指向計(jì)算思維的高中信息技術(shù)教學(xué)策略研究

曹金梅

摘 要：《迭代與遞歸》是高中信息技術(shù)課程中重要的一章，主要介紹了計(jì)算機(jī)程序中的兩種重要結(jié)構(gòu)：迭代和遞歸。通過(guò)這一章的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠理解并運(yùn)用這兩種結(jié)構(gòu)，編寫(xiě)出更復(fù)雜、更有效的程序。然而，如何在高中信息技術(shù)課程中實(shí)現(xiàn)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，仍是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。基于此，文章首先闡述了計(jì)算思維的概念以及內(nèi)涵，然后提出了指向計(jì)算思維的高中信息技術(shù)教學(xué)策略，旨在為高中信息技術(shù)教學(xué)提供一定的參考和借鑒，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；高中；信息技術(shù)

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算思維的培養(yǎng)已成為高中信息技術(shù)教育的重要目標(biāo)。計(jì)算思維是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念和問(wèn)題解決策略，來(lái)理解、設(shè)計(jì)和解決問(wèn)題的能力。在高中信息技術(shù)課程中，引入計(jì)算思維的培養(yǎng)，不僅有助于提高學(xué)生的信息技術(shù)能力，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問(wèn)題的能力，為學(xué)生提供長(zhǎng)期學(xué)習(xí)和發(fā)展的動(dòng)力，使他們能夠在不斷變化的科技環(huán)境中保持適應(yīng)性和創(chuàng)新性。

一、計(jì)算思維的概念及特征

（一）計(jì)算思維的概念

計(jì)算思維是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類(lèi)行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。這個(gè)概念由美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的周以真教授于2006年首次提出。

計(jì)算思維是一種具有概念化抽象思維特征的思維方式，它并不是程序化的編程思維。它是一種人的思維，而不是機(jī)器的思維，其核心是抽象和自動(dòng)化。計(jì)算思維不僅僅是學(xué)習(xí)編程，更是解決問(wèn)題的方法論，是一種普遍適用的思維方式。

（二）計(jì)算思維的特征

計(jì)算思維的特征包括：

1.概念化的抽象思維：計(jì)算思維運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解，通過(guò)抽象和分解問(wèn)題，將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)化為可計(jì)算的問(wèn)題。

人性化的思維方式：計(jì)算思維不僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家使用的工具，也是一種所有人都應(yīng)該掌握的思維方式。它不僅適用于計(jì)算機(jī)科學(xué)，也適用于其他學(xué)科和領(lǐng)域。

2.是思想而非人造品：計(jì)算思維是一種思想，一種解決問(wèn)題的策略，而不是人造的軟件或硬件產(chǎn)品。它是一種解決問(wèn)題的工具，可以幫助人們更好地理解和解決現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題。

3.與數(shù)學(xué)和工程思維互補(bǔ)融合：計(jì)算思維與數(shù)學(xué)和工程思維是互補(bǔ)和融合的。數(shù)學(xué)思維提供了形式化、符號(hào)化和邏輯化的方法，而工程思維強(qiáng)調(diào)實(shí)際可行性和問(wèn)題解決效率。計(jì)算思維則結(jié)合了數(shù)學(xué)和工程思維的優(yōu)勢(shì)，既注重形式化證明，又強(qiáng)調(diào)實(shí)際問(wèn)題的解決[1]。

4.面向所有的人和領(lǐng)域：計(jì)算思維是每個(gè)人都應(yīng)該學(xué)習(xí)和掌握的基本技能，它不僅適用于計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，也適用于其他領(lǐng)域。它是未來(lái)社會(huì)的通用思維方式，就像閱讀、寫(xiě)作和算術(shù)一樣重要。

因此，計(jì)算思維不僅僅是一種技能或技術(shù)，更是一種可以廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域、幫助人們更好地理解問(wèn)題、解決問(wèn)題和創(chuàng)新思維的思維方式。

