初探高中生計(jì)算思維的培養(yǎng)路徑

趙冰心

【摘? 要】隨著國(guó)際上對(duì)計(jì)算思維的重視，我國(guó)2018年高中信息技術(shù)新課標(biāo)以核心素養(yǎng)形式將其列入其中，可見(jiàn)計(jì)算思維的重要性。為了培養(yǎng)高中生計(jì)算思維能力，教師要提升自身的業(yè)務(wù)水平，積極創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算思維的興趣，認(rèn)真開(kāi)展程序設(shè)計(jì)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)計(jì)算的認(rèn)識(shí)和理解，課后鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)踐中多鍛煉和運(yùn)用計(jì)算思維，以實(shí)踐檢驗(yàn)自身計(jì)算思維水平。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù);計(jì)算思維;培養(yǎng)路徑

在2018年新一輪課改中，“計(jì)算思維”首次以核心素養(yǎng)的形式出現(xiàn)在高中信息技術(shù)課標(biāo)中，并成為信息技術(shù)教師熱議的話題之一。當(dāng)前，隨著信息技術(shù)與人們生活的高度融合，“計(jì)算思維”已從計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的一個(gè)概念而日漸成為人們適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展所需要的一種關(guān)鍵能力和素養(yǎng)。因此，在高中信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生具備計(jì)算思維將成為信息教學(xué)的新趨勢(shì)。鑒于此，筆者將在闡述“計(jì)算思維”涵義的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要介紹本人在培養(yǎng)高中生計(jì)算思維方面所采取的舉措。

一、計(jì)算思維為何能引起較大反響

一直以來(lái)，人類(lèi)都在運(yùn)用計(jì)算思維解決生產(chǎn)、生活問(wèn)題，尤其是在算盤(pán)、計(jì)算器、計(jì)算機(jī)及云計(jì)算等技術(shù)中更是得到了充分地體現(xiàn)。雖然在2003版的《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》中提出高中信息技術(shù)課程的主要目標(biāo)是提升學(xué)生信息素養(yǎng)，但實(shí)際結(jié)果卻是：高中信息技術(shù)課堂成為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)操作技能的培訓(xùn)班，在信息技術(shù)課堂上學(xué)生往往“只見(jiàn)技術(shù)不見(jiàn)人”。因此，當(dāng)計(jì)算思維出現(xiàn)并以核心素養(yǎng)列入2018年新課標(biāo)中時(shí)，立刻得到了廣大教師的認(rèn)可，并在教師中間迅速傳播、討論。廣大一線教師對(duì)計(jì)算思維的重視，充分說(shuō)明教師急切希望擺脫以往繁瑣的技能操作訓(xùn)練，而轉(zhuǎn)為培養(yǎng)利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的思維能力，從而實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)課程的回歸和更好地促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。

二、什么是計(jì)算思維

首次將計(jì)算思維作為一個(gè)概念提出的，是美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授，她認(rèn)為：“計(jì)算思維是運(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)、人類(lèi)行為理解等的一系列思維活動(dòng)?！蔽覀儚闹芙淌陉P(guān)于計(jì)算思維的概念可以得出：計(jì)算思維并非專(zhuān)屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家，而是應(yīng)該屬于每個(gè)人，并且每位學(xué)生都應(yīng)該通過(guò)信息課程的學(xué)習(xí)而具備計(jì)算思維這種能力。在本次新課標(biāo)中，是這樣描述計(jì)算思維的：“計(jì)算思維是學(xué)生個(gè)體在運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)?！币虼耍?jì)算思維不等同于計(jì)算機(jī)思維，也不以學(xué)生是否使用了計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題來(lái)衡量學(xué)生是否運(yùn)用了計(jì)算思維。

例如學(xué)生利用百度地圖導(dǎo)航去一個(gè)陌生地方時(shí)，在學(xué)生輸入終點(diǎn)名稱(chēng)后，軟件會(huì)自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前位置及交通工具生成路線，那么這個(gè)解決問(wèn)題的過(guò)程中雖然運(yùn)用了計(jì)算機(jī)，卻并沒(méi)有體現(xiàn)出計(jì)算思維的運(yùn)用，這只能體現(xiàn)出學(xué)生掌握了計(jì)算機(jī)軟件的使用方法，說(shuō)明學(xué)生的信息素養(yǎng)水平較高。如果存在這樣的一個(gè)問(wèn)題：在給定的100個(gè)數(shù)字中，某個(gè)數(shù)字出現(xiàn)了偶數(shù)次，其余均出現(xiàn)了奇數(shù)次，請(qǐng)找出出現(xiàn)偶數(shù)次的數(shù)字。針對(duì)該問(wèn)題，若學(xué)生能夠利用程序設(shè)計(jì)的方法尋找答案，那么就是運(yùn)用了計(jì)算思維來(lái)解決問(wèn)題。

