高中信息技術(shù)教學(xué)中學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)探究

蔡瓊波

【摘要】高中階段學(xué)生對(duì)于信息技術(shù)并不陌生，需要通過參與信息技術(shù)課程，培養(yǎng)自身計(jì)算思維。因此，教育工作者應(yīng)當(dāng)立足學(xué)生具體學(xué)情，讓學(xué)生學(xué)會(huì)借助信息技術(shù)分析問題、解決問題，真正提高信息技術(shù)課程的實(shí)用性和有效性。

【關(guān)鍵詞】高中信息技術(shù)；計(jì)算思維；培養(yǎng)措施

國(guó)家發(fā)展到不同時(shí)期，對(duì)學(xué)校教育的改革需求各不相同。當(dāng)今，學(xué)生需要重視自身信息技能的培養(yǎng)，這對(duì)其今后繼續(xù)教育或參與工作崗位至關(guān)重要，也是獲得長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)。信息技術(shù)教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教材內(nèi)容等要求，為學(xué)生構(gòu)建高效課堂，高度關(guān)注學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

一、計(jì)算思維內(nèi)涵解析

計(jì)算思維是指學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)分析相關(guān)概念，解決相關(guān)問題的能力。學(xué)生借助計(jì)算思維還能夠完成對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一言以蔽之，計(jì)算思維就是借助計(jì)算機(jī)完成各種行為的思維活動(dòng)。學(xué)生的計(jì)算思維培養(yǎng)也是指在信息技術(shù)課堂上能夠正確解決問題，能夠正確分析事物的思維。當(dāng)下，信息技術(shù)已經(jīng)與學(xué)科互相融合，學(xué)生可以在課堂上接觸多種多樣的信息技術(shù)，并且還能夠有機(jī)會(huì)開展各種人機(jī)互動(dòng)活動(dòng)。信息技術(shù)教師應(yīng)當(dāng)在這一背景下高度重視學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，讓學(xué)生了解到信息技術(shù)對(duì)人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活所起到的重要作用，激發(fā)學(xué)生的積極學(xué)習(xí)意識(shí)。學(xué)生也會(huì)了解到，隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，信息技術(shù)也會(huì)成為人們探索世界必不可少的工具，不管是抽象化特征還是自動(dòng)化特征，都要不斷完善。

二、計(jì)算思維的操作特征

計(jì)算思維最早源于美國(guó)以及歐洲，社會(huì)進(jìn)入信息技術(shù)時(shí)代之后，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在社會(huì)行業(yè)的應(yīng)用范圍越來越廣泛。越來越多的學(xué)者開始致力于計(jì)算思維的研究，人們也已經(jīng)感受到，借助計(jì)算思維完成各種社會(huì)化活動(dòng)已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。學(xué)校教育開設(shè)的計(jì)算機(jī)課程也會(huì)讓學(xué)生親身感受到計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的各類先進(jìn)方法和優(yōu)秀思想，并將其進(jìn)行匯總，為解決問題、分析問題提供更多幫助，切實(shí)體會(huì)計(jì)算思維的奧妙之處。當(dāng)然，不管是教師的教學(xué)還是學(xué)生的學(xué)習(xí)，受到各種因素的影響，都會(huì)有一定的思維局限性，如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維也是當(dāng)下高中信息技術(shù)教師所需要思考的重要話題。關(guān)于信息技術(shù)與計(jì)算思維的融合，并沒有系統(tǒng)完善的方法。美國(guó)相關(guān)計(jì)算機(jī)科學(xué)協(xié)會(huì)，各大高校教師紛紛提出自己的看法，他們認(rèn)為，計(jì)算思維是解決問題的重要工具，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，可以借助信息技術(shù)或其他相關(guān)的工具，將問題變得更加簡(jiǎn)單，解決起來更加容易。第二，用計(jì)算思維可以分析數(shù)據(jù)、匯總數(shù)據(jù)，讓數(shù)據(jù)的邏輯性更加凸顯。第三，使用計(jì)算思維可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象化匯總，例如，開展各種模擬實(shí)驗(yàn)，設(shè)立各種數(shù)據(jù)模型等。第四，使用計(jì)算思維的相關(guān)算法能夠自動(dòng)化解決一些共性問題，減少人力投入。第五，通過分析和對(duì)比，計(jì)算思維可以自動(dòng)識(shí)別出最佳可行方案，并應(yīng)用到具體生活中。第六，計(jì)算思維能夠主動(dòng)解決問題，自行發(fā)現(xiàn)問題，并將解決方案延伸到其他相關(guān)問題中。

三、高中信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的注意事項(xiàng)

