高中信息技術(shù)教學中學生計算思維培養(yǎng)探究

隨著電腦和互聯(lián)網(wǎng)的普及，計算思維已經(jīng)成為信息技術(shù)核心素養(yǎng)的重要組成部分，這是當前社會發(fā)展中編程人員的必備能力，也是學生在信息技術(shù)學習中思考問題、分析問題和解決問題的主要思維方式。對此，教師要從《普通高中信息技術(shù)課標標準（2017年版2020年修訂）》出發(fā)，圍繞教育主題、教學改革需求等設計相符的信息技術(shù)教學方案，以培養(yǎng)學生的計算思維。

一、高中信息技術(shù)中培養(yǎng)計算思維的意義

（一）滿足信息技術(shù)改革要求

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，計算機已經(jīng)逐漸成為常用的電子設備，信息技術(shù)已經(jīng)與每個人的工作、生活息息相關。學校是培養(yǎng)學生能力和素養(yǎng)的主陣地，也是國家選拔人才的主要場所。因此，學校應提高對信息技術(shù)學科的重視速度，并圍繞核心素養(yǎng)要求著重培養(yǎng)學生的計算思維，這為計算機教學活動指明了方向，更好地滿足了學生發(fā)展需求，推動信息技術(shù)課程由“理論”向“理論+實踐”的方向轉(zhuǎn)變。

（二）提高學生綜合素質(zhì)能力

信息技術(shù)更新迭代的速度較快，計算思維的培養(yǎng)應以核心素養(yǎng)為導向。教師在設計教學方案時，應先梳理并總結(jié)教學重難點，結(jié)合教學內(nèi)容逐步培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)。這一過程中，教師要始終關注教學實際情況，給予學生足夠的自由探索時間，助力學生對計算機技術(shù)有深入的認知和了解，在課堂上發(fā)揮學生的主觀能動性，將信息技術(shù)理論知識與實踐操作緊密結(jié)合，從而推動學生綜合素質(zhì)與能力的共同發(fā)展。

（三）助力教師提升自身能力

教師作為課堂教學活動的組織者、學生學習的指導者，自身的工作能力關系到學生計算思維的培養(yǎng)。針對當前的教學情況，教師需要通過不斷學習來提高自身的工作能力，對專業(yè)知識體系進行優(yōu)化和更新，呈現(xiàn)出更優(yōu)秀、完善的信息技術(shù)課堂。而傳統(tǒng)的教學模式與新課改要求存在一定的差距，無法滿足學生的真實學習需求?；诖耍處煴仨毥Y(jié)合素質(zhì)教育理念，積極探索新的教學路徑，通過整合學校所提供的計算機硬件設備、教學資源，綜合考慮后為不同學生安排個性化學習任務，通過優(yōu)化教學方案為學生帶來優(yōu)質(zhì)教學內(nèi)容，以激發(fā)學生的信息技術(shù)學習興趣，達成教學目標。

二、高中信息技術(shù)教學中培養(yǎng)學生計算思維的策略

（一）教學模式：側(cè)重“革新”，養(yǎng)成計算思維習慣

高中信息技術(shù)教學中，積極運用科學思維去分析問題、解決問題，本質(zhì)上是一種開放性極強的思維模式，對學生思維的靈活性有較高的要求。傳統(tǒng)教學模式中，學生學習深度不足，課堂上也很少有創(chuàng)新思考的機會，不利于學生計算思維的培養(yǎng)。教師應針對教學中的不足，及時“革新”，圍繞教學需求融入現(xiàn)代化教學工具及手段，構(gòu)建具有現(xiàn)代化特征的課堂，使信息技術(shù)課程與時俱進。這樣一來，不僅可以突出學生的學習主體性，還能給予學生充分的思考時間與空間，推動學生思維能力不斷發(fā)展。