二、高中信息技術(shù)教學(xué)面臨的困境

（一）問(wèn)題不夠明確

在教學(xué)過(guò)程中，問(wèn)題的明確性對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)和思維發(fā)展至關(guān)重要。然而，由于信息技術(shù)領(lǐng)域的抽象性和復(fù)雜性，教師在設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)往往會(huì)遇到挑戰(zhàn)，表現(xiàn)為問(wèn)題陳述模糊、描述不清，或者缺乏具體的情境和背景，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生困惑和不確定感，打消了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的積極性。

（二）教學(xué)流程不清晰

教學(xué)流程的不清晰表現(xiàn)為學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系不夠明確，學(xué)生難以理解各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的先后順序和相互關(guān)聯(lián)性，無(wú)法形成系統(tǒng)性的知識(shí)框架，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生混亂感，甚至錯(cuò)過(guò)重要的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，影響他們對(duì)信息技術(shù)的全面理解和應(yīng)用。

（三）缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)

盡管信息技術(shù)是一個(gè)實(shí)踐性較強(qiáng)的領(lǐng)域，但在一些教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生的實(shí)際操作機(jī)會(huì)相對(duì)有限。學(xué)生只停留在表面知識(shí)的記憶層面，導(dǎo)致學(xué)生在理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用之間存在脫節(jié)，無(wú)法將抽象的概念轉(zhuǎn)化為實(shí)際解決問(wèn)題的能力，影響了綜合素養(yǎng)的提升。

（四）課堂互動(dòng)不足

在信息技術(shù)領(lǐng)域，學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造力的培養(yǎng)需要通過(guò)與他人的討論和交流來(lái)實(shí)現(xiàn)。但在實(shí)際課堂教學(xué)中，缺乏學(xué)生和教師、學(xué)生和學(xué)生間的積極互動(dòng)，學(xué)生會(huì)錯(cuò)失與同伴和教師深入交流的機(jī)會(huì)，無(wú)法分享觀點(diǎn)、交流想法，也無(wú)法從互動(dòng)中獲得新的思維啟發(fā)。

（五）缺少反饋總結(jié)

缺乏及時(shí)反饋和系統(tǒng)總結(jié)會(huì)降低學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生難以準(zhǔn)確評(píng)估自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和理解程度，在不知不覺(jué)中積累下錯(cuò)誤[2]。同時(shí)，教師也難以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，無(wú)法調(diào)整教學(xué)策略，妨礙學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和自我修正能力的培養(yǎng)。

三、指向計(jì)算思維的高中信息技術(shù)教學(xué)策略

核心素養(yǎng)在21世紀(jì)已成為每個(gè)人都需要具備的關(guān)鍵高級(jí)行為能力，它綜合了知識(shí)、技能和態(tài)度等多個(gè)方面。其中，計(jì)算思維作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，承載著學(xué)科的本質(zhì)屬性，是一種重要的思維方式。在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力方面，課堂教學(xué)具有至關(guān)重要的作用[3]。為了達(dá)成知識(shí)、技能、態(tài)度和實(shí)際問(wèn)題融合的目標(biāo)，課堂教學(xué)應(yīng)遵循以下方法和步驟。

