淺談中學(xué)信息技術(shù)學(xué)科中計(jì)算思維能力的培養(yǎng)

劉莉

摘? ?要：本文首先介紹了計(jì)算思維的概念， 然后結(jié)合中學(xué)信息技術(shù)課程的特點(diǎn)，采用多樣化的課堂教學(xué)，重視加強(qiáng)學(xué)生的算法程序設(shè)計(jì)和編程能力， 信息技術(shù)與學(xué)科課程合理整合三方面給出了中學(xué)信息技術(shù)學(xué)科中計(jì)算思維能力培養(yǎng)的有效方法，為該學(xué)科中計(jì)算思維能力的培養(yǎng)提供相應(yīng)參考。

關(guān)鍵詞：中學(xué)信息技術(shù)學(xué)科;計(jì)算思維;程序設(shè)計(jì);課堂教學(xué)

新一輪課改提出我國基礎(chǔ)教育的總目標(biāo)是“發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)”。具體到每個學(xué)科就是“發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)”。信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)包括四個方面：“信息意識”、“計(jì)算思維”、“數(shù)字化學(xué)習(xí)”和“信息責(zé)任”。計(jì)算思維是人類三大科學(xué)思維方式之一，計(jì)算思維簡單地講，是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念，進(jìn)行分析并解決問題、設(shè)計(jì)程序、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方式[ 1 ]，所以計(jì)算思維的培養(yǎng)在信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)中顯得非常重要。如何在課程的實(shí)施過程中有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，筆者通過多年的中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累，結(jié)合這門課程的特點(diǎn)提出了可以從以下三個方面來多方位、有效、全面地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

1? 采用多樣化的課堂教學(xué)，多方位提升學(xué)生的計(jì)算思維能力

在信息技術(shù)課程中，老師可以用很多方法提高學(xué)生的計(jì)算思維能力。多樣化的課堂教學(xué)不僅可以讓學(xué)生學(xué)會操作系統(tǒng)內(nèi)的各種基本軟件的使用，而且可以了解由計(jì)算設(shè)備、人和信息組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的大致原理。通過多樣化的課堂教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算、邏輯、推理和設(shè)計(jì)能力，讓學(xué)生自主創(chuàng)作各種信息作品，提高學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維解決問題的能力。

在中學(xué)信息技術(shù)課教學(xué)活動設(shè)計(jì)中，教師可以從分解問題、關(guān)注點(diǎn)分離的思維、算法化思維、啟發(fā)式推理遞歸、抽象、自動化、優(yōu)化處理、可視化表達(dá)以及模塊化規(guī)劃等一個或多個方面來培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。例如：在中學(xué)信息技術(shù)課程《Scratch編程——游戲的設(shè)計(jì)》的教學(xué)過程中，學(xué)生進(jìn)行模仿設(shè)計(jì)，嘗試創(chuàng)作前往要設(shè)計(jì)動畫的腳本及弄清程序運(yùn)行的先后順序，在交流互動、完善修改程序時，通過運(yùn)行程序，可以找出錯誤代碼，找出錯誤的原因，調(diào)整后再運(yùn)行，觀察結(jié)果直到滿意。這一過程就培養(yǎng)了學(xué)生推理判斷及優(yōu)化處理的能力。

還有從《計(jì)算機(jī)硬件組成》一課的教學(xué)過程中，我們可以看得出，如果課堂教學(xué)時，教師把一些廢舊計(jì)算機(jī)交給學(xué)生們自行拆卸再拼裝，并且讓學(xué)生們自學(xué)，分組討論，再讓他們講出計(jì)算機(jī)各個硬件的名稱、位置和性能，信息的存儲、輸入和輸出的過程及信息容量存儲單位及換算，從而掌握本課的內(nèi)容。這樣的教學(xué)過程比教師邊播放圖片邊照本宣科，更能幫助學(xué)生思考和分析問題，學(xué)生在真實(shí)的情境中體驗(yàn)與實(shí)踐，促進(jìn)了他們計(jì)算思維的有效遷移。