以廣東教育出版社出版的高中信息技術(shù)選擇性必修3“3.1.1 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表”教學為例，教師可以結(jié)合學生的能力創(chuàng)建微課視頻，讓學生在學習中掌握數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建相關的知識。首先，教師在課堂初始，組織學生自主學習微課視頻中的內(nèi)容，了解本課主題及相關知識，鍛煉學生自主學習能力的同時，也為課堂教學奠定了良好的基礎。隨后，教師以“翻轉(zhuǎn)課堂”的方式設計后續(xù)教學活動，課堂中鼓勵學生結(jié)合自主學習的收獲，嘗試獨立構(gòu)建數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表，并通過信息共享將構(gòu)建內(nèi)容上傳到教師端，教師在檢驗和分析中對學生的學習情況進行客觀的評價。這樣一來，學生既可以有充足的自主探究空間，又能獨立思考問題、解決問題，真正提高計算思維能力。最后，教師對學生數(shù)據(jù)庫編寫中遇到的問題，有針對性地展開教學，為學生答疑解惑的同時增強學生的創(chuàng)新意識、應用能力和計算思維，以促進學習目標的實現(xiàn)?；诖耍處熗ㄟ^構(gòu)建與以往完全不同的課堂形式，提升課堂教學效果的基礎上，也能引導學生轉(zhuǎn)變對信息技術(shù)的態(tài)度，助力學生綜合素養(yǎng)的提升。

（二）教學理念：強化“引導”，培養(yǎng)計算思維意識

1.轉(zhuǎn)變教學觀念

意識在一定程度上會影響學生的學習行為，教師要對培養(yǎng)學生計算思維引起足夠的重視。當前，學生將更多的精力放在了應試科目上，除了課堂時間外，很少會主動學習和分析信息技術(shù)相關知識。面對這樣的局面，如何提高課堂教學效率，成為教師必須探索的課題。轉(zhuǎn)變自身教學理念，借助豐富的教學方式來引導學生重視信息技術(shù)，了解計算思維的優(yōu)勢，可以為培養(yǎng)學生計算思維奠定良好的基礎。

以廣東教育出版社出版的高中信息技術(shù)必修2“5.3 合理使用信息系統(tǒng)”教學為例，為了幫助學生樹立信息安全意識，教師在課堂中要注重引導學生思維。首先，教師利用多媒體展示教學案例：“小明在用電腦玩游戲時，彈窗信息提示，加好友享受充值優(yōu)惠活動，小明添加后對方要求遠程操控電腦完成充值步驟，小明應該怎么做？”學生結(jié)合案例中的內(nèi)容，立刻判斷出其中存在風險，認為小明不能讓他人遠程操作自己的電腦，以免造成安全隱患。隨后，教師繼續(xù)播放課件，從“小明的行為”入手，引導學生觀察兩種不同選擇下的結(jié)果，進而讓學生認識到具備安全意識的重要性。同時，教師向?qū)W生展示“信息安全立法”相關知識，讓學生研究信息安全對經(jīng)濟、政治、文化、社會等方面的影響，明確信息系統(tǒng)安全問題對維護國家、個人信息安全的重要性。最后，教師組織學生展開討論，分析“為了維護信息安全，使用信息網(wǎng)絡時應怎么做”，學生可以各抒己見，并結(jié)合自己的生活經(jīng)驗展開深入交流，一定程度上培養(yǎng)了學生的計算思維?；诖?，教師在課堂中以現(xiàn)代社會熱點導入課程，并聯(lián)系生活、法律等相關內(nèi)容，吸引學生主動分析，明確維護信息安全的重要性，使其認識到學習內(nèi)容與生活聯(lián)系較為緊密，進而對信息技術(shù)有更高的重視。

2.創(chuàng)設教學情境

教師的“導”決定了情境教學的實效性，這種“導”并不是對課堂教學的絕對操控，而是在為學生保留充足自主發(fā)展空間、尊重和理解學生行為的基礎上，引導學生理解教授內(nèi)容并作出各種積極的回應。在高中信息技術(shù)教學中，教師要通過創(chuàng)設情境來刺激學生的思維，助力學生理解新知。這樣一來，學生通過課堂學習獲得感官上的刺激，進而積累了豐富的情感經(jīng)驗，使思想水平得到鍛煉和提升，進而認可計算思維的價值，使學生在探究中提高自身的計算思維能力。

