高中信息技術(shù)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維策略

徐亞軍

摘 要：信息技術(shù)在高中課程體系中占據(jù)重要地位，作為一門順應(yīng)信息化社會(huì)發(fā)展的學(xué)科，在幫助學(xué)生掌握信息技術(shù)基本知識(shí)和操作技能等方面發(fā)揮著不可替代的作用。計(jì)算思維是高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)組成之一，如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維成為教師開展教學(xué)工作面臨的一大難題?；诖?，文章針對(duì)高中信息技術(shù)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的具體策略進(jìn)行探析，希望能為教育工作者提供實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：高中信息技術(shù)；計(jì)算思維；培養(yǎng)策略

基于新課改的要求，在高中信息技術(shù)課堂中，教師應(yīng)將培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維作為教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)他們的實(shí)際情況組織針對(duì)性的實(shí)踐活動(dòng)，將計(jì)算思維滲透到課堂中的各個(gè)環(huán)節(jié)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，使其充分掌握理論知識(shí)的內(nèi)涵以及運(yùn)用技巧，實(shí)現(xiàn)綜合素養(yǎng)的提升。在這個(gè)過(guò)程中，教師處于引領(lǐng)者的角色，負(fù)責(zé)營(yíng)造良好的教學(xué)氛圍，從而達(dá)到強(qiáng)化學(xué)生計(jì)算思維的教育目的。

一、計(jì)算思維相關(guān)概述

（一）計(jì)算思維的內(nèi)涵

計(jì)算思維是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外教育領(lǐng)域重點(diǎn)研究的話題，更是將培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維作為信息技術(shù)教學(xué)的核心任務(wù)[1]。計(jì)算思維在2006年由周以真教授提出，他認(rèn)為計(jì)算思維是運(yùn)用學(xué)科基礎(chǔ)概念分析數(shù)據(jù)、解決問(wèn)題、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人類行為理解等與計(jì)算機(jī)相關(guān)的思維活動(dòng)，是每個(gè)人都應(yīng)具備的基本能力，尤其是處在成長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期的高中生。它就像寫字、閱讀等日常行為一樣，是人們生活與學(xué)習(xí)中最基本、最普通的思維方式，為綜合素養(yǎng)的形成與發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。具體來(lái)說(shuō)，計(jì)算思維能將問(wèn)題清晰地描述出來(lái)，并將具體思路和解決方案表示為處理信息的基本流程，是保證問(wèn)題順利解決的一個(gè)切入點(diǎn)。

（二）高中信息技術(shù)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的意義

1.提高學(xué)生解決問(wèn)題層次

通常情況下，利用信息技術(shù)解決問(wèn)題的能力分為初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)這三個(gè)層次。其中，初級(jí)階段是指運(yùn)用簡(jiǎn)單的教輔工具解決基礎(chǔ)問(wèn)題，中級(jí)階段指靈活運(yùn)用多種方法和工具解決較復(fù)雜的問(wèn)題，高級(jí)階段指的是在信息技術(shù)理論知識(shí)的輔助下二次創(chuàng)造出全新的工具和解決問(wèn)題的方法，運(yùn)用計(jì)算思維將該門課程與科學(xué)、數(shù)學(xué)、地理等科目結(jié)合起來(lái)。這樣一來(lái)，學(xué)生的潛力得到挖掘，在解決問(wèn)題時(shí)既是信息技術(shù)的使用者，又是優(yōu)化解決方案、提出全新思路的創(chuàng)造者，使他們的思維品質(zhì)得到充分鍛煉，逐漸提高其解決問(wèn)題的層次，為今后的學(xué)習(xí)之路打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。總的來(lái)說(shuō)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維有利于解決問(wèn)題層次的提升，為他們提供更加多元的解題思路，學(xué)會(huì)從不同維度分析問(wèn)題，促進(jìn)解決問(wèn)題能力和自主探究能力的共同發(fā)展。

