基于計(jì)算思維培養(yǎng)的初中信息技術(shù)教學(xué)實(shí)踐

劉帥

【內(nèi)容摘要】本文就計(jì)算思維的相關(guān)理論指導(dǎo)下，以初中新課標(biāo)與義務(wù)教育課程的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為例，對(duì)于當(dāng)下初中教學(xué)實(shí)踐的真實(shí)需要相結(jié)合，促使初中生在計(jì)算機(jī)思維培養(yǎng)過程中實(shí)踐與實(shí)施操作相結(jié)合，直觀與抽象相結(jié)合，創(chuàng)新性與系統(tǒng)性相結(jié)合的教學(xué)策略，積極構(gòu)建計(jì)算機(jī)思維任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式，參照程序的循環(huán)機(jī)構(gòu)為教學(xué)案例進(jìn)行探究，以望參考。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維 初中信息技術(shù)教學(xué) 程序的循環(huán)

應(yīng)用計(jì)算機(jī)學(xué)科的一些基本概念去針對(duì)一些問題進(jìn)行求解、設(shè)計(jì)系統(tǒng)以及對(duì)人類的行為進(jìn)行分析就是所謂的計(jì)算機(jī)思維，其中包括一些涵蓋計(jì)算機(jī)學(xué)科的一些較為廣泛的思維活動(dòng)，是一種十分良好的行為習(xí)慣以及能力表現(xiàn)。計(jì)算思維希望人們不再單一的在計(jì)算思維的定義中投入太多的經(jīng)歷，更希望人們?cè)谟?jì)算思維的應(yīng)用中投入精力，真正借助計(jì)算機(jī)思維在實(shí)際的生產(chǎn)生活中進(jìn)行技術(shù)的創(chuàng)新，促使我國(guó)科學(xué)技術(shù)得到全面的發(fā)展。其次，抽象、設(shè)計(jì)、自動(dòng)化、通信以及評(píng)估等層次概念也是計(jì)算機(jī)思維的核心，而對(duì)于初中階段的學(xué)生而言，為了能夠真正實(shí)現(xiàn)對(duì)其計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)，在開展教學(xué)的過程中應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合具體的問題，科學(xué)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)算法，深入的分析各種問題，充分保障解決方案的有效性，明確問題的特點(diǎn)，真正建立一個(gè)完善的模型，在其他的問題中也充分的貫徹落實(shí)。

一、計(jì)算思維培養(yǎng)的意義

1.有利于提升利用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決問題的能力

伴隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)下人們生活的每一個(gè)領(lǐng)域中計(jì)算機(jī)都有著十分廣泛的應(yīng)用，因此從小引導(dǎo)學(xué)生形成利用計(jì)算機(jī)分析以及解決各種問題的能力有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。我國(guó)教育改革曾明確地指出，要真正鼓勵(lì)學(xué)生利用信息技術(shù)手段自主地進(jìn)行學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)以及合作學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生形成良好的信息技術(shù)學(xué)習(xí)習(xí)慣，對(duì)學(xué)生的興趣特長(zhǎng)進(jìn)行發(fā)展，充分保障教學(xué)質(zhì)量能夠得到有效的提升。

2.有利于培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力

計(jì)算機(jī)思維的核心就是抽象與自動(dòng)化，甚至在某種程度上這也與計(jì)算機(jī)的工作原理相迎合。我國(guó)教育部門曾明確地提出，小學(xué)階段的教學(xué)重點(diǎn)在于感性的了解計(jì)算機(jī)，而真正對(duì)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算機(jī)原理教學(xué)以及初步設(shè)計(jì)的重要階段是初中，通過各種有效的教學(xué)促使學(xué)生能夠真正利用計(jì)算機(jī)解決一些實(shí)際性的問題，保障學(xué)生真正養(yǎng)成良好的抽象思維，逐漸學(xué)會(huì)從一些事情中對(duì)事物的本質(zhì)與規(guī)律進(jìn)行總結(jié)。

