基于高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)的計(jì)算思維的培養(yǎng)

鄭曉東

摘? ?要：在高中信息技術(shù)課程中，核心素養(yǎng)是學(xué)生終身發(fā)展和社會(huì)需要的必備品格和關(guān)鍵能力。計(jì)算思維是運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法，結(jié)合人類的思維特點(diǎn)，對計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行問題求解的思維活動(dòng)，深度挖掘計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)上的廣度和深度。高中學(xué)生面對信息技術(shù)課程，特別是程序設(shè)計(jì)中的算法問題，要充分利用思維分解、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等計(jì)算思維方法進(jìn)行分析求解。教師要根據(jù)高中信息技術(shù)課程的三維目標(biāo)，和學(xué)生實(shí)際情況，對信息技術(shù)課程中有關(guān)計(jì)算思維的內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施，提升學(xué)生的課堂積極性與計(jì)算思維能力。

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

時(shí)代高速發(fā)展，信息技術(shù)日新月異，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與人們的生活越來越密不可分，國家的發(fā)展和科技的進(jìn)步，也越來越依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，而核心素養(yǎng)是計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，計(jì)算思維是計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的基石。因此，如何讓高中學(xué)生具有良好的計(jì)算思維的技能，也是當(dāng)前信息技術(shù)中核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要組成部分。2017新版《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出：信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)由信息意識(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)核心要素組成[ 1 ]。培養(yǎng)學(xué)生在高中信息技術(shù)課程中計(jì)算思維能力，也是衡量學(xué)生綜合素質(zhì)水平的重要指標(biāo)，對國家計(jì)算機(jī)高端人才的培養(yǎng)，也起了積極的引導(dǎo)作用。

計(jì)算思維是運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法，結(jié)合人類的思維特點(diǎn)，對計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行問題求解的思維活動(dòng)，深度挖掘計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)上的廣度和深度 。要求學(xué)生利用合理的算法，分析、判斷，解決高中學(xué)生在實(shí)際生活中遇到的抽象問題。在信息技術(shù)的課堂上，充分應(yīng)用各種合理的教學(xué)策略，有針對性地設(shè)計(jì)一些計(jì)算思維的教學(xué)任務(wù)，對學(xué)生的計(jì)算思維能力的培育，將起到事半功倍的教學(xué)成效。針對當(dāng)前的信息技術(shù)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，對高中學(xué)生的計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，可從以下幾方面進(jìn)行。

1? 核心素養(yǎng)是根基，計(jì)算思維是核心

高中信息技術(shù)的核心素養(yǎng)主要是學(xué)生素養(yǎng)，是學(xué)生在信息技術(shù)方面的核心能力和必備品質(zhì)，要有很強(qiáng)的社會(huì)的責(zé)任感，能夠敏銳地感受信息的變化，對信息進(jìn)行預(yù)期剖析，為解決問題的方法提供參考。高中的計(jì)算思維是學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)的科學(xué)領(lǐng)域的思維方法，對在學(xué)習(xí)信息技術(shù)的過程中，注重培養(yǎng)數(shù)據(jù)研究，合理應(yīng)用結(jié)構(gòu)算法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和處理。信息技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)，互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用算法，處理信息技術(shù)社會(huì)中經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)力變革，加快了全社會(huì)范圍內(nèi)的信息技術(shù)的技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)社會(huì)的信息化，智能化的發(fā)展，催生出虛擬現(xiàn)實(shí)空間并存的信息社會(huì)。

2? 課堂教學(xué)是計(jì)算思維培養(yǎng)的基地

計(jì)算思維是高中學(xué)生信息技術(shù)必備的思維創(chuàng)新能力，課堂教學(xué)是教師引導(dǎo)學(xué)生，深度挖掘自己計(jì)算思維能力的重要學(xué)習(xí)場所。計(jì)算機(jī)科學(xué)算法思維的培養(yǎng)需要教師精心設(shè)計(jì)課堂教學(xué)目標(biāo)、應(yīng)用各種教學(xué)策略和教學(xué)評價(jià)，合理應(yīng)用各種教學(xué)資源，重視以學(xué)生為主體的思維活動(dòng)。