（一）把握章節(jié)核心知識(shí)，明確問(wèn)題

在信息技術(shù)的學(xué)科體系中，知識(shí)是計(jì)算思維的基礎(chǔ)，教師需要清晰理解各章節(jié)的核心知識(shí)結(jié)構(gòu)，以確保知識(shí)的有機(jī)銜接。這要求教師將教材內(nèi)容融會(huì)貫通，將抽象的概念具體化，將知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活情境相結(jié)合。對(duì)于《迭代與遞歸》這一章節(jié)，教師可以通過(guò)實(shí)際案例解釋迭代和遞歸的概念和原理。例如，在講解迭代時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生思考如何使用迭代來(lái)計(jì)算一個(gè)數(shù)的階乘。教師可以逐步展示從1到目標(biāo)數(shù)的連續(xù)乘法，強(qiáng)調(diào)每次循環(huán)中的累積效應(yīng)，讓學(xué)生理解迭代的重要思想。對(duì)于遞歸，可以以“斐波那契數(shù)列”的問(wèn)題為例，從最簡(jiǎn)單的情況出發(fā)，解釋如何通過(guò)遞歸定義和遞歸調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)列的生成。教師可以要求學(xué)生詳細(xì)分析斐波那契數(shù)列的生成過(guò)程，理解其中的規(guī)律和模式。通過(guò)自己手動(dòng)計(jì)算一些項(xiàng)，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)數(shù)列中每一項(xiàng)都是前兩項(xiàng)之和，這一規(guī)律可以抽象為遞推關(guān)系式，形式化問(wèn)題，學(xué)生能更直觀地理解迭代和遞歸的概念。進(jìn)一步，教師可以與學(xué)生討論兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用場(chǎng)景。迭代方式通常較為直觀，但可能需要更多的計(jì)算資源，特別是對(duì)于大規(guī)模的數(shù)列。遞歸方式則較為優(yōu)雅，但可能涉及重復(fù)計(jì)算，需要合理設(shè)計(jì)終止條件，以避免無(wú)限遞歸。通過(guò)這樣的討論，學(xué)生可以更深入地理解不同方法的特點(diǎn)，為他們未來(lái)的問(wèn)題解決提供指導(dǎo)。

（二）問(wèn)題設(shè)計(jì)有序推進(jìn)，設(shè)計(jì)方案

教師在教學(xué)過(guò)程中，需要根據(jù)學(xué)科內(nèi)容設(shè)計(jì)問(wèn)題，然而，有些問(wèn)題可能相對(duì)復(fù)雜，學(xué)生可能難以一步到位地解決。因此，教師需要巧妙地引導(dǎo)學(xué)生，逐步降低問(wèn)題的難度，讓他們能夠從簡(jiǎn)單到復(fù)雜地構(gòu)建思維臺(tái)階，尋找思維的最近發(fā)展區(qū)。計(jì)算斐波那契數(shù)列的第n項(xiàng)這個(gè)問(wèn)題對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)過(guò)于抽象和復(fù)雜，教師應(yīng)該以逐步引導(dǎo)為主，幫助學(xué)生從最基本的概念出發(fā)，逐漸構(gòu)建解決問(wèn)題的思維路徑。

通過(guò)簡(jiǎn)單的示例，比如前幾項(xiàng)的數(shù)值，學(xué)生可以對(duì)數(shù)列有初步的認(rèn)識(shí)。接著，教師可以提出一個(gè)具體且相對(duì)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，讓學(xué)生從基本的迭代方法入手，逐步熟悉解決問(wèn)題的步驟。隨后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考如何推廣到計(jì)算第n項(xiàng)的問(wèn)題。通過(guò)這個(gè)過(guò)程，學(xué)生需要逐步分析問(wèn)題，考慮數(shù)列的遞推關(guān)系，構(gòu)建解決問(wèn)題的方法。這一步驟相當(dāng)于將問(wèn)題從簡(jiǎn)單情況推廣到復(fù)雜情況，是思維發(fā)展的重要階段[4]。

在問(wèn)題設(shè)計(jì)的有序推進(jìn)中，教師的引導(dǎo)至關(guān)重要。教師應(yīng)該在學(xué)生的認(rèn)知范圍內(nèi)，逐步拆解問(wèn)題，讓學(xué)生能夠逐步消化和理解。通過(guò)問(wèn)題的逐步深入，學(xué)生能夠形成解決問(wèn)題的思維路徑，為設(shè)計(jì)方案奠定基礎(chǔ)。當(dāng)學(xué)生逐步理解問(wèn)題后，他們就可以開(kāi)始設(shè)計(jì)方案。在計(jì)算斐波那契數(shù)列的問(wèn)題中，他們可以基于先前的分析，設(shè)計(jì)迭代算法或遞歸算法，并將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際的代碼。通過(guò)這一過(guò)程，學(xué)生不僅學(xué)會(huì)了解決問(wèn)題的方法，還培養(yǎng)了將抽象概念具體化的能力。