很多高中信息技術(shù)教師只關(guān)注學(xué)生的成績(jī)提升，認(rèn)為計(jì)算機(jī)課程屬于副科，沒有必要為學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)講解，因此也會(huì)忽略計(jì)算思維的培養(yǎng)，這樣局限性的想法必然不利于學(xué)生的全面發(fā)展。教師自身就應(yīng)該轉(zhuǎn)變這一思路，高度重視計(jì)算思維的培養(yǎng)，這樣才能夠?yàn)閷W(xué)生構(gòu)建高效的課堂。但是，高中階段的管理者并沒有組織教師參與各種學(xué)習(xí)或培訓(xùn)活動(dòng)，很多教師對(duì)計(jì)算思維并不了解，從這一角度來講，受到師資力量的影響，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科計(jì)算思維就有一些難度。另外，教育工作者也應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維并不同于培養(yǎng)學(xué)科思維，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維也要從解決問題入手，這樣才能夠讓計(jì)算思維的培養(yǎng)效果符合社會(huì)對(duì)人才需求的基本標(biāo)準(zhǔn)。最后，自著名學(xué)者周以真先生提出計(jì)算思維之后，各大高校開始對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行具體研究，但是由于不同教師解讀不深刻、不專業(yè)且不統(tǒng)一，在具體教學(xué)過程中采用的方法也會(huì)有所區(qū)別，甚至還會(huì)有一些教師采用普通思維理解計(jì)算思維，這些問題也會(huì)阻礙學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

四、高中信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的具體措施

1.提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

只有讓學(xué)生了解計(jì)算思維，愿意提高計(jì)算思維，才能夠在課堂上積極配合教師，完成各種學(xué)習(xí)活動(dòng)。信息技術(shù)教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)本著理論與實(shí)踐互相結(jié)合的原則，既重視學(xué)生的理論學(xué)習(xí)，同時(shí)也要為學(xué)生設(shè)置一定的具有挑戰(zhàn)性的難度任務(wù)，讓學(xué)生在挑戰(zhàn)欲望的驅(qū)使下解決任務(wù)并獲得成就感，這樣一來，學(xué)生才會(huì)在不知不覺中培養(yǎng)計(jì)算思維，產(chǎn)生繼續(xù)學(xué)習(xí)信息技術(shù)的動(dòng)力。

2.重視創(chuàng)新教學(xué)模式，提高學(xué)生思維能力

作為高中信息技術(shù)教師，在采用教學(xué)模式篩選教學(xué)方法時(shí)，也要重視創(chuàng)新，不能使用單一枯燥的教學(xué)方法，否則不利于學(xué)生的思維培養(yǎng)。在傳統(tǒng)信息技術(shù)課堂上，教師只為學(xué)生詳細(xì)講解計(jì)算機(jī)的操作步驟，相關(guān)按鈕的功能，讓學(xué)生在重復(fù)中記憶。教師可以在課堂上通過開展小組合作學(xué)習(xí)任務(wù)，探究學(xué)習(xí)項(xiàng)目等模式，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，借助探究認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)，了解計(jì)算機(jī)技術(shù)的重要性。只有教師在課堂上展示出專業(yè)性，學(xué)生才能夠在教師的帶領(lǐng)下提高思維能力，充分發(fā)揮想象力和主觀能動(dòng)性，助力計(jì)算思維的培養(yǎng)。

3.積極創(chuàng)設(shè)多種情境，確定課堂教學(xué)問題

情境教學(xué)法也是當(dāng)下高中信息技術(shù)教師比較青睞的教學(xué)方法，實(shí)踐證明，在情境中，學(xué)生可以產(chǎn)生情感共鳴，激發(fā)代入感，并對(duì)情境中各種元素產(chǎn)生更全面的了解。以3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)為例，教師在導(dǎo)入環(huán)節(jié)可以為學(xué)生播放各種視頻，激發(fā)學(xué)生興趣，接著讓學(xué)生觀看3D打印的創(chuàng)意視頻，教師可以讓學(xué)生思考當(dāng)下3D打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了哪些行業(yè)？比如：航空航天行業(yè)、汽車制造行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等，這樣一來就能夠?qū)⒄n堂所學(xué)與實(shí)際生活構(gòu)建連接。接著，教師可以為學(xué)生展示一段材料，讓學(xué)生通過觀看材料，繼續(xù)了解3D技術(shù)的應(yīng)用。教師創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生在解決問題的過程中互相交流、互相討論，最后完成規(guī)定的3D創(chuàng)意花盆制作。這樣一來，所有學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)時(shí)都能夠達(dá)到取人之長(zhǎng)，補(bǔ)己之短，以此提升整個(gè)班級(jí)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)效果。