3.有利于提升學(xué)生的創(chuàng)造力與創(chuàng)新能力

培養(yǎng)學(xué)生良好高的計(jì)算機(jī)思維能夠確保學(xué)生的創(chuàng)造力得到充分的提升。例如在進(jìn)行多媒體課程制作的過程中，利用計(jì)算機(jī)軟件以及硬件能夠編輯各種風(fēng)格各異聲音的和聲，完成任何聲音的創(chuàng)作性制作。通過計(jì)算機(jī)思維對(duì)聲音合成的過程以及音樂制作的過程進(jìn)行了解，能夠保障學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到聲音的物理特性以及其在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用，而這整個(gè)過程就是學(xué)生創(chuàng)新能力以及創(chuàng)造能力形成的過程。在我國(guó)，也曾經(jīng)有學(xué)者提出培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維在本質(zhì)上就是塑造學(xué)生的思維習(xí)慣，將計(jì)算機(jī)科學(xué)家思考問題的習(xí)慣賦予學(xué)生。而在美國(guó)，有學(xué)者認(rèn)為，計(jì)算機(jī)思維教育應(yīng)當(dāng)貫穿在每一所學(xué)校的每一節(jié)課堂教學(xué)中，教師在開展教學(xué)的過程中應(yīng)當(dāng)有意識(shí)的引導(dǎo)學(xué)生在解決問題時(shí)應(yīng)用計(jì)算機(jī)思維。因此，在開展實(shí)際教學(xué)的過程中，信息技術(shù)教師應(yīng)當(dāng)積極的應(yīng)用計(jì)算機(jī)思維對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及創(chuàng)造能力進(jìn)行有效的培養(yǎng)。

二、計(jì)算思維的培養(yǎng)策略

1.操作與實(shí)踐相結(jié)合

操作性是初中信息技術(shù)教學(xué)的重要特點(diǎn)之一，同時(shí)也是新課程教學(xué)改革下全新的教學(xué)目標(biāo)。我國(guó)教育部門曾明確地指出，在針對(duì)學(xué)生開展教學(xué)的過程中，要形成利用信息技術(shù)手段保障學(xué)生生活中的實(shí)際問題能夠得到有效的解決。例如在進(jìn)行Excel教學(xué)的過程中，教師應(yīng)當(dāng)我積極地將Excel的特征與生活中的實(shí)際例子相結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生通過自己的學(xué)習(xí)逐漸的掌握解決問題的技巧。教師可以利用考試后各個(gè)科目的成績(jī)數(shù)據(jù)處理為案例開展教學(xué)，組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作，確保學(xué)生能夠更加鞏固的掌握自身的知識(shí)，更要鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

2.抽象與直觀相結(jié)合

在開展實(shí)際教學(xué)的過程中，教師應(yīng)當(dāng)充分地意識(shí)到初中生正處于具體的感官思維向著抽象的思維方式轉(zhuǎn)變的重要階段，而對(duì)于計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)而言這也是一個(gè)很好的時(shí)期。在實(shí)際教學(xué)的過程中，教師應(yīng)當(dāng)充分利用一些學(xué)生容易明白的直觀現(xiàn)象了解相關(guān)的知識(shí)原理，循序漸進(jìn)地向著模型化、抽象畫以及原理化的方向轉(zhuǎn)變。例如，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)原理的教學(xué)過程中，由于計(jì)算機(jī)所采用的二進(jìn)制編碼只認(rèn)“0”和“1”，這對(duì)于初中生而言，要深刻的了解還有一定的難度。因此，筆者利用一組小電燈的點(diǎn)亮與熄滅來將二進(jìn)制的概念引出;隨后在利用學(xué)生已經(jīng)充分掌握的10進(jìn)制概念知識(shí)進(jìn)行教學(xué)，將二進(jìn)制與十進(jìn)制兩者之間進(jìn)行比較，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)哪種方式更加地簡(jiǎn)單。在課堂教學(xué)最后，集合當(dāng)時(shí)的歷史因素，對(duì)為什么采用二級(jí)制的方式來解決問題進(jìn)行闡述，以此保障學(xué)生更加直觀、簡(jiǎn)單地對(duì)抽象的原理進(jìn)行了解。

