初中信息科技課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力研究

摘 要：在數(shù)字化時代，計算思維能力的重要性愈發(fā)凸顯，尤其是在初中信息科技課程中。計算思維能力有助于學(xué)生通過分析、分解、建模等方式解決復(fù)雜的問題。因此，分析了初中信息科技課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的意義，探究了初中信息科技課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的策略，如安排學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、使用問題導(dǎo)向教學(xué)法、組織學(xué)生進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)等。

關(guān)鍵詞：初中；信息科技課程；計算思維能力

作者簡介：桑淑玲（1976—），女，甘肅省臨洮縣第三中學(xué)。

一、初中信息科技課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的意義

（一）有助于提升學(xué)生的邏輯思維能力

計算思維作為一種核心能力，在信息化時代尤為重要，尤其是在初中信息科技課程中，它為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了新的路徑，不僅有助于學(xué)生理解信息技術(shù)，還深刻影響著學(xué)生在解決復(fù)雜問題時的邏輯思維。邏輯思維能力的培養(yǎng)，是學(xué)生從“知其然”到“知其所以然”的重要轉(zhuǎn)變。在計算思維的框架下，學(xué)生能夠以系統(tǒng)化、層次化的方式去應(yīng)對問題，將其分解為一系列可解決的小問題，再逐步解決，這種模式化的分析過程，讓他們掌握了理性推理與決策的能力，從而避免了在面對問題時做出片面、盲目和沖動的決策。在信息科技課程中，邏輯思維能力的培養(yǎng)直接體現(xiàn)在編程的過程中。編寫程序本質(zhì)上就是將一個問題通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)逐步推導(dǎo)出解決方案。學(xué)生在學(xué)習(xí)編程語言的同時，會逐步掌握如何分解復(fù)雜任務(wù)，如何通過設(shè)計算法優(yōu)化解決方案，以及如何根據(jù)需求調(diào)整邏輯結(jié)構(gòu)。在編寫程序時，學(xué)生需要時刻保持對整體與局部的思考能力，既要保證各個模塊的功能獨(dú)立性，也要確保整個系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作，這種自下而上的思維模式提升了學(xué)生邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性，使他們能夠理解每一個決策的前因后果。例如，在編寫簡單的排序算法時，學(xué)生不僅需要考慮如何將一組數(shù)據(jù)按照規(guī)則排序，還要思考如何優(yōu)化算法的時間復(fù)雜度。通過反復(fù)的實(shí)踐與優(yōu)化，學(xué)生能夠?qū)W會找到高效、合理的解決方案，這種訓(xùn)練無形中增強(qiáng)了他們在日常生活中處理問題的能力，使他們學(xué)會在面對復(fù)雜情境時從多個角度進(jìn)行分析，而不是被表象所迷惑。而且信息科技課程中的邏輯思維訓(xùn)練不局限于編程，它還體現(xiàn)在對算法的設(shè)計和驗(yàn)證過程中。一個成功的算法不僅僅是解決問題的工具，更是一種思維方式的展現(xiàn)——通過合理的推理，找出最佳的解決路徑。算法設(shè)計要求學(xué)生思維縝密，不能漏掉任何一個步驟，同時要考慮多種可能的解決方法。每一個程序分支、循環(huán)條件都需要經(jīng)過仔細(xì)的推敲，這不僅僅是在編寫代碼，更是對學(xué)生邏輯思維能力的考驗(yàn)。計算思維的邏輯性很強(qiáng)，且層次分明，它要求學(xué)生在面對問題時，能夠迅速構(gòu)建出一幅思維導(dǎo)圖，從問題的輸入、處理到輸出，每一步都需要清晰明了。這種思維的層次化不僅幫助學(xué)生掌握了信息科技的基本技能，還為他們其他學(xué)科的學(xué)習(xí)提供了重要的思維工具。