2.有效明確課程核心價(jià)值

傳統(tǒng)的高中信息技術(shù)教學(xué)以傳授理論知識(shí)和操作技能為主，隨著時(shí)代的發(fā)展根本無(wú)法滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，其中最大的問(wèn)題在于該門課程并沒有像物理、化學(xué)等學(xué)科一樣具有固定的核心內(nèi)容和價(jià)值，也無(wú)法根據(jù)應(yīng)用工具和教學(xué)方法的變換而失去自身原本的特性。換句話說(shuō)，任何一門學(xué)科都必須擁有穩(wěn)定的核心內(nèi)容以及課程內(nèi)涵，從而發(fā)揮出自身獨(dú)特的價(jià)值，助力于學(xué)生的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。計(jì)算思維作為一種比較特殊的思維框架，涵蓋了收集數(shù)據(jù)、抽象分析、構(gòu)建模型、總結(jié)歸納等內(nèi)容，不僅有利于問(wèn)題的順利解決，還在一定程度上拓寬了學(xué)生的認(rèn)知范圍，促進(jìn)解決問(wèn)題能力的提升。由此可見，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能夠有效明確課程核心價(jià)值，結(jié)合他們的基本學(xué)情構(gòu)建核心內(nèi)容，切實(shí)提高信息技術(shù)的課程地位。

3.轉(zhuǎn)變信息課程教育屬性

高中生在學(xué)習(xí)信息技術(shù)時(shí)會(huì)利用常見的工具軟件解決基本問(wèn)題。隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，學(xué)生在小學(xué)階段便接受系統(tǒng)性的信息技術(shù)教學(xué)，在日常生活中也能借助電子設(shè)備與父母、朋友取得聯(lián)系，導(dǎo)致踐行信息技術(shù)課程價(jià)值持續(xù)降低。從根本上說(shuō)，計(jì)算演變規(guī)律與社會(huì)和自然問(wèn)題有著緊密聯(lián)系，以恰當(dāng)?shù)姆绞浇鉀Q實(shí)際問(wèn)題，有助于信息技術(shù)課程教育屬性的轉(zhuǎn)變。計(jì)算思維是每一名高中生都要具備的能力，它與數(shù)學(xué)、語(yǔ)文等學(xué)科同等重要，計(jì)算思維的培養(yǎng)可以使學(xué)生形成全新的思維模式，推動(dòng)綜合素養(yǎng)的提升。在此背景下，有效轉(zhuǎn)變信息技術(shù)課程的教育屬性，無(wú)形中使學(xué)生的學(xué)習(xí)方式也發(fā)生變化，注重思維意識(shí)的培養(yǎng)與鍛煉，促進(jìn)其信息技術(shù)水平的全面發(fā)展。

二、高中信息技術(shù)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的策略

（一）革新教學(xué)模式，滲透計(jì)算思維

1.開展游戲教學(xué)

計(jì)算思維具有較強(qiáng)的開放性，要求學(xué)生擺脫固有思維的限制，在教師的引導(dǎo)下從多個(gè)維度分析問(wèn)題，充分發(fā)揮其想象力與創(chuàng)造力[2]。因此，教師應(yīng)及時(shí)革新教學(xué)模式，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況探索全新的授課方法，使他們養(yǎng)成運(yùn)用計(jì)算思維分析問(wèn)題的良好習(xí)慣。其中，游戲教學(xué)便是有效途徑之一，在課堂中設(shè)置游戲環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在享受快樂(lè)的同時(shí)收獲理論知識(shí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)效率的提升。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，教師可以根據(jù)高中生喜歡的電子游戲設(shè)計(jì)教學(xué)流程，充分激發(fā)其參與興趣，主動(dòng)加入課堂活動(dòng)中，積極開動(dòng)大腦思考問(wèn)題，以此激活他們的計(jì)算思維。經(jīng)過(guò)正確的指導(dǎo)使學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維完成游戲，營(yíng)造輕松、活躍的班級(jí)氛圍，提高課堂參與度的同時(shí)完成計(jì)算思維的滲透。以教科版必修一“探秘人工智能”為例，啟發(fā)式搜索是本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容之一，要求學(xué)生在搜索過(guò)程中加入估價(jià)函數(shù)等啟發(fā)信息，不斷調(diào)整搜索方向，以此加速求解進(jìn)程。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究熱情，教師組織一次游戲競(jìng)賽，在大屏幕上展示八數(shù)碼問(wèn)題，在一個(gè)33的方棋盤上放1，2、3、4、5、6、7、8八個(gè)數(shù)，每個(gè)數(shù)碼占一格，且有一個(gè)空格，這些數(shù)碼可以在棋盤上由初始局面向目標(biāo)局面移動(dòng)，移動(dòng)規(guī)則是：與空格相鄰的數(shù)碼方格可以移入空格，最先完成布局的學(xué)生獲得勝利。在好勝心的驅(qū)使下，大家紛紛參與到游戲中，利用本課所學(xué)知識(shí)進(jìn)行探究，形成良好的課堂氣氛，高效完成計(jì)算思維的滲透。

