基于計算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)實踐探索

【摘要】計算思維作為高中信息技術(shù)的重要核心素養(yǎng)之一，適用于信息儲存、模式架構(gòu)和算法編程等多個技術(shù)領(lǐng)域，與當(dāng)前社會科技發(fā)展的聯(lián)系密切，有著不可忽視的教育價值和意義。因此，信息技術(shù)學(xué)科教師應(yīng)深化對計算思維的認知理解，明確其價值內(nèi)涵與培養(yǎng)方向，構(gòu)思更具普適性的培養(yǎng)策略，在達成課程目標(biāo)的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生全面把握計算思維的技巧精髓，為他們未來的學(xué)習(xí)與發(fā)展奠定堅實的能力基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】高中信息技術(shù)；計算思維；路徑探索；教學(xué)設(shè)計；核心素養(yǎng)

作者簡介：孫長遠（1981—），男，江蘇省睢寧高級中學(xué)。

近年來，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迭代發(fā)展與新課改的持續(xù)推進，對于高中信息技術(shù)課程的教學(xué)要求也從基本的應(yīng)試達標(biāo)，逐步向核心能力素養(yǎng)的涵育培養(yǎng)轉(zhuǎn)變。計算思維作為信息技術(shù)核心素養(yǎng)的重要組成部分，進一步強調(diào)了抽象信息的收集轉(zhuǎn)化、具體模式的認知識別和邏輯算法的編輯設(shè)計等能力點。因此，學(xué)科教師應(yīng)革新教學(xué)理念，以計算思維培養(yǎng)作為教學(xué)目標(biāo)，為學(xué)生設(shè)計更具個性化與實踐性的培養(yǎng)策略，全面促進他們在信息技術(shù)領(lǐng)域的多維發(fā)展［1］。

一、高中信息技術(shù)計算思維的內(nèi)涵價值

（一）鞏固理論知識基礎(chǔ)

區(qū)別于其他的素質(zhì)教育學(xué)科，信息技術(shù)學(xué)科的理論知識更為專業(yè)而復(fù)雜，學(xué)生需通過系統(tǒng)性的信息技術(shù)理論學(xué)習(xí)，才能完全掌握計算機科學(xué)的基本概念、原理和方法，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計和編程語言等。而計算思維的培養(yǎng)能夠幫助學(xué)生深度理解信息技術(shù)理論的核心理念與復(fù)雜概念，全面夯實學(xué)生在理論知識方面的基礎(chǔ)，為他們將實際問題抽象轉(zhuǎn)化為計算模型和邏輯算法做鋪墊，提升他們在面對復(fù)雜問題時的分析和拆解能力，為學(xué)生未來深入學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。因此，信息技術(shù)教師應(yīng)重視計算思維的培養(yǎng)，為學(xué)生未來長期的信息技術(shù)學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)保障。

（二）強化技能應(yīng)用實踐

信息技術(shù)是一門為生活實際服務(wù)的素質(zhì)能力學(xué)科。計算思維作為信息技術(shù)學(xué)科的核心能力素養(yǎng)，涵蓋抽象信息轉(zhuǎn)化、邏輯推理分析和算法程序編輯等諸多技術(shù)能力。對此，學(xué)科教師應(yīng)重視計算思維的培養(yǎng)，摒棄傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，為學(xué)生提供更多應(yīng)用實踐的機會，使他們學(xué)會運用專業(yè)技能來解決真實問題，在未來學(xué)習(xí)和職業(yè)生涯中具備更強的競爭力。

（三）促進思維意識創(chuàng)新

計算思維作為現(xiàn)階段的新興思想，兼具著先進的技術(shù)力與開拓的創(chuàng)新力，是信息技術(shù)時代下重要的思維品質(zhì)素養(yǎng)。隨著時代的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段信息技術(shù)領(lǐng)域需要一種更加靈活多變的思維路徑或是審視角度來應(yīng)對多類型的技術(shù)型難題，而計算思維為這種能力的培養(yǎng)提供了有效途徑。對此，學(xué)科教師可以通過鼓勵學(xué)生進行問題的抽象、分解和模式識別，引導(dǎo)他們從多個角度思考并尋找創(chuàng)新的解決方案，嘗試將多領(lǐng)域的知識進行融合運用，實現(xiàn)知識層面的整合與思維意識的創(chuàng)新。

二、高中信息技術(shù)計算思維的培養(yǎng)策略

（一）創(chuàng)設(shè)擬真情境，滲透思維理論

高中信息技術(shù)系統(tǒng)性和理論性的學(xué)科特點，使得這門專業(yè)學(xué)科更偏向?qū)W術(shù)，在趣味性方面不及其他學(xué)科，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。對此，教師可以創(chuàng)設(shè)生動的情境，將學(xué)生置于虛擬情境中，通過設(shè)置與計算思維培養(yǎng)相關(guān)的仿真課題，在全面調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的基礎(chǔ)上，進一步滲透并深化他們對于思維理論的理解與應(yīng)用，促進學(xué)生信息技術(shù)計算思維的初步構(gòu)建［2］。

