化思考的過(guò)程，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維方式。例如程序的三個(gè)基本結(jié)構(gòu)中循環(huán)語(yǔ)句是學(xué)習(xí)的一個(gè)難點(diǎn)，這節(jié)課我做了這樣的設(shè)計(jì)，如下：

問(wèn)題一至三，要求逐步提高，學(xué)生活動(dòng)逐步煩瑣但思考不足，問(wèn)題四學(xué)生使用的方法和教師給出的循環(huán)結(jié)構(gòu)做對(duì)比，讓學(xué)生體會(huì)計(jì)算機(jī)處理問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)和計(jì)算思維的樂(lè)趣。問(wèn)題五則是引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的計(jì)算方法完成圖形繪制，從無(wú)意識(shí)的達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)到有意識(shí)地利用計(jì)算分析改變路線完成設(shè)計(jì)，整個(gè)過(guò)程中學(xué)生深刻體驗(yàn)到計(jì)算思維的魅力。

3.3 “項(xiàng)目式”推進(jìn)，提高學(xué)生計(jì)算思維的能力

“項(xiàng)目式”教學(xué)是近年來(lái)高中信息技術(shù)課程中教學(xué)實(shí)施中的一種重要方式，基于項(xiàng)目開(kāi)展教學(xué)，將項(xiàng)目任務(wù)貫穿幾個(gè)課堂，能使學(xué)生在真實(shí)的項(xiàng)目情景中，開(kāi)展一系列高度相關(guān)和連續(xù)的學(xué)習(xí)活動(dòng)?！绊?xiàng)目式”的推進(jìn)學(xué)習(xí)，有利于提升學(xué)生的計(jì)算思維能力，問(wèn)題的解決不局限于一堂課一種方法，而是運(yùn)用越來(lái)越好的方法去呈現(xiàn)。例如在vb入門(mén)時(shí)，學(xué)生掌握了用隨機(jī)函數(shù)制作一個(gè)“幸運(yùn)抽獎(jiǎng)”的程序，可這個(gè)程序有漏洞，可以作弊，并且只顯示學(xué)生的學(xué)號(hào)。后來(lái)介紹timer計(jì)時(shí)器時(shí)，我們將程序改進(jìn)，變成數(shù)字不停滾動(dòng)，避免了作弊的可能性，再到學(xué)習(xí)后面引用外部數(shù)據(jù)時(shí)，我們又將程序改進(jìn)為滾動(dòng)所有同學(xué)的姓名，具體過(guò)程如下：

圖2的設(shè)計(jì)過(guò)程中還有一個(gè)小插曲，一個(gè)班級(jí)如有47名同學(xué)，程序利用兩個(gè)顯示框何將47的個(gè)位和十位數(shù)分解顯示，如何將所有的同學(xué)包含在內(nèi)，這里面數(shù)字顯示范圍是值得思考的。很多同學(xué)會(huì)認(rèn)為左框“1-4”，右框“1-7”的范圍，錯(cuò)誤的設(shè)置會(huì)讓十幾位同學(xué)不在選取之列，這樣的問(wèn)題在編程學(xué)習(xí)過(guò)程中時(shí)常會(huì)有，每一次的改進(jìn)，都促進(jìn)了學(xué)生的思考與分析。圖三完成后，同學(xué)們?cè)谄聊簧峡吹阶约旱男彰粩嗵S顯示出來(lái)，情緒特別高漲，但是面對(duì)的新問(wèn)題是如何解決數(shù)據(jù)的溢出，項(xiàng)目式創(chuàng)建過(guò)程中，每一步都涉及數(shù)據(jù)分析、算法實(shí)現(xiàn)、人機(jī)交互等問(wèn)題，抽象、系統(tǒng)地解決問(wèn)題過(guò)程中很大程度地提升了學(xué)生計(jì)算思維的能力。

4 結(jié)語(yǔ)

由于新課標(biāo)，新課程還沒(méi)有正式開(kāi)展，以上只是筆者結(jié)合課堂實(shí)踐教學(xué)關(guān)于對(duì)高中學(xué)生“計(jì)算思維”培養(yǎng)的一些粗淺想法，還有諸多不足之處。早在1972年圖靈獎(jiǎng)得主艾茲格·迪杰斯特拉就提出“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”，高中學(xué)生作為新一代信息公民，具有計(jì)算思維品質(zhì)是大勢(shì)所趨，在今后的教學(xué)實(shí)踐中我將持續(xù)深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉向永、周以真計(jì)算思維改變信息技術(shù)課程[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2013.

[2] 董榮勝.計(jì)算機(jī)思維與計(jì)算機(jī)導(dǎo)論[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2009.

[3] 劉光蓉.以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013.

[4] 朱培棟，夏卓群，徐明.網(wǎng)絡(luò)時(shí)代計(jì)算思維的新發(fā)展[J].計(jì)算機(jī)教育，2014.

[5] 周彩萍基于核心素養(yǎng)的信息技術(shù)課程設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)研究[J].新課程，2016（36）.

[6] 黃杰.計(jì)算思維及其在信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].學(xué)園，2015.

[7] 葉紅，朱彩蘭..基于設(shè)計(jì)思維的教學(xué)案例分析[L].中國(guó)信息技術(shù)教育，2016.