2? 教學(xué)中重視算法程序設(shè)計(jì)，有效提升學(xué)生的計(jì)算思維能力

通過學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)，可以讓學(xué)生很好地體驗(yàn)算法思想。但是程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容在中學(xué)信息技術(shù)課中章節(jié)篇幅較少，各校一般用興趣小組或校本課程的形式開展教學(xué)，供特長生學(xué)習(xí)。長期以來， 不少學(xué)校教師和家長對科目關(guān)注不夠，認(rèn)為信息技術(shù)課只要掌握基本的計(jì)算機(jī)操作能力即可，不是高、中考科目，導(dǎo)致該課程地位低下。學(xué)生更愿意把時間花在學(xué)習(xí)主要科目上面，不重視信息技術(shù)課程，對信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)積極性不高，教師在教學(xué)過程中簡單教學(xué)，常常忽略了對學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

信息時代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息技術(shù)對人類社會經(jīng)濟(jì)、文化和生活的影響日益顯著。我們的世界也在朝著數(shù)字化、智能化和程序化方向發(fā)展。移動支付、智能家居、人臉識別等都讓人們的生活更加快捷、方便?；ヂ?lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)這些關(guān)鍵技術(shù)的快速發(fā)展，大家渴望了解更多，更希望通過學(xué)習(xí)利用這些技術(shù)來創(chuàng)新。有了這些需求，人們更加需要深入透徹地了解信息技術(shù)，也就是說，他們對計(jì)算機(jī)邏輯要有更深入和直觀的理解，具備計(jì)算思維。所以，更多的人們開始愿意接受“從小學(xué)習(xí)編程”這一理念。信息技術(shù)教師可以用自己獨(dú)特的教學(xué)方法，開展編程教學(xué)、創(chuàng)客教學(xué)等有趣的教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生對信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)興趣，同時在有趣的活動和教學(xué)中豐富學(xué)生的閱歷，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力，提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。

自2001年中國首次成功舉辦“青少年機(jī)器人大賽”以來，這項(xiàng)一年一度的活動使中小學(xué)生對機(jī)器人充滿好奇心，也讓他們在動腦的同時對所學(xué)知識有所實(shí)踐。在比賽過程中，學(xué)生需要為了完成指定任務(wù)對機(jī)器人進(jìn)行組裝、嘗試編制程序、利用編制出的程序?qū)C(jī)器人進(jìn)行簡單的操作。這正是考察學(xué)生計(jì)算思維能力的一個過程。這種活動不僅讓學(xué)生對信息技術(shù)更加感興趣，同時也提高了學(xué)生的動手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。如果想要中小學(xué)生擁有更強(qiáng)的計(jì)算思維能力，把機(jī)器人項(xiàng)目中設(shè)計(jì)和開發(fā)時使用的計(jì)算機(jī)編程語言的學(xué)習(xí)納入信息技術(shù)必修課內(nèi)容顯得尤為重要?，F(xiàn)在，為了更好地落實(shí)并培養(yǎng)中學(xué)生的計(jì)算思維，很多省市已經(jīng)把VB、Python等語言編程的學(xué)習(xí)歸入中學(xué)甚至小學(xué)信息技術(shù)課程，因此利用VB、Python等編程語言進(jìn)入課堂的契機(jī)，深入探索有效的模式和方法，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，也將起到非常重要的作用。

總之，在中學(xué)信息技術(shù)課程中積極開展計(jì)算機(jī)程序等有關(guān)內(nèi)容的教學(xué)，可以加強(qiáng)學(xué)生的編程能力，促進(jìn)學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展，為學(xué)生將來從事現(xiàn)代科學(xué)研究和工程實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3? 合理整合信息技術(shù)與學(xué)科課程，全面提升學(xué)生的計(jì)算思維能力

《福建省義務(wù)教育課程實(shí)施計(jì)劃（試行）》將信息技術(shù)課程歸入綜合實(shí)踐活動課程。實(shí)施計(jì)劃要求學(xué)生通過運(yùn)用知識、交流與合作，提高收集和處理信息、綜合解決問題的能力，增強(qiáng)社會責(zé)任感，通過個人實(shí)踐逐步形成創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