（三）運(yùn)用學(xué)科知識(shí)技能，實(shí)踐解決

在高中信息技術(shù)教學(xué)中，將學(xué)科知識(shí)技能與實(shí)際問(wèn)題解決相結(jié)合，是培養(yǎng)計(jì)算思維的關(guān)鍵途徑之一。學(xué)科知識(shí)是計(jì)算思維的重要載體，但僅僅掌握知識(shí)并不足以形成真正的計(jì)算思維。計(jì)算思維的培養(yǎng)需要通過(guò)實(shí)際問(wèn)題的解決，促使學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行重新組織、加工、轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和問(wèn)題解決能力。

例如，在教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生解決一個(gè)具體的問(wèn)題，如計(jì)算斐波那契數(shù)列的第n項(xiàng)。在這個(gè)實(shí)踐活動(dòng)中，學(xué)生可以運(yùn)用編程語(yǔ)言，如Python，來(lái)實(shí)現(xiàn)斐波那契數(shù)列的計(jì)算。通過(guò)編寫(xiě)代碼，他們需要運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)，將迭代或遞歸的思想轉(zhuǎn)化為實(shí)際的算法。在編寫(xiě)代碼的過(guò)程中，學(xué)生需要考慮如何將問(wèn)題分解為更小的子問(wèn)題，如何正確地表達(dá)迭代或遞歸的邏輯，以及如何保證代碼的正確性和效率。通過(guò)實(shí)踐，學(xué)生不僅能夠?qū)⒊橄蟮母拍钷D(zhuǎn)化為具體的代碼，還可以親身體驗(yàn)迭代和遞歸在解決實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。他們可以通過(guò)輸入不同的參數(shù)，觀察程序的輸出，理解迭代和遞歸的原理和效果。通過(guò)調(diào)試和修改代碼，學(xué)生可以逐步優(yōu)化解決方案，培養(yǎng)解決問(wèn)題的耐心和技巧。實(shí)踐中的問(wèn)題解決過(guò)程也會(huì)激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲。隨著問(wèn)題的復(fù)雜度增加，學(xué)生可能會(huì)面臨挑戰(zhàn)和困難，但同時(shí)也會(huì)體驗(yàn)到解決問(wèn)題的成就感。通過(guò)實(shí)際的實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生將逐步形成計(jì)算思維的思維方式，不僅能夠靈活運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，還能夠培養(yǎng)創(chuàng)新和探索的能力。

（四）適度開(kāi)放對(duì)話(huà)討論，修訂完善

在高中信息技術(shù)教學(xué)中，適度開(kāi)放對(duì)話(huà)討論可以幫助學(xué)生更好地發(fā)展計(jì)算思維，特別是在涉及復(fù)雜主題的情況下，開(kāi)放對(duì)話(huà)討論，可以引導(dǎo)學(xué)生自主思考、交流和合作，修訂和完善他們的理解和解決方案。

適度開(kāi)放的對(duì)話(huà)討論允許學(xué)生在一個(gè)相對(duì)自由的環(huán)境中表達(dá)他們的想法、疑問(wèn)和觀點(diǎn)。在探討《迭代與遞歸》的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，教師可以提出開(kāi)放性的問(wèn)題，如“你認(rèn)為迭代和遞歸在哪些實(shí)際問(wèn)題中可以應(yīng)用？”或“迭代和遞歸有什么異同之處？”通過(guò)這些問(wèn)題，學(xué)生可以根據(jù)自己的理解和經(jīng)驗(yàn)展開(kāi)討論，深化對(duì)這些概念的認(rèn)識(shí)。在討論中，學(xué)生可以分享他們的見(jiàn)解和思考過(guò)程，相互學(xué)習(xí)和啟發(fā)。一方面，這種交流可以幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的理解盲點(diǎn)，更好地理解計(jì)算思維的核心概念。另一方面，學(xué)生之間的討論也能夠促使他們思考問(wèn)題的多樣性，拓展自己的思維路徑，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維能力。