（二）促進(jìn)了跨學(xué)科知識的整合

計算思維不局限于信息科技領(lǐng)域，它作為一種全新的思維模式，正在逐步滲透到各個學(xué)科的學(xué)習(xí)與應(yīng)用中。這種思維方式強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性、邏輯性和分解問題的能力，使學(xué)生在面對復(fù)雜情境時能夠從不同角度思考，靈活運(yùn)用跨學(xué)科知識。這一跨學(xué)科整合的特性，使得計算思維不僅是信息科技學(xué)科的核心技能，也是培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)的重要工具，通過對不同學(xué)科建立聯(lián)系，學(xué)生得以打破學(xué)科之間的壁壘，提升綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維水平［1］。計算思維在數(shù)學(xué)學(xué)科中的應(yīng)用效果非常顯著，數(shù)學(xué)本身就是一個高度邏輯化的學(xué)科，很多問題需要通過系統(tǒng)分析和推理解決。在信息科技課程中，學(xué)生學(xué)習(xí)的算法設(shè)計、數(shù)據(jù)處理等技能，與數(shù)學(xué)中的方程求解、函數(shù)運(yùn)算等技能具有高度的契合性。例如，編寫求解方程的算法不僅能幫助學(xué)生理解數(shù)學(xué)解題過程，還能幫助他們掌握如何借助計算機(jī)工具進(jìn)行自動化的推理和運(yùn)算，拓展思維方式，提升解決數(shù)學(xué)問題的創(chuàng)新性和靈活性。在具體應(yīng)用中，學(xué)生可以將信息科技中的編程語言與數(shù)學(xué)知識結(jié)合，設(shè)計程序來解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題。比如，學(xué)生可以使用Python編寫求解線性方程組的算法，通過邏輯判斷語句和循環(huán)結(jié)構(gòu)，使程序自動判斷方程的解是否存在以及如何尋找最佳解。這樣的實(shí)踐訓(xùn)練不僅能讓學(xué)生對數(shù)學(xué)問題有更深刻的理解，還能促使他們將數(shù)學(xué)中的抽象概念轉(zhuǎn)化為具體的編程思維，提升他們的邏輯推理能力和解題效率。除此之外，計算思維在物理學(xué)科中的應(yīng)用也十分廣泛。物理中的很多問題同樣依賴于對復(fù)雜現(xiàn)象的系統(tǒng)分析和模型化過程。學(xué)生借助計算思維，能夠更好地將物理現(xiàn)象抽象為數(shù)學(xué)模型，并通過編程對這些模型進(jìn)行模擬與計算。

二、初中信息科技課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的策略

（一）安排學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

在信息科技課程中，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力至關(guān)重要，而項(xiàng)目式學(xué)習(xí)作為一種有效的教學(xué)策略，能夠?qū)⒂嬎闼季S與實(shí)際問題緊密結(jié)合，提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生通過設(shè)計和開發(fā)實(shí)際項(xiàng)目來學(xué)習(xí)知識和技能，從而使抽象的概念轉(zhuǎn)化為具體的應(yīng)用，這種教學(xué)方法不僅可以鍛煉學(xué)生的編程技能，還能促使他們在解決問題的過程中自然地運(yùn)用計算思維并深化對計算思維的理解。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的核心在于學(xué)生需要完成一個完整項(xiàng)目，經(jīng)歷從問題分析、方案設(shè)計到實(shí)現(xiàn)和測試的各個環(huán)節(jié)，這一過程使得計算思維在實(shí)踐中得到了強(qiáng)化。例如，在教學(xué)“計算機(jī)的操作系統(tǒng)”時，教師可以安排學(xué)生圍繞操作系統(tǒng)的功能進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計，讓學(xué)生以小組的形式創(chuàng)建一個簡易的操作系統(tǒng)模型。在項(xiàng)目初期，學(xué)生需要分析現(xiàn)有操作系統(tǒng)的特性，了解它們的基本功能，如文件管理、任務(wù)調(diào)度和用戶界面等，這一過程不僅深化了他們對計算機(jī)操作系統(tǒng)的理解，也為后續(xù)的方案設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。在方案設(shè)計階段，學(xué)生可以將各自的想法匯聚到一起，討論并形成一個完善的項(xiàng)目計劃。通過協(xié)作，學(xué)生不僅能夠提升溝通能力和團(tuán)隊合作能力，也能在討論中學(xué)習(xí)到如何運(yùn)用計算思維解決問題。在這一過程中，計算思維也得到了發(fā)展，學(xué)生學(xué)會了將復(fù)雜的問題分解為更易于處理的小問題，進(jìn)而逐步找到解決方案。隨著項(xiàng)目的實(shí)施，學(xué)生可以將所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際操作中，進(jìn)行程序編寫和系統(tǒng)搭建。在這一過程中，學(xué)生的編程技能得到了鍛煉，他們也在不斷試錯和調(diào)整中加深了對計算思維的理解。例如，學(xué)生在運(yùn)用文件管理功能時可能會遇到數(shù)據(jù)存取速度慢的問題，通過分析原因，他們能夠?qū)W會利用調(diào)試工具進(jìn)行故障排除，嘗試優(yōu)化算法。這一過程不僅培養(yǎng)了他們的邏輯思維能力，還增強(qiáng)了他們的創(chuàng)造力與解決問題的能力［2］。項(xiàng)目的最后階段是測試與評估。學(xué)生需要對自己設(shè)計的操作系統(tǒng)進(jìn)行功能測試，驗(yàn)證其是否能順利完成預(yù)期任務(wù)。在這一環(huán)節(jié)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生制定測試標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行自我評價與同伴評價。這樣的反饋機(jī)制不僅提升了學(xué)生的評估能力，還促使他們從多個角度思考項(xiàng)目有待改進(jìn)之處，抓住進(jìn)一步學(xué)習(xí)與提升的契機(jī)，增強(qiáng)抗挫折能力。