以教科版高中信息技術(shù)選擇性必修2第三單元第一課時“組建局域網(wǎng)”為例。該課時主要介紹了局域網(wǎng)的設(shè)計方式和組建過程，要求學(xué)生理解IP地址的組成分類并明確組網(wǎng)的需求分析，運用以上一系列的理論知識來識別用戶需要的網(wǎng)絡(luò)模式，架構(gòu)起高效而完善的局域網(wǎng)組。對此，教師可以為學(xué)生創(chuàng)建擬真的課題情境，比如：學(xué)校為校內(nèi)的信息技術(shù)社團擴建了一間新的實驗室，同時配置了一批新的計算機設(shè)備，為了保證信息技術(shù)社團順利地開展活動，學(xué)校邀請了信息技術(shù)社團的成員來合作組建一個局域網(wǎng)，該局域網(wǎng)的要求是有完備的程序服務(wù)，并且支持內(nèi)部信息共享和溝通。在該擬真情境下，教師可以為學(xué)生簡要分析局域網(wǎng)的組織結(jié)構(gòu)圖，介紹組成部分的概念與功能：“同學(xué)們，為了讓大家更好地打造信息技術(shù)社團的局域網(wǎng)，老師簡要介紹一下基本局域網(wǎng)的組織結(jié)構(gòu)圖。首先大家可以看到局域網(wǎng)的核心是交換機，它負責(zé)連接所有的計算機，并確保數(shù)據(jù)能夠高效地在它們之間傳遞。其次是IP地址的組成和分類，每臺計算機在網(wǎng)絡(luò)中都有一個唯一的IP地址，就像每個人都有自己的身份證號碼，這些IP地址分為不同的類別，比如A類、B類和C類，我們要根據(jù)學(xué)校為我們擴建實驗室的大致規(guī)模和具體需求，合理分配這些IP地址，以確保每臺計算機都能順利地連接到網(wǎng)絡(luò)中，并進行信息共享和溝通?！痹跀M真任務(wù)情境的驅(qū)動下，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣被全面激發(fā)，他們更加深刻地意識到網(wǎng)絡(luò)組建的重要性和復(fù)雜性，進而全身心地投入該章節(jié)的概念學(xué)習(xí)中。

在此基礎(chǔ)上，教師可以鼓勵學(xué)生針對該擬真情境下的問題進行“頭腦風(fēng)暴”，討論在局域網(wǎng)中需要考慮的因素，包括工作站、服務(wù)器、路由器、交換機等硬件的選擇，以及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的設(shè)計。學(xué)生在“頭腦風(fēng)暴”中獨立進行情境模式的識別與抽象要求的方案轉(zhuǎn)化，將局域網(wǎng)的組建需求轉(zhuǎn)化為一個可實施的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案，而教師則需要扮演情境下的引導(dǎo)者角色，為學(xué)生提供網(wǎng)絡(luò)仿真軟件（如Cisco Packet Tracer）進行組建模擬，讓他們根據(jù)方案結(jié)果，選擇合適的硬件，配置IP地址，設(shè)計子網(wǎng)等。

可見，通過創(chuàng)設(shè)擬真的信息技術(shù)教學(xué)情境，教師可以將復(fù)雜晦澀的理論知識呈現(xiàn)于情境中，全面激發(fā)學(xué)生的信息技術(shù)學(xué)習(xí)興趣，使他們在主動參與中獲得知識，在擬真情境中強化對于所學(xué)理論概念的應(yīng)用，在方案設(shè)計與“頭腦風(fēng)暴”中深化對計算思維技能的掌握，形成良好的信息技術(shù)學(xué)習(xí)習(xí)慣與高效的計算思維方式，從而促進信息技術(shù)教育質(zhì)量的整體提升。

（二）鏈?zhǔn)絾栴}驅(qū)動，夯實思維基礎(chǔ)

信息技術(shù)是一門由易入難的學(xué)科，涵蓋了從基礎(chǔ)的計算機操作到復(fù)雜的數(shù)據(jù)儲存與編程設(shè)計等廣泛內(nèi)容。因此，教師應(yīng)重視學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，通過設(shè)置鏈?zhǔn)絾栴}，驅(qū)動學(xué)生進行邏輯推理，讓他們對復(fù)雜的信息技術(shù)問題進行分析與拆解，把握計算思維方法的核心要素，夯實計算思維基礎(chǔ)。