所以，具備計(jì)算思維的學(xué)生能夠采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式來(lái)判斷、分析問(wèn)題，建立問(wèn)題的結(jié)構(gòu)模型，然后合理組織有關(guān)的數(shù)據(jù)，運(yùn)用一定的算法，最終形成解決問(wèn)題的方案。學(xué)生一旦形成計(jì)算思維，往往也能夠?qū)⒔鉀Q某個(gè)問(wèn)題的過(guò)程與方法，遷移至類(lèi)似的問(wèn)題解決之中。

三、如何在高中信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維

1.教師加強(qiáng)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，明確計(jì)算思維的教學(xué)目標(biāo)

在高中信息技術(shù)教學(xué)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維的教學(xué)時(shí)，教師首先要加強(qiáng)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，明確計(jì)算思維的教學(xué)目標(biāo)，唯有抓住教學(xué)目標(biāo)這一抓手，我們才能針對(duì)教學(xué)目標(biāo)開(kāi)展相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)和評(píng)價(jià)活動(dòng)。當(dāng)前，美國(guó)麻省理工學(xué)院Scractch研究小組將計(jì)算思維分為三個(gè)層次：計(jì)算思維、計(jì)算實(shí)踐和計(jì)算觀念，而我們普通高中的教學(xué)目標(biāo)一般也是分為三個(gè)層次：知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀。筆者認(rèn)為這兩種分法具有殊途同歸之妙，其中知識(shí)與技能對(duì)應(yīng)計(jì)算概念目標(biāo)，過(guò)程與方法對(duì)應(yīng)計(jì)算實(shí)踐目標(biāo)，情感態(tài)度與價(jià)值觀對(duì)應(yīng)計(jì)算觀念目標(biāo)。從認(rèn)識(shí)到方法再到能力，這是一個(gè)逐漸提升、層層遞進(jìn)的過(guò)程，我們只有借助具有一定針對(duì)性的課堂教學(xué)活動(dòng)才能將學(xué)生培養(yǎng)成為具有一定計(jì)算思維的人，從而最終達(dá)成計(jì)算思維的教學(xué)目標(biāo)。

2.積極創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算思維的興趣

培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的關(guān)鍵是要將計(jì)算思維與有關(guān)案例有機(jī)融合在一起，而創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境激發(fā)學(xué)生興趣，則不失為一種較好途徑。例如在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“表格信息的加工與表達(dá)”時(shí)，我們可以結(jié)合學(xué)校每學(xué)期文明班級(jí)評(píng)比活動(dòng)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，讓每位學(xué)生都參與到具體數(shù)據(jù)的采集、分析和計(jì)算過(guò)程，從而提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析和解決問(wèn)題的能力，增強(qiáng)計(jì)算思維水平。又如在教學(xué)生制作Flash動(dòng)畫(huà)時(shí)，我們可以讓學(xué)生通過(guò)Flash動(dòng)畫(huà)的形式向人們展示向日葵的生長(zhǎng)過(guò)程，從而既讓學(xué)生在此過(guò)程中認(rèn)識(shí)到向日葵的數(shù)學(xué)之美——即黃金分割在自然界中的體現(xiàn)，又讓學(xué)生在制作過(guò)程中學(xué)會(huì)運(yùn)用計(jì)算思維來(lái)抽象對(duì)象、數(shù)字建模等，最終實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練學(xué)生計(jì)算思維和發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維的目的。

3.借助程序設(shè)計(jì)案例，促進(jìn)學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的理解

國(guó)際上對(duì)計(jì)算思維的熱烈討論，促進(jìn)了中國(guó)信息技術(shù)教師對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)價(jià)值的重視和反思。在以往的教學(xué)中，不少人質(zhì)疑是否有必要在高中階段開(kāi)設(shè)程序設(shè)計(jì)這門(mén)課程?，F(xiàn)在通過(guò)對(duì)計(jì)算思維的思考、討論和研究，我們已經(jīng)為程序設(shè)計(jì)找到了理論支撐，即為了培養(yǎng)和提升學(xué)生的計(jì)算思維而開(kāi)展程序設(shè)計(jì)教學(xué)。當(dāng)然，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維不一定非要通過(guò)程序設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，但不可否認(rèn)的是，通過(guò)程序設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)來(lái)培養(yǎng)和提升學(xué)生的計(jì)算思維是非常重要的一個(gè)路徑。例如，通過(guò)程序設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，我們能夠讓學(xué)生理解有關(guān)的計(jì)算概念和方法，如抽象、遞歸等，從而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活中的問(wèn)題進(jìn)行抽象，再通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法、流程圖等，提升學(xué)生的計(jì)算思維。如通過(guò)讓學(xué)生設(shè)計(jì)程序解決漢諾塔問(wèn)題，就可以理解計(jì)算思維中常用的遞歸方法。

4.鼓勵(lì)學(xué)生多練