由此觀之，不僅可以在計(jì)算機(jī)編程這種信息技術(shù)課程中實(shí)現(xiàn)它與學(xué)科課程的完美融合，還應(yīng)該多與語言、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等其他學(xué)科課程合理整合來全面提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。例如：在學(xué)習(xí)《多媒體作品的制作》這一單元內(nèi)容的時候，整個單元可以設(shè)計(jì)以學(xué)生的春游活動為主題，圍繞這一主題，利用信息技術(shù)課中學(xué)習(xí)的PowerPoint、PhotoShop等軟件創(chuàng)作作品。在設(shè)計(jì)初期可以利用手繪思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)作品的大綱，教會學(xué)生軟件的基本操作，然后讓學(xué)生自行創(chuàng)作。學(xué)生在創(chuàng)作過程中會遇到如作品背景顏色如何搭配、作品圖文的排版方式、作品配樂的選擇等等諸多問題，這些問題的解決必須具備語文、美術(shù)、音樂等方面的知識。問題的解決是從意識到方法再到能力的過程，是一個循序漸進(jìn)的過程，學(xué)生在完成既定任務(wù)的同時，也明白了隱含的原理，培養(yǎng)了學(xué)生對知識的轉(zhuǎn)化、應(yīng)用和計(jì)算思維能力。

在《Scratch編程——一氣呵成畫五環(huán)》一課的教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師將信息技術(shù)課與數(shù)學(xué)課融合。從數(shù)學(xué)中等邊三角形的畫法說起，讓學(xué)生理解圖形的一邊繞頂點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一定的角度后變成另外一條邊，然后再引導(dǎo)學(xué)生從正方形到正六邊形的畫法中找規(guī)律，歸納出正N邊形的畫法，最后讓學(xué)生嘗試推理出圓形的畫法。最終回歸到Scratch中求解畫圓程序的過程就是由問題引發(fā)思維、由思維產(chǎn)生算法、由算法形成程序的過程。當(dāng)學(xué)生編好程序后，教師可以鼓勵學(xué)生用數(shù)列和變量優(yōu)化程序，這就是計(jì)算思維的優(yōu)化過程，全面地激發(fā)了學(xué)生的潛力和創(chuàng)造力。

簡而言之，把看起來復(fù)雜的問題進(jìn)行重新詮釋，描述成為一個我們知道怎樣去解決的問題就是計(jì)算思維。它跟閱讀、寫作和算術(shù)一樣逐漸成為人們基礎(chǔ)的、普遍的、適用的基本能力。在現(xiàn)代社會，想要成為在許多的競爭者中脫穎而出的創(chuàng)新型人才，具有計(jì)算思維是必備的條件之一。新思想、新方法、新研究成果層出不窮的時代，讓人類更加注重計(jì)算思維的培養(yǎng)。國家只有擁有更多的創(chuàng)新型人才，才能使我們國家的自然科學(xué)與工程、社會經(jīng)濟(jì)與技術(shù)得到更好的發(fā)展。只有增強(qiáng)計(jì)算思維，才能在工程領(lǐng)域和世界自然科學(xué)中占得一席之地。隨著社會的發(fā)展，越來越多的學(xué)校也開始推崇學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

從中學(xué)信息技術(shù)課程學(xué)科的核心素養(yǎng)可以看出，要提高學(xué)生的信息意識、信息責(zé)任感和數(shù)字化學(xué)習(xí)能力，必須要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。我們信息技術(shù)教師要在教學(xué)活動中重視這種能力的培養(yǎng)，積極探索和挖掘?qū)W科教學(xué)中有利于學(xué)生計(jì)算思維提升的內(nèi)容、方法和策略，為我國培養(yǎng)創(chuàng)新型人才貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鴻.淺談初中信息技術(shù)學(xué)科中計(jì)算思維的培養(yǎng)[J].科技視界，2018（6）.