4.創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境

采取問題作為主線來培養(yǎng)高中生的計(jì)算思維能力是一個(gè)有效的途徑。教師首先要在信息技術(shù)課堂上為學(xué)生去創(chuàng)設(shè)一個(gè)真實(shí)、復(fù)雜的情境，在情境中再去創(chuàng)造出一個(gè)真實(shí)的問題，使得他們?nèi)ニ伎紗栴}、結(jié)合自身的生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)提出解決問題的具體辦法，并通過計(jì)算機(jī)來仔細(xì)地檢驗(yàn)自己這一方法是否可行。例如：高一學(xué)生正在上生涯規(guī)劃課，生涯規(guī)劃老師要求學(xué)生提前確定自己的理想大學(xué)，分析理想大學(xué)的歷年分?jǐn)?shù)線及錄取情況，對(duì)標(biāo)找差，提前謀劃。筆者把這個(gè)問題的解決放在了信息技術(shù)課上，把“我心目中的大學(xué)”設(shè)置為教學(xué)內(nèi)容，圍繞內(nèi)容設(shè)計(jì)了幾個(gè)問題，讓學(xué)生獲取大學(xué)的相關(guān)信息，比如簡(jiǎn)介、專業(yè)、分?jǐn)?shù)線等相關(guān)內(nèi)容，并最終形成一個(gè)匯報(bào)作品并進(jìn)行展示，該教學(xué)內(nèi)容融合了信息獲取、信息加工、信息集成與信息交流等，解決問題的過程中老師要一步步引導(dǎo)學(xué)生把計(jì)算思維的基本方法融入里面去，因?yàn)檫@是學(xué)生正在面對(duì)的真實(shí)情景，所以幾節(jié)課上下來學(xué)生積極性非常高。再比如：在學(xué)習(xí)“因特網(wǎng)的組織與管理”單元時(shí)，課前先斷掉每個(gè)小組中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)并修改IP地址，使它無法連接教師機(jī)，在教師講課廣播時(shí)接收不到信息。要求每個(gè)小組去解決“學(xué)生機(jī)不能接收教師機(jī)廣播”的問題。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)以往知識(shí)和教師提供的學(xué)習(xí)資源包去探究，形成解決問題的詳細(xì)方案，并通過具體實(shí)踐解決問題。

5.精心設(shè)計(jì)計(jì)算思維活動(dòng)

學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)勢(shì)必要依托精心設(shè)計(jì)的活動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。例如：在“我心目中的大學(xué)”課例中設(shè)計(jì)了一個(gè)問題：請(qǐng)同學(xué)們形成一個(gè)匯報(bào)材料，利用班會(huì)課向全班同學(xué)展示分享你理想中的大學(xué)，形式不限，可以是PPT、視頻等。學(xué)生要完成這個(gè)問題，首先要進(jìn)行規(guī)劃，思考后將問題分解成一個(gè)個(gè)小而易于操作的任務(wù)：比如我想要給同學(xué)們展示哪些內(nèi)容，有簡(jiǎn)介、特長(zhǎng)專業(yè)、錄取分?jǐn)?shù)線等；如何將相關(guān)內(nèi)容下載下來；以什么方式進(jìn)行信息集成；如果做成視頻進(jìn)行展示的話，選擇哪個(gè)視頻軟件，按照什么樣的順序展示等等。在對(duì)問題進(jìn)行充分分解后，要思考解決這些小任務(wù)的簡(jiǎn)單步驟，仔細(xì)考慮解決這些問題的最佳順序（算法），形成解決問題的方案，畫出流程圖或思維導(dǎo)圖，對(duì)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行評(píng)估確保解決方案能夠完成任務(wù)，最后通過計(jì)算機(jī)來解決信息的獲取、下載、集成等一個(gè)個(gè)分解后的小任務(wù)，形成最后的作品，師生對(duì)展示作品進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在解決“學(xué)生機(jī)不能接收到教師機(jī)廣播”的問題時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生將問題細(xì)化分解，學(xué)生首先根據(jù)教師提供的網(wǎng)絡(luò)“三要素”來判斷為什么連不上教師端，當(dāng)網(wǎng)線接上后還是不能接收信息，學(xué)生通過比較本機(jī)與小組中其他正常聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)的設(shè)置，分析出IP地址的不同。設(shè)置本機(jī)IP地址時(shí)，小組合作對(duì)比觀察整個(gè)小組的IP地址，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，除了IP地址第一位不一樣其他都相同，最終解決問題。

6.合理評(píng)價(jià)計(jì)算思維教學(xué)效果

我們可以結(jié)合利用計(jì)算思維解決問題的具體過程，對(duì)學(xué)生的問題解決方案進(jìn)行評(píng)估，具體有：任務(wù)分解的是否容易理解？完整度怎么樣，有沒有包含所有的問題？解決問題的順序算法是否高效？畫出的思維導(dǎo)圖或流程圖完整度怎么樣？

測(cè)量學(xué)生計(jì)算思維的一個(gè)重要策略就是看學(xué)生是否能夠有效地進(jìn)行遷移，可以通過布置相關(guān)的遷移任務(wù)來檢測(cè)，比如讓學(xué)生修改現(xiàn)有的程序代碼，以達(dá)到另一種效果等。

綜上所述，計(jì)算機(jī)科學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)下社會(huì)不斷發(fā)展的重要工具，學(xué)生也要借助計(jì)算思維培養(yǎng)問題解決意識(shí)。并采取多種多樣的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，真正提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)核心素養(yǎng)。

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