3.實(shí)踐與創(chuàng)新相結(jié)合

現(xiàn)階段，我國(guó)一些學(xué)校已經(jīng)開始增設(shè)機(jī)器人制作體驗(yàn)的課程，同時(shí)也是初中生信息素養(yǎng)發(fā)展的一大助力，真正體現(xiàn)“用中學(xué)”的一個(gè)實(shí)踐操作教學(xué)目標(biāo)[4]。采用這種機(jī)器人制作體驗(yàn)課程，學(xué)生對(duì)于軟件知識(shí)與硬件搭配之間的綜合理解、運(yùn)用與創(chuàng)新研究研究更加明確。在筆者的教學(xué)生涯中，在開展實(shí)際教學(xué)的過程中，筆者曾多次參照比賽的規(guī)則去引導(dǎo)學(xué)生自主的搭建不同功能的機(jī)器人，并且積極的鼓勵(lì)學(xué)生去參與比賽。在參與比賽的過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，學(xué)生需要以比賽的規(guī)則為準(zhǔn)去設(shè)計(jì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，并且要反復(fù)調(diào)試不同結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，嚴(yán)格的測(cè)試機(jī)器人的各項(xiàng)功能是否正常。在這個(gè)過程中，學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)思維去解決和應(yīng)對(duì)問題的過程能夠被有效的體現(xiàn)出來，是一種能夠有效培養(yǎng)學(xué)生思維能力以及創(chuàng)造能力的教學(xué)方式。

三、計(jì)算思維教學(xué)模式構(gòu)建與實(shí)施案例

早在計(jì)算機(jī)發(fā)明出來之前就已經(jīng)有了計(jì)算思維，只是因?yàn)楫?dāng)時(shí)大家并沒有充分地意識(shí)到而已，當(dāng)下每個(gè)人的生活當(dāng)中已經(jīng)開始廣泛地普及計(jì)算機(jī)，很多專家以及學(xué)者才開始真正的重視與關(guān)注計(jì)算思維。筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建了基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式，并以《程序設(shè)計(jì)初步》中的《程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)》一課為例開展教學(xué)。

筆者在開展教學(xué)過程中充分結(jié)合教材，有效的結(jié)合各種現(xiàn)實(shí)的生活經(jīng)驗(yàn)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)良好的教學(xué)環(huán)境。例如，筆者以“學(xué)生在的長(zhǎng)跑比賽中繞操場(chǎng)5周完成1000米比賽，若需要使用程序設(shè)計(jì)中的循環(huán)結(jié)構(gòu)解決，應(yīng)當(dāng)怎樣操作？”在這種問題教學(xué)背景下，學(xué)生對(duì)循環(huán)的概念也開始逐步的明確。對(duì)于未完成的任務(wù)而言，學(xué)生下一圈的起點(diǎn)就是上一圈的重點(diǎn)，循環(huán)初值與終值的概念也初步確立，在這種良好的教學(xué)環(huán)境下學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量能夠得到充分的提升。學(xué)生每完成一圈就需要計(jì)算圈數(shù)，確立了循環(huán)體步長(zhǎng)值的概念。

在明確以上概念的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生采用For-Next語(yǔ)句中格式，對(duì)語(yǔ)句的含義進(jìn)行講解。通過對(duì)以上問題進(jìn)行分析并將其套入VB循環(huán)結(jié)構(gòu)格式中。出現(xiàn)了以下的代碼：

Private Sub Command1-Click（ ）

S=0

I=1

For i= 1 To 5 Step 1

S=s+200

Next i

Print“恭喜您跑了”;i-1;“圈”;“一共”;s;“米”

End Sub

針對(duì)如何把生活中的循環(huán)問題用計(jì)算機(jī)程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)解決表達(dá)模型、方式方法進(jìn)行總結(jié)，最后在利用圖表法逐層地對(duì)程序是如何在循環(huán)體內(nèi)的循環(huán)次數(shù)進(jìn)行解釋，并且明確計(jì)算機(jī)怎樣滿足條件來結(jié)束循環(huán)，這也是循環(huán)語(yǔ)句教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生弄懂循環(huán)語(yǔ)句的整個(gè)流程，以此保障學(xué)生從具體的問題中形成一個(gè)抽象思維。