以廣東教育出版社出版的高中信息技術(shù)選擇性必修4“2.3 自然語言處理”教學為例，教師可以通過創(chuàng)設情境的方式來引導學生展開探究，強化對人工智能的認識。首先，教師在課堂初始以提問的方式來導入新課：“請大家結(jié)合生活經(jīng)驗，說一說人工智能的應用。”學生結(jié)合生活經(jīng)驗答出汽車自動導航、商場機器人、智能音箱等，教師繼續(xù)提問：“人工智能的功能不同、應用場合不同，這是如何做到的呢？”由此，引入自然語言相關內(nèi)容的學習。隨后，教師利用多媒體課件展示“機器翻譯”“指紋門鎖”“人臉識別”等相關視頻，讓學生認真觀看并發(fā)表看法。這一過程中學生發(fā)現(xiàn)，人工智能本質(zhì)上是利用自然語言讓計算機能“聽懂”人類的語言，為生活、學習和生產(chǎn)等提供便利，如“指紋門鎖”需要人們在安裝門之后，通過注冊完成指紋采集和特征提取，再將這些信息存儲在數(shù)據(jù)庫之中，開門時通過識別模塊來匹配指紋。最后，教師利用人工智能開放創(chuàng)新平臺的應用程序編程接口，組織學生進行實踐，在編程學習中探索“機器翻譯”的核心功能，認識到人工智能是通過對自然語言的處理，實現(xiàn)“翻譯”功能。此外，教師還可以鼓勵學生對Python程序代碼進行修改，將程序由“英譯漢”變?yōu)椤皾h譯英”等，讓學生在情境探究中提高自身計算思維能力。

（三）教學實踐：活動“豐富”，鞏固計算思維能力

1.組織小組合作

培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)是高中信息技術(shù)教學的宗旨，計算能力、合作素養(yǎng)、互動能力等都是綜合素養(yǎng)中的重要組成部分。教師應充分整合教學中的內(nèi)容，選擇較為煩瑣的部分設計實踐活動，組織學生以小組合作的方式展開學習，合理分工中充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，使學生在廣泛交流與協(xié)作中形成思維碰撞，產(chǎn)生更多的靈感，讓學生的團隊協(xié)作能力、計算思維能力得到發(fā)展。

以廣東教育出版社出版的高中信息技術(shù)選擇性必修3“5.1 數(shù)據(jù)管理與分析的新發(fā)展”教學為例，為了讓學生熟練掌握數(shù)據(jù)的管理和分析方法，教師應開展小組合作學習活動。首先，教師利用投影一邊構(gòu)建分布式數(shù)據(jù)庫與Web數(shù)據(jù)庫，一邊向?qū)W生講解這兩種數(shù)據(jù)庫的基本特征，通過直觀化課堂強化學生對知識的印象。隨后，教師組織學生開展小組合作學習，以電子商務數(shù)據(jù)為背景創(chuàng)設情境：“隨著電商的發(fā)展，每年的雙十一、雙十二，商家都會投放廣告和設計活動來吸引顧客，再根據(jù)活動開展的實時資料來獲取用戶訪問情況，進而分析用戶需求，但以往這類分析采用的是分布式離線分析，分析結(jié)果存在延時性，如何才能解決這一問題呢？”學生動腦思考后，教師拋出探究任務：分小組了解其中的管理技術(shù)與工具，積極探索云數(shù)據(jù)庫RDS中的多結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲模式，讓學生分工協(xié)作配合，探究這種數(shù)據(jù)管理模式的優(yōu)勢，使用哪些技術(shù)與工具才能提高對存儲數(shù)據(jù)的管理效率。最后，教師鼓勵各小組暢談分析結(jié)果，并對學生合作探究情況進行點評，讓學生在溝通中鞏固數(shù)據(jù)庫掌握情況，這樣一來，可以提高學生理解知識的效率。

2.巧設課后實踐

傳統(tǒng)教學模式中，學生多是聆聽教師的講解，再借助指導完成實踐操作，過程中缺乏獨立思考和探究的機會，不利于學生計算思維的發(fā)散，思維層次也很難得到突破。對此，在教學中，教師應為學生創(chuàng)造更多實踐的機會，在課堂教學的基礎上增設課后實踐活動，鼓勵學生主動參與其中，從而達到鞏固計算思維的目的。