2.1? 靈活應(yīng)用各種教學(xué)方法是計(jì)算思維培養(yǎng)的有效途徑

教師要根據(jù)信息技術(shù)學(xué)科的特點(diǎn)、學(xué)生的學(xué)情等實(shí)際情況，以及最終要達(dá)到的教學(xué)目的，選擇一種適宜的教學(xué)策略，讓學(xué)生的計(jì)算思維得到系統(tǒng)的，科學(xué)的，有效的訓(xùn)練。要達(dá)到此教學(xué)目的，首先要根據(jù)高中學(xué)生的實(shí)際情況，結(jié)合高中信息技術(shù)的新課標(biāo)，合理制定出各模塊的三維目標(biāo)，總結(jié)出新課標(biāo)中計(jì)算思維算法培養(yǎng)的體系結(jié)構(gòu);其次，靈活應(yīng)用高中信息技術(shù)，特別是程序設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)算法的教學(xué)策略，應(yīng)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，小組討論等螺旋式的教學(xué)，總結(jié)高中信息技術(shù)計(jì)算思維拓展的教學(xué)規(guī)律，并對相關(guān)的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行遷移應(yīng)用;第三，計(jì)算思維的培育也要結(jié)合高中學(xué)生的學(xué)情，特別是思維習(xí)慣，教師要根據(jù)不同學(xué)生的實(shí)際情況，分層設(shè)計(jì)出不同的教學(xué)任務(wù)，讓不同層次的學(xué)生對同一知識(shí)點(diǎn)有不同層次的理解方法，在思維的培養(yǎng)上采用不同的策略和方法，讓學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性和邏輯性都得到很好地提高。

2.2? 精選案例是計(jì)算思維培養(yǎng)的關(guān)鍵

學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的主要場所是在課堂，教師必須精選能促進(jìn)學(xué)生思維培養(yǎng)的精典案例，讓學(xué)生在有限的課堂時(shí)間上進(jìn)行剖析、體驗(yàn)，使學(xué)生的思維算法得到挖掘。如：加工生產(chǎn)流水調(diào)度，要使時(shí)間最短，實(shí)際就是讓機(jī)器的空閑時(shí)間最短，一臺(tái)機(jī)器在加工過程中，有可能要等待另一臺(tái)機(jī)器。為了讓機(jī)器空閑時(shí)間最短，教師可引導(dǎo)學(xué)生討論、分析，利用貪心算法，設(shè)Mi=min{ai， bi}，將M按照從小到大的順序排序;然后從第1個(gè)數(shù)開始輸入數(shù)據(jù)計(jì)算，若Mi=ai，則將它排在從頭開始數(shù)據(jù)的后面，若Mi=bi，則將它排在從尾開始數(shù)據(jù)的前面。讓學(xué)生編寫程序進(jìn)行模擬、利用數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，找出最短時(shí)間點(diǎn)，學(xué)生在模擬測試的過程中，讓學(xué)生在小組討論，提供創(chuàng)設(shè)情景、分析討論、反饋評價(jià)，學(xué)生應(yīng)用已有的算法加以解決問題，提高自己計(jì)算思維的能力。

3? 拓展高中信息技術(shù)課中有關(guān)計(jì)算思維的教材內(nèi)容

計(jì)算思維的培養(yǎng)是高中信息技術(shù)新課標(biāo)的的重要內(nèi)容，整個(gè)教材的設(shè)計(jì)是模塊化的，思維方式是螺旋上升的，教材的活動(dòng)內(nèi)容聚焦信息技術(shù)核心素養(yǎng)，以人為本，立德樹人，注重自主創(chuàng)新，關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知、差異，促進(jìn)高中學(xué)生終身學(xué)習(xí)的個(gè)性發(fā)展，教材中對思維算法分析可再深入挖掘，讓教材體系更加完美，學(xué)生的思維活動(dòng)方式得到更多地挖掘。

3.1? 信息學(xué)奧賽課程融入校本課程

信息學(xué)奧賽的課程中部分算法，可融入高中信息技術(shù)教材中部分的項(xiàng)目活動(dòng)，它的內(nèi)容很多都是跟我們的生活密切相干的，學(xué)生在解決問題的同時(shí)，可利用計(jì)算思維、數(shù)據(jù)算法進(jìn)行剖析、研討，找到突破問題的缺口。例如：現(xiàn)在很多學(xué)生都很喜歡玩游戲，而游戲都是利用一些算法，用程序編輯出來的，例如：貪食蛇游戲，可讓學(xué)生根據(jù)自己能力開發(fā)一些小游戲，并對游戲的功能進(jìn)行改善，這樣，學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)的興趣得到培養(yǎng)，思維能力也得到拓展，計(jì)算思維能力也提升。