在討論過(guò)程中，教師的角色是引導(dǎo)者和促進(jìn)者。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題，指導(dǎo)他們?nèi)绾芜\(yùn)用計(jì)算思維來(lái)分析和解決問(wèn)題。同時(shí)，教師也應(yīng)該尊重學(xué)生的不同觀點(diǎn)，鼓勵(lì)他們相互傾聽(tīng)和尊重，創(chuàng)造一個(gè)開(kāi)放、包容的學(xué)習(xí)環(huán)境。除了在課堂上進(jìn)行開(kāi)放對(duì)話(huà)討論，教師還可以借助在線(xiàn)平臺(tái)或社交媒體等工具，擴(kuò)大討論的范圍。學(xué)生可以在線(xiàn)上發(fā)表自己的觀點(diǎn)，與同學(xué)進(jìn)行互動(dòng)，促進(jìn)更廣泛的思想交流[5]。這種開(kāi)放式的討論模式有助于學(xué)生在不同時(shí)間和空間里深入思考，并不斷完善自己的理解。

（五）積極反饋有效總結(jié)，鞏固知識(shí)

通過(guò)精準(zhǔn)的反饋和有針對(duì)性的總結(jié)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生更深入地理解計(jì)算思維的核心概念，培養(yǎng)他們的問(wèn)題解決能力和邏輯思維能力。不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，還為他們今后的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一方面，積極的反饋是學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力和方向。教師可以通過(guò)對(duì)學(xué)生的作業(yè)、課堂表現(xiàn)以及參與討論的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，為學(xué)生提供及時(shí)的指導(dǎo)和反饋。教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生是否正確地應(yīng)用了相應(yīng)的思維方法，是否能夠?qū)⒊橄蟮母拍钷D(zhuǎn)化為具體問(wèn)題的解決方案。通過(guò)明確的反饋，讓學(xué)生了解到自己在學(xué)習(xí)過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)和不足之處，有針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。積極的反饋不僅可以鼓勵(lì)學(xué)生，還可以幫助他們更好地理解和運(yùn)用計(jì)算思維的核心概念。

另一方面，有效的總結(jié)對(duì)于鞏固知識(shí)也至關(guān)重要。在教學(xué)結(jié)束后，教師可以對(duì)本節(jié)課的核心內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，強(qiáng)調(diào)重要的概念和解決方法。特別是在涉及迭代和遞歸的教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生回顧整個(gè)思考過(guò)程，從最初的問(wèn)題分析到最終的解決方案，幫助他們理解思維的邏輯和演進(jìn)過(guò)程，將知識(shí)內(nèi)化為自己的思維工具。這種總結(jié)不僅有助于學(xué)生將知識(shí)牢固記憶，還能夠?yàn)榻窈蟮膽?yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

結(jié)束語(yǔ)

文章以《迭代與遞歸》為例，探討了指向計(jì)算思維的高中信息技術(shù)教學(xué)策略。通過(guò)深入分析明確問(wèn)題，有序推進(jìn)設(shè)計(jì)方案，實(shí)踐解決問(wèn)題，適度開(kāi)放對(duì)話(huà)討論以及積極反饋有效總結(jié)等策略，可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。在高中信息技術(shù)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力不僅有助于提升他們的信息技術(shù)素養(yǎng)，更能培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維、問(wèn)題解決能力以及合作精神。然而，也應(yīng)意識(shí)到在實(shí)際教學(xué)中可能面臨的困難和挑戰(zhàn)，需要不斷探索和優(yōu)化教學(xué)策略，以滿(mǎn)足學(xué)生不斷發(fā)展的需求。通過(guò)持續(xù)的努力，能夠?yàn)閷W(xué)生的計(jì)算思維能力培養(yǎng)創(chuàng)造更加有利的條件，為他們未來(lái)的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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