計(jì)算機(jī)思維的訓(xùn)練，不可能從一個(gè)兩個(gè)簡(jiǎn)單的例子中就能夠充分解決，這個(gè)過程其實(shí)在本質(zhì)上就是從易到難的過程，更是一般問題向抽象模型進(jìn)行總結(jié)與歸納的過程。其次，該過程也是一個(gè)循環(huán)螺旋上升的過程。例如在大多數(shù)的循環(huán)語(yǔ)句結(jié)構(gòu)匯總，STEP步長(zhǎng)值可以是正數(shù)也可以是復(fù)數(shù)，甚至還可以忽略不計(jì)，要針對(duì)情況的不同進(jìn)行具體化的研究。因此，再開展教學(xué)的過程中可以讓學(xué)生1+2+3......+100進(jìn)行正向累計(jì)，也可以讓學(xué)生從100+99+98.....+1反向累計(jì)，在教學(xué)過程中通過這兩種方式，正反的過程促使學(xué)生真正明白循環(huán)語(yǔ)句的計(jì)算過程雖然是相反的，但是其計(jì)算原理歸根結(jié)底都是一樣的，每一次都應(yīng)當(dāng)具體到抽象，通過這樣的訓(xùn)練方式能充分保障學(xué)生對(duì)所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行充分的掌握，結(jié)合教師大量的實(shí)際訓(xùn)練，學(xué)生的計(jì)算思維才能夠真正得到有效的培養(yǎng)。

計(jì)算機(jī)思維與“算寫讀”在某種程度上有著同樣的重要性，正如相關(guān)專家所說的，計(jì)算機(jī)思維不僅僅是一種基本的技能，并且計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)也不是一朝一起就是能夠見效的，需要一個(gè)長(zhǎng)期訓(xùn)練的過程才能夠真正形成。對(duì)于初中生而言，計(jì)算機(jī)思維就像是一顆剛剛發(fā)芽的中名字，這顆種子能夠促使學(xué)生創(chuàng)造力得以有效的提升，充分保障學(xué)生在面對(duì)各種為題的情況下都能夠采用不同的角度以及不同的思維去看待問題，進(jìn)行更加有效地解決問題。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，計(jì)算思維有著十分重要的意義，其僅僅屬于計(jì)算機(jī)學(xué)家，更應(yīng)當(dāng)是我們每一個(gè)人的基本技能。要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維并不是一朝一夕的事情，而需要一個(gè)循序漸進(jìn)的過程針對(duì)學(xué)生進(jìn)行大量的培養(yǎng)。學(xué)生開始形成抽象思維的初中階段是培養(yǎng)計(jì)算思維的最佳時(shí)期。對(duì)于初中生而言，計(jì)算思維就像一顆剛剛發(fā)芽的種子，把這顆種子埋在學(xué)生知識(shí)的土壤中，讓其能夠在學(xué)生未來的學(xué)習(xí)過程中慢慢的成長(zhǎng)，最終真正保障學(xué)生形成良好的計(jì)算思維。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃華林.基于計(jì)算思維培養(yǎng)的初中信息技術(shù)教學(xué)實(shí)踐探究——以《程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)》為例[J].教育信息技術(shù)，2019（12）：56-59.

[2]荊曉虹.基于計(jì)算思維培養(yǎng)的"做中學(xué)"教學(xué)模式探究——以高中信息技術(shù)《表格信息加工》一課為例[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2016（1）：35-37.

[3]李應(yīng)聰.基于計(jì)算思維的問題求解教學(xué)模式構(gòu)建與探究——以初中信息技術(shù)圖像采集為例[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2017（20）：49-52.

[4]陳毅軍.算法和程序設(shè)計(jì)中基于Scratch軟件的教學(xué)方法策略研究——以《循環(huán)結(jié)構(gòu)》項(xiàng)目學(xué)習(xí)為例[J].新教育時(shí)代電子雜志（學(xué)生版），2019（47）：1.

（作者單位：山東省濟(jì)寧市汶上縣第一實(shí)驗(yàn)中學(xué)）