3.2? 開發(fā)人工智能的課程

隨著現(xiàn)在科技的快速發(fā)展，人工智能領(lǐng)域的研究也在不斷上升，越來越多的前沿學(xué)術(shù)研究都已將目光和戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移到了人工智能領(lǐng)域，高中信息技術(shù)課程中融入人工智能課程，能夠全面培養(yǎng)學(xué)生的信息學(xué)科素養(yǎng)，體驗(yàn)專家級別的解決問題的新思路，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新型的新思維。在課程活動(dòng)中，教師要考慮如何將人工智能的陳述性知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生能夠解決問題的程序性知識(shí)。例如：網(wǎng)絡(luò)爬蟲，教師可以讓學(xué)生先體驗(yàn)一下大數(shù)據(jù)下人工智能，應(yīng)用算法分析，讓學(xué)生建立起科學(xué)的思維概念，利用人工智能解決現(xiàn)實(shí)中的問題，對拓展計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的算法有重要意義。

3.3? 構(gòu)建基于信息技術(shù)核心素養(yǎng)的計(jì)算思維的評價(jià)體系

信息技術(shù)的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是信息技術(shù)教學(xué)中的重要內(nèi)容，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)是核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生思維算法要從信息技術(shù)思維層、問題解決層加以突破，它是作為教學(xué)評價(jià)的依據(jù)，強(qiáng)調(diào)普遍高中教育是在義務(wù)教育基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高國民素質(zhì)，面向大眾的基礎(chǔ)教育。課堂評價(jià)是以高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的分層結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，應(yīng)用多元化的層次模型記錄、采集學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，及時(shí)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況的數(shù)據(jù)，同時(shí)改良教師的教學(xué)策略，完善學(xué)生評價(jià)體系，重視情景中評價(jià)和整體性評價(jià)，評價(jià)模式支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作探究，應(yīng)用數(shù)字化思維模式解決問題，促進(jìn)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化測試和上機(jī)操作測試相結(jié)合的學(xué)業(yè)評價(jià)，針對專業(yè)能力較強(qiáng)的學(xué)生，可制作成案例分析成果論文或研究性報(bào)告。

3.4? 落實(shí)高中信息技術(shù)課程的核心素養(yǎng)培養(yǎng)

核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是社會(huì)進(jìn)步的需求，是技術(shù)發(fā)展的必然，學(xué)生現(xiàn)狀的需要，和諧社會(huì)的選擇。在深度剖析數(shù)據(jù)與信息的基礎(chǔ)上，應(yīng)用數(shù)據(jù)與算法，體現(xiàn)數(shù)字化的學(xué)習(xí)過程，認(rèn)識(shí)到信息系統(tǒng)運(yùn)用過程中存在的很多不確定性，通過設(shè)計(jì)與主題有關(guān)的綜合實(shí)踐活動(dòng)，體驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鬟^程，認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法的優(yōu)劣和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)組織形式的局限性，分析數(shù)據(jù)特點(diǎn)與計(jì)算模塊結(jié)構(gòu)，剖析項(xiàng)目與任務(wù)驅(qū)動(dòng)的差異，了解到數(shù)據(jù)是四大核心概念之一，體會(huì)到信息社會(huì)責(zé)任感的重要性和融合性。提高學(xué)生的核心素養(yǎng)是信息社會(huì)必備的人文素養(yǎng)。

綜上所述，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)是高中信息技術(shù)課程的重要內(nèi)容，是抽象、螺旋上升的思維活動(dòng)，是學(xué)生必須具備的基本能力。核心素養(yǎng)是學(xué)生，特別是高中學(xué)生終身學(xué)習(xí)和社會(huì)需求的核心素養(yǎng)，在高中信息技術(shù)的課堂組織教學(xué)的過程中，教師必須承擔(dān)起有效、快速培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的重任，兼顧學(xué)生的核心素養(yǎng)，精選算法案例，利用思維的遷移，靈活應(yīng)用各種有效的教學(xué)方法和策略，將信息技術(shù)的課堂情景和學(xué)生的思維活動(dòng)融為一體，應(yīng)用計(jì)算思維解決問題，培養(yǎng)學(xué)生算法能力，對學(xué)生適應(yīng)未來科技，推動(dòng)信息社會(huì)的發(fā)展有重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人共和國教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2017.