（二）使用問題導(dǎo)向教學(xué)法

問題導(dǎo)向教學(xué)法作為一種新的教育方式，能夠極大地促進(jìn)學(xué)生計算思維能力的發(fā)展。這種方法的核心在于通過設(shè)計一系列真實(shí)且具有挑戰(zhàn)性的問題，引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題并探究相應(yīng)的解決方案，這不僅能夠提高學(xué)生解決問題的能力，還能夠強(qiáng)化他們的邏輯推理、算法設(shè)計及程序編寫等核心技能。與傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)相比，問題導(dǎo)向教學(xué)法注重學(xué)生的主動性，通過提出問題激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在實(shí)踐中逐步形成并運(yùn)用計算思維。在實(shí)際教學(xué)過程中，教師需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的認(rèn)知水平設(shè)計出一系列問題，這些問題應(yīng)從簡單到復(fù)雜，難度逐漸加大。通過這種結(jié)構(gòu)化的問題設(shè)置，學(xué)生能夠在解決問題的過程中逐漸深入理解計算思維的核心概念。例如，在教授“計算機(jī)的安全管理”這一內(nèi)容時，教師可以先提出一些基礎(chǔ)性的問題，如“什么是計算機(jī)病毒？”“計算機(jī)安全管理的基本原則是什么？”等。這樣的基礎(chǔ)問題能夠幫助學(xué)生對計算機(jī)安全管理建立起基本的認(rèn)識，激發(fā)他們的興趣。隨著學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握，教師可以逐步引入更具有挑戰(zhàn)性的問題，如“在企業(yè)中，如何有效地防范網(wǎng)絡(luò)攻擊？”“針對某一具體案例，企業(yè)應(yīng)該采取何種措施來提升計算機(jī)的安全性？”等。這些問題需要學(xué)生進(jìn)行深入的思考和分析，在這一過程中，學(xué)生綜合運(yùn)用邏輯推理、算法設(shè)計等多種技能，能夠探索多種解決方案，最終選擇最優(yōu)方案。在采用問題導(dǎo)向教學(xué)法時，教師的角色從知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者［3］。教師不僅需要設(shè)計出富有挑戰(zhàn)性的問題，還要通過引導(dǎo)學(xué)生討論、合作與反思來促使他們展開深度學(xué)習(xí)。在這一過程中，教師可以采用小組討論、案例分析等多種教學(xué)策略，鼓勵學(xué)生之間相互合作，分享各自的觀點(diǎn)，互相啟發(fā)，從而提高整體的學(xué)習(xí)效果。此外，問題導(dǎo)向教學(xué)法還能夠幫助學(xué)生建立系統(tǒng)化的思維方式。在信息科技課程中，學(xué)生常常需要面對多個相互關(guān)聯(lián)的子問題，例如，在開發(fā)一個多功能的應(yīng)用程序時，學(xué)生需要解決多個模塊相互依賴的問題。通過問題導(dǎo)向教學(xué)法，教師可以將這些復(fù)雜的模塊問題分解成若干個簡單的問題，并引導(dǎo)學(xué)生逐一解決。例如，購物車系統(tǒng)不僅需要進(jìn)行商品的添加和刪除，還涉及數(shù)據(jù)庫的存儲和更新，這些操作必須協(xié)調(diào)一致，才能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。通過解決這些子問題，學(xué)生能夠培養(yǎng)系統(tǒng)化的思維能力，在面對復(fù)雜問題時保持清晰的思路。