2.引入項(xiàng)目教學(xué)

項(xiàng)目教學(xué)法是近年來(lái)一種新穎的授課模式，強(qiáng)調(diào)師生共同實(shí)施一個(gè)項(xiàng)目，將具體任務(wù)詳細(xì)分為若干板塊，將理論與實(shí)際結(jié)合起來(lái)，在雙方的默契配合下高效完成任務(wù)。此種方式充分尊重了學(xué)生的主體地位，以項(xiàng)目為中心，在教師的精心設(shè)計(jì)下引導(dǎo)學(xué)生借助互聯(lián)網(wǎng)總結(jié)出解決問(wèn)題的最佳方案，切實(shí)鍛煉其知識(shí)運(yùn)用能力。此種方式對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)具有重要作用，不僅能激發(fā)他們的主觀能動(dòng)性，還可以提高其知識(shí)運(yùn)用能力，達(dá)到學(xué)以致用的效果?？梢?，項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用為學(xué)生提供了更加廣闊的學(xué)習(xí)空間，有效強(qiáng)化其計(jì)算思維，使他們掌握各種解題方法與技巧，以此保證高中信息技術(shù)教學(xué)的實(shí)效性。以教科版高一必修二“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成”為例，可以將“體驗(yàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件組成”作為總?cè)蝿?wù)，劃分為兩個(gè)活動(dòng)，活動(dòng)一是確定計(jì)算機(jī)軟件的安裝順序，教師在大屏幕上出示系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，經(jīng)過(guò)合作探究總結(jié)出安裝順序應(yīng)是先系統(tǒng)軟件后應(yīng)用軟件；活動(dòng)二是用錄音及程序錄制音頻，錄音機(jī)程序是windows系統(tǒng)自帶的“附件”中的一個(gè)程序，用它能將計(jì)算機(jī)外部的聲音錄制為音頻文件。在這個(gè)過(guò)程中，教師提出思考問(wèn)題：“（1）錄制聲音文件需要使用哪些硬件設(shè)備？（2）除了錄音及程序之外，錄音時(shí)還需要使用哪些軟件？”在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下培養(yǎng)了學(xué)生的自主探究意識(shí)和獨(dú)立思考能力，有利于提高信息技術(shù)教學(xué)的質(zhì)量與效率[3]。