以廣東教育出版社出版的高中信息技術(shù)必修2“2.1 信息系統(tǒng)及其組成”教學為例，為了引導學生了解信息系統(tǒng)、組成、作用、優(yōu)勢及局限，教師應設計豐富的課后實踐活動，鞏固學生的計算思維。首先，教師在新課導入環(huán)節(jié)，運用學生感興趣的問題來啟發(fā)其思維：“寒暑假大家如果準備出門旅游的話，需要提前做好哪些準備呢？”學生可能會回答“提前訂票、訂酒店、訂景點門票”等，教師則繼續(xù)引導學生：“那么，大家通過什么方式完成訂票或旅游攻略的？”學生則會說從社交軟件等途徑搜集旅游景點信息，通過軟件或線下站點購票，利用App、小程序等來訂酒店、門票等。由此將實際生活與課本內(nèi)容自然銜接，引入課題。隨后，教師讓學生認識到情境中的內(nèi)容就是日常生活中的信息系統(tǒng)，基于此講解理論知識，引導學生分析信息系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。最后，教師為學生布置課后作業(yè)：“體育館為了滿足學生的飲水需求，在出入口安放了自動售賣機，自動售賣系統(tǒng)應該如何設置呢？”鼓勵學生結(jié)合課堂所學知識，以思維導圖的形式設計自動售賣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、無線支付、售貨現(xiàn)場控制、數(shù)據(jù)采集、銷售信息、物流信息、客戶信息實時管理等功能?；诖?，學生在課堂學習和課后作業(yè)實踐中，計算思維能得到充分發(fā)揮，進一步鞏固課堂教學效果。

（四）教學拓展：資源“整合”，提高計算思維實效

信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，拓展教育資源、整合教學內(nèi)容，是培養(yǎng)學生計算思維的有效措施之一。同時，信息技術(shù)本身就具有較強的前沿性特征，會隨著時代的發(fā)展而不斷發(fā)展，而教材屬于定期更換的教學資料，具有靜態(tài)性和滯后性。教師為了構(gòu)建高效課堂，提高學生計算思維培養(yǎng)實效，應立足教材引入課外資源，并加以整合，通過拓展和完善使教學內(nèi)容始終符合當前時代發(fā)展，實現(xiàn)課堂教學效果。

以廣東教育出版社出版的高中信息技術(shù)必修2“5.2 信息系統(tǒng)安全風險防范的技術(shù)和方法”教學為例，教師可以將計算機病毒作為拓展內(nèi)容引入課堂中，以視頻的方式讓學生展開分析和推導。首先，教師順著計算機發(fā)展時間史，搜集不同時期計算機病毒的特點及傳播方式，引導學生運用已掌握知識展開分析和討論，使學生在交流中豐富關于計算機病毒的知識。隨后，利用教材中的學習資源包，指導學生找到軟件并進行安裝，嘗試使用軟件來對文件進行破解和加密，還可以利用Python編程，研究不同長度密碼窮舉算法的時間效率，深入體會信息加密與密碼分析中的矛盾性。最后，教師引導學生嘗試利用Python語言編寫檢測病毒的小程序，將其布置為課后作業(yè)，通過實踐來檢驗課堂所學知識。由于學生的計算思維及綜合能力水平有限，程序在運行中難免會遇到一些問題，教師可以鼓勵學生展開小組探究，并利用網(wǎng)絡積極搜集解決方法，促進信息技術(shù)教學實現(xiàn)橫向延伸和縱向加深。

總的來說，在高中信息技術(shù)課堂之中，教師要將培養(yǎng)學生計算思維作為重點內(nèi)容，結(jié)合新課改的要求及社會發(fā)展需求，為學生設計高效教學活動，以提高學生思維深度，拓展創(chuàng)新能力。在這一過程中，教師要加強對學生計算思維能力的培養(yǎng)，結(jié)合學生發(fā)展需求和社會需求，精心設計多元化構(gòu)成的信息技術(shù)教學課堂，充分挖掘?qū)W生的計算思維培養(yǎng)路徑，達到培養(yǎng)學生計算思維目的，促進學生全面發(fā)展。