（三）組織學(xué)生進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)

在初中信息科技課程中，組織學(xué)生進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)是一種有效的教學(xué)策略，不僅可以提升學(xué)生的計算思維能力，還能培養(yǎng)他們的團(tuán)隊合作精神。通過小組合作，學(xué)生在面對真實(shí)問題時能夠在討論、分工與合作中相互學(xué)習(xí)，發(fā)揮各自的特長，共同尋找解決方案。小組合作學(xué)習(xí)為學(xué)生提供了一個互動平臺，學(xué)生可以分享各自的知識和經(jīng)驗(yàn)，討論不同的解決方案，這種集體智慧的碰撞，往往能激發(fā)出更具有創(chuàng)意的想法。例如，在一個編程項(xiàng)目中，團(tuán)隊成員各自負(fù)責(zé)不同的模塊，并被要求設(shè)計出相互協(xié)調(diào)的程序。當(dāng)一個成員在解決某個編程難題時，其他成員可以提出不同的解決方案，這樣的互動不僅有助于問題的快速解決，還能提高整個團(tuán)隊的學(xué)習(xí)效率，讓學(xué)生意識到解決同一問題可以有多種不同的方法。協(xié)作學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)任務(wù)的分工與合作，在信息科技課程中，教師可以根據(jù)項(xiàng)目的復(fù)雜度將學(xué)生分成小組，并為每個小組設(shè)定明確的目標(biāo)和任務(wù)。在這一過程中，學(xué)生能夠明確各自的角色，實(shí)現(xiàn)分工與合作。例如，在開發(fā)一個游戲時，團(tuán)隊中的一部分學(xué)生負(fù)責(zé)界面設(shè)計，另一部分學(xué)生則專注于編程邏輯，這樣的分工不僅提高了工作效率，還使得每位學(xué)生都能在各自擅長的領(lǐng)域內(nèi)施展才華，在實(shí)踐中體驗(yàn)到團(tuán)隊合作的重要性，學(xué)會尊重和理解他人的觀點(diǎn)，從而提升溝通和協(xié)調(diào)能力。同時，在團(tuán)隊合作的過程中，學(xué)生不僅能夠鍛煉計算思維能力，還能學(xué)習(xí)他人的思考方式和解決方案。每位學(xué)生都有自己的思考路徑和方法，通過觀察和討論，學(xué)生能夠從同伴的解決方案中獲得啟示，拓展思維，培養(yǎng)綜合應(yīng)用能力［4］。例如，某一小組使用了獨(dú)特的算法或設(shè)計思路，其他小組成員在討論后決定學(xué)習(xí)這種方法，并計劃在未來的項(xiàng)目中進(jìn)行應(yīng)用與創(chuàng)新。這種知識的傳遞和共享，不僅促進(jìn)了個人成長，也提升了整個團(tuán)隊的能力。此外，協(xié)作學(xué)習(xí)還能夠增強(qiáng)學(xué)生的自我效能感。當(dāng)學(xué)生在團(tuán)隊中成功解決問題時，他們會獲得成就感，這種成功體驗(yàn)不僅增強(qiáng)了他們的學(xué)習(xí)信心，也促使他們在未來的學(xué)習(xí)中更加積極主動。在團(tuán)隊中，每個成員都可以看到自己所做的貢獻(xiàn)，這種參與感會讓學(xué)生更加投入，愿意為實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊目標(biāo)而努力。因此，教師在安排小組合作學(xué)習(xí)時，可以設(shè)置適當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性任務(wù)，讓學(xué)生在解決問題后體驗(yàn)成功的喜悅。

三、總結(jié)

在初中信息科技課程中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，是適應(yīng)現(xiàn)代社會技術(shù)進(jìn)步的必然要求，通過合理設(shè)計課程內(nèi)容、引入多樣化的教學(xué)策略，教師可以有效提升學(xué)生的計算思維水平，為他們的未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在當(dāng)前教育改革的背景下，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力成為推動教育創(chuàng)新的重要環(huán)節(jié)，有助于學(xué)生應(yīng)對數(shù)字化時代的多元挑戰(zhàn)。

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