（二）強(qiáng)化教學(xué)引導(dǎo)，培育計(jì)算思維

1.轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念

雖然學(xué)生在課堂教學(xué)中占據(jù)著主體地位，但是仍然離不開教師的指導(dǎo)。在高中信息技術(shù)教學(xué)中，課堂進(jìn)度由教師把控，學(xué)生需要按照原定計(jì)劃展開學(xué)習(xí)，完成計(jì)算思維的培養(yǎng)。對(duì)此，教師要強(qiáng)化教學(xué)引導(dǎo)，提高對(duì)計(jì)算思維的重視程度，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)，以此保證課堂教學(xué)的有效性。目前，高中信息技術(shù)課程質(zhì)量參差不齊，部分學(xué)校并沒有意識(shí)到該門學(xué)科的重要性，在缺乏應(yīng)試考試的前提下，學(xué)生也沒有投入足夠的精力和時(shí)間。面對(duì)這一情況，教師必須及時(shí)轉(zhuǎn)變教育理念，讓學(xué)生發(fā)自內(nèi)心感受到信息技術(shù)的重要價(jià)值，了解計(jì)算思維的優(yōu)勢(shì)，為計(jì)算思維的培養(yǎng)做好鋪墊。以教科版高二選擇性必修一“數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)”為例，教師要樹立正確的教育觀念，通過(guò)列隊(duì)、排隊(duì)坐車、銀行業(yè)務(wù)、事務(wù)管理等生活實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生分析各種數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用的必要性和契合性。借助生活現(xiàn)象（具體事例）—現(xiàn)象中的規(guī)律（抽象規(guī)律）—思維遷移（將規(guī)律應(yīng)用于程序設(shè)計(jì)中）的流程展開教學(xué)，使學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中優(yōu)化算法，感受到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)加工中的重要作用，促進(jìn)知識(shí)技能的內(nèi)化以及計(jì)算思維的形成。

2.創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境

近年來(lái)，情境教學(xué)法因其高效、趣味的特點(diǎn)被教師廣泛應(yīng)用于實(shí)踐中，高中信息技術(shù)課堂亦是如此[4]。通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境的方式可以激活學(xué)生的計(jì)算思維，幫助他們更好地理解本課重點(diǎn)內(nèi)容，掌握其中內(nèi)涵并利用它們解決實(shí)際問(wèn)題，取得理想的教學(xué)效果。如此一來(lái)，不僅可以提高學(xué)生的信息技術(shù)綜合水平，還有助于學(xué)科核心素養(yǎng)的培育，使他們?cè)谡鎸?shí)的情境中展開深度學(xué)習(xí)，經(jīng)過(guò)多重感官的刺激豐富其情感體驗(yàn)，獲得思想層面的升華，從而讓學(xué)生意識(shí)到計(jì)算思維的價(jià)值所在，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。在創(chuàng)設(shè)情境的過(guò)程中，教師要利用多媒體設(shè)備或是各種類型的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生展開深度思考，使其有意識(shí)地培養(yǎng)自身的計(jì)算思維。以教科版高二選擇性必修二“認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)”為例，本課重難點(diǎn)內(nèi)容在于了解網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)定義、分類和功能，了解構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的各種硬件及其功能。課程開始，教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境的方式與學(xué)生展開互動(dòng)，要求他們說(shuō)說(shuō)自己對(duì)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)，在自由討論中得到不同的答案，經(jīng)過(guò)整合形成網(wǎng)絡(luò)的定義。接著，教師利用多媒體設(shè)備展示網(wǎng)絡(luò)的種類，在直觀的提示下使學(xué)生知道應(yīng)按照網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍分類，而非連接的計(jì)算機(jī)數(shù)量，同時(shí)對(duì)局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)形成全面的理解，并順利引出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的三大功能，為后續(xù)活動(dòng)的順利開展做好準(zhǔn)備。