以教科版高中信息技術(shù)必修1第三單元第二課時“數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)”為例。該部分教學(xué)內(nèi)容主要涵蓋多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念特點及其結(jié)構(gòu)上的算法設(shè)計，要求學(xué)生明確不同結(jié)構(gòu)之間的優(yōu)劣之分，為利用數(shù)據(jù)和實現(xiàn)數(shù)據(jù)的價值做準(zhǔn)備。對此，教師可以設(shè)計一系列環(huán)環(huán)相扣的問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生在層層深入中逐步理解數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。首先，教師可以提出一個前置性的問題為后續(xù)做鋪墊：“同學(xué)們，我們在日常生活中無時無刻地接收著來自外界的各種信息，但是面對這龐大的信息量，我們應(yīng)該如何進行有效的存儲和管理呢？”該問題從學(xué)生的生活經(jīng)驗出發(fā)，引導(dǎo)他們思考信息存儲的重要性，他們可能會提到手機中的照片、文件和電腦中的C盤、D盤等，這也為后續(xù)問題鏈的展開討論奠定了基礎(chǔ)。其次，教師可以根據(jù)學(xué)生的答案進一步追問：“手機和電腦收集到的信息是如何進行分類和儲存的呢？”該問題將學(xué)生的思考向?qū)I(yè)理論方向上引導(dǎo)，學(xué)生開始思考數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)性。為此，教師可以初步引入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念，引導(dǎo)學(xué)生討論不同數(shù)據(jù)類型的特點，幫助學(xué)生理解如何通過不同的結(jié)構(gòu)（如數(shù)組、鏈表、樹等）來有效管理數(shù)據(jù)。再次，教師可以根據(jù)教材提供的典型案例，提出更深層次且更具挑戰(zhàn)性的問題，如：“同學(xué)們，人們在日常生活中經(jīng)常會選擇網(wǎng)購，但是大家沒有想過體量龐大的網(wǎng)絡(luò)訂單數(shù)據(jù)是如何儲存的呢？應(yīng)該如何選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲此類信息呢？”學(xué)生需要運用計算思維的邏輯推理能力，對網(wǎng)購訂單信息數(shù)據(jù)的類型進行分析比對。有學(xué)生認為：“老師，我發(fā)現(xiàn)正常網(wǎng)購平臺會將網(wǎng)購訂單數(shù)據(jù)的商品名稱設(shè)定為字符串類型的數(shù)據(jù)，將訂單的商品購買數(shù)量設(shè)定為整數(shù)類型的數(shù)據(jù)，兩者都作為基本數(shù)據(jù)項存在，以此類推，一個正常的網(wǎng)購商品訂單由多個基本數(shù)據(jù)項組成，所以它應(yīng)該為符合數(shù)據(jù)類型，由Python的列表進行存儲?！弊詈?，教師可以將復(fù)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訂單的數(shù)據(jù)儲存結(jié)構(gòu)作為問題鏈的最后一個部分，讓學(xué)生根據(jù)自己的邏輯推理思路進行算法編程設(shè)計，模擬網(wǎng)購訂單從選擇下單到完全儲存到數(shù)據(jù)庫的過程，使該算法具備網(wǎng)購下單的基本功能，比如選擇商品數(shù)量、查詢訂單信息和確定訂單的收貨地址等。學(xué)生在問題鏈的層層遞進驅(qū)動下，不僅對于數(shù)據(jù)儲存及其算法設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容形成了一定的認識，還在復(fù)雜問題的解決過程中，熟練運用計算思維的邏輯性與思辨性，建立起扎實的計算思維基礎(chǔ)。

可見，教師通過這種鏈?zhǔn)絾栴}驅(qū)動的教學(xué)方式，能夠驅(qū)使著學(xué)生在不斷的探索和反思中，更好地掌握計算思維的核心要點，提升他們在信息技術(shù)領(lǐng)域的綜合素養(yǎng)。這不僅為學(xué)生的學(xué)業(yè)奠定了堅實的基礎(chǔ)，也為未來的職業(yè)發(fā)展提供了重要的技能支持，幫助他們在信息技術(shù)不斷發(fā)展的時代中，迎接各種挑戰(zhàn)并抓住機遇。

（三）組織實踐活動，促進思維應(yīng)用

信息技術(shù)學(xué)科是時代前沿的學(xué)科，它的學(xué)科本質(zhì)是與現(xiàn)代社會的前沿接軌，將新興的信息技術(shù)應(yīng)用于生活實際中。計算思維這一核心能力素養(yǎng)也應(yīng)在生活實踐中得以應(yīng)用與強化。對此，信息技術(shù)學(xué)科教師應(yīng)擺脫傳統(tǒng)課堂教學(xué)的桎梏，組織開展信息技術(shù)實踐活動，將教學(xué)與學(xué)生的生活實際相連接，鼓勵他們靈活運用計算思維解決實際問題，幫助他們深刻認識到計算思維的現(xiàn)實意義與價值［3］。