（三）豐富教學(xué)實(shí)踐，鞏固計(jì)算思維

1.組織小組合作

高中信息技術(shù)學(xué)科具有一定的實(shí)踐性，要求學(xué)生掌握理論知識(shí)內(nèi)涵的同時(shí)還要靈活運(yùn)用所需內(nèi)容解決具體問(wèn)題，在實(shí)踐中提高個(gè)人綜合素養(yǎng)[5]。為了達(dá)到這一目的，教師應(yīng)組織多元化的實(shí)踐活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生集中思考，以小學(xué)合作的方式展開研究，以此促進(jìn)計(jì)算思維的發(fā)展。基于此，在實(shí)際教學(xué)中，教師在培養(yǎng)計(jì)算思維之余還應(yīng)重點(diǎn)鍛煉學(xué)生的合作意識(shí)和人際交往能力。信息技術(shù)課程包含較多的實(shí)踐內(nèi)容，而且這些內(nèi)容比較抽象，學(xué)生在獨(dú)立思考時(shí)很難總結(jié)出解決方案，也不利于計(jì)算思維的開拓。面對(duì)這一局面，教師應(yīng)積極組織班級(jí)同學(xué)展開小組合作，針對(duì)具體問(wèn)題發(fā)表自己的想法和觀點(diǎn)，經(jīng)過(guò)深入交流激發(fā)更多靈感，實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和計(jì)算思維能力的同步提升。以教科版高一必修一“我們身邊的數(shù)據(jù)”為例，當(dāng)學(xué)生對(duì)本課基礎(chǔ)知識(shí)形成一定了解后，要求他們根據(jù)閱讀教材中的文字信息思考數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)之間的關(guān)系，并將自己的成果分享給組內(nèi)其他成員，在合作探究中加強(qiáng)對(duì)課程內(nèi)容的理解。以小組的形式展開研究，使學(xué)生在實(shí)際案例的引導(dǎo)下總結(jié)出信息的載體依附性、價(jià)值性、實(shí)效性以及共享性，全面總結(jié)出信息的四個(gè)特點(diǎn)，也讓學(xué)生感受到團(tuán)隊(duì)的力量，在組內(nèi)成員的默契配合下鞏固計(jì)算思維，推動(dòng)學(xué)科核心素養(yǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。

2.巧設(shè)實(shí)踐活動(dòng)

現(xiàn)階段部分高中生的計(jì)算思維被局限于課堂上，他們?cè)跐撘庾R(shí)中認(rèn)為只有在課堂中才能學(xué)習(xí)理論知識(shí)和實(shí)踐技能，導(dǎo)致計(jì)算思維的發(fā)散受到阻礙，難以實(shí)現(xiàn)更高層次的教學(xué)目標(biāo)。而且在日常教學(xué)中，課后實(shí)踐活動(dòng)較少，學(xué)生沒有參加的機(jī)會(huì)和途徑，對(duì)計(jì)算思維的鞏固產(chǎn)生不良影響。因此，教師應(yīng)意識(shí)到這一問(wèn)題，積極設(shè)計(jì)更多類型的課后實(shí)踐活動(dòng)，以新穎的方式吸引學(xué)生的注意力，促使更多人參與其中，嘗試?yán)盟鶎W(xué)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)踐，提高知識(shí)運(yùn)用能力的同時(shí)對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維起到鞏固作用。以教科版高一必修二“信息系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)”為例，通過(guò)本課的學(xué)習(xí)使學(xué)生認(rèn)識(shí)信息系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)信息安全風(fēng)險(xiǎn)的防范意識(shí)。教師利用課余時(shí)間組織一場(chǎng)關(guān)于電信詐騙的表演活動(dòng)，讓學(xué)生扮演詐騙犯和受害者，在親身體驗(yàn)中讓他們了解電信詐騙的常見手段以及各類電信詐騙的損失和危害，并能從中找出電信詐騙信息系統(tǒng)的安全漏洞，經(jīng)過(guò)自主探究形成初步有效的典型詐騙防范措施。與此同時(shí)，要求學(xué)生以手抄報(bào)、繪制板報(bào)等形式介紹無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的安全風(fēng)險(xiǎn)，從問(wèn)題表象到問(wèn)題出現(xiàn)的原理，列舉出無(wú)線網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)的防范措施，起到一定的宣傳作用，讓更多身邊人樹立防范意識(shí)，保證自己的權(quán)益不受侵害。在實(shí)踐活動(dòng)的輔助下使學(xué)生的計(jì)算思維得到強(qiáng)化，推動(dòng)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，信息技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)與生活產(chǎn)生較大影響，改變了他們的學(xué)習(xí)方式，更加注重對(duì)其綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。在高中信息技術(shù)教學(xué)中滲透計(jì)算思維，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)內(nèi)容自主探究問(wèn)題的多種解決方案，可以增強(qiáng)其數(shù)據(jù)分析和解決問(wèn)題能力，進(jìn)一步加深對(duì)理論知識(shí)的理解，并能熟練地運(yùn)用于實(shí)踐中，彰顯計(jì)算思維對(duì)發(fā)展綜合素養(yǎng)產(chǎn)生的積極影響。

參考文獻(xiàn)

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