以教科版高中信息技術(shù)選擇性必修6第四單元第三課時“坐標(biāo)定位”為例。該教學(xué)板塊介紹了信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)中常見的定位技術(shù)，即將具體的位置信息轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)數(shù)據(jù)，將用戶的設(shè)備作為信息的發(fā)射源與接收端，經(jīng)過衛(wèi)星即時的處理反饋來實現(xiàn)地圖實時定位的功能。在課程要求的安排下，學(xué)生需要充分應(yīng)用計算思維的抽象轉(zhuǎn)化與邏輯推理技法，在比對不同地圖APP功能和特點的過程中，推理總結(jié)出地理坐標(biāo)抽象轉(zhuǎn)化為信息數(shù)據(jù)的流程方法。對此，信息技術(shù)學(xué)科教師可以通過組織實踐性質(zhì)的戶外教學(xué)活動，使信息技術(shù)的學(xué)科教學(xué)和思維培養(yǎng)與生活建立互通的渠道。比如，學(xué)科教師可以要求學(xué)生分享他們在日常生活中使用地圖、導(dǎo)航等工具進行位置的確認和定位的經(jīng)歷，將課堂主題自然而然地與生活實際鏈接?！袄蠋?，我以前出去旅游的時候迷路了，靠著手機的地圖和定位來確定自己的位置，找到了回旅社的路?！薄袄蠋?，我的爸爸之前靠著手機導(dǎo)航帶著我們?nèi)プ择{游?！边@種生活性的話題能夠幫助學(xué)生聯(lián)系實際，使他們意識到信息技術(shù)中坐標(biāo)定位功能的重要性，產(chǎn)生對定位功能的學(xué)習(xí)探索興趣。在此基礎(chǔ)上，教師便可以著手組織開展坐標(biāo)定位的主題實踐活動，要求學(xué)生分析實時定位和在線地圖服務(wù)的區(qū)別，以計算思維的邏輯推理和抽象轉(zhuǎn)化來分析它們的作用原理，深度剖析該信息技術(shù)知識點的內(nèi)核。在該主題實踐活動中，學(xué)生需要和同伴協(xié)商合作，嘗試在同一個地點使用不同的工具（如百度地圖、高德地圖等）進行定位，觀察不同工具在定位過程中的表現(xiàn)和差異。例如，學(xué)生將市動物園作為觀測對象，發(fā)現(xiàn)高德地圖和百度地圖所顯示的經(jīng)緯度大致相同。接著，學(xué)生可以嘗試通過輸入動物園官方給出的具體經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，進一步觀察地圖上顯示的位置變化。通過測試，學(xué)生發(fā)現(xiàn)位置的變化幅度微乎其微，據(jù)此便能夠?qū)Υ祟惖貓DAPP的工作原理進行分析：它的運作模式一種為利用GPS來對用戶的手機輸出端進行實時定位，先將定位到的地理位置信息轉(zhuǎn)化為經(jīng)緯數(shù)據(jù)，再傳輸反饋至用戶的手機接收端，另一種則為直接輸出地理經(jīng)緯數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地理位置信息反饋至手機接收端。可以說，現(xiàn)階段常用的坐標(biāo)定位軟件是一種高效的信息接收轉(zhuǎn)化媒介。

可見，通過組織開展生活性的信息技術(shù)實踐活動，學(xué)科教師可以將信息技術(shù)與生活實際深度融合，引導(dǎo)學(xué)生在相似的生活經(jīng)歷中尋求共鳴，進一步激發(fā)他們對于信息技術(shù)知識內(nèi)容的探索與思考，使計算思維這一信息技術(shù)核心素養(yǎng)在實踐中得到更為切實的鍛煉和培養(yǎng)。

結(jié)語

總之，計算思維作為當(dāng)前新課改背景下的重要能力，不僅能提升學(xué)生解答信息科技疑難問題的效率，還能幫助他們構(gòu)建更具邏輯性與創(chuàng)新性的思維模式，使學(xué)生能夠在高效剖析問題內(nèi)核的基礎(chǔ)上，進行高適配度功能方案的構(gòu)思設(shè)計。對此，信息技術(shù)學(xué)科教師應(yīng)重視學(xué)生在計算思維方面的優(yōu)化培養(yǎng)，全面提升學(xué)生在信息社會背景下的核心競爭力，引導(dǎo)他們成為未來科技發(fā)展進步的正向助力。

【參考文獻】

［1］黃燕瑜.指向計算思維的高中信息技術(shù)項目化教學(xué)路徑探索［J］.新教育，2024（17）：37-39.

［2］楊光，孫瑀鮫.聚焦計算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)策略研究［J］.中小學(xué)電教，2024（6）：62-64.

［3］黃鶯鶯.面向高中生計算思維培養(yǎng)的信息技術(shù)項目式學(xué)習(xí)研究［J］.試題與研究，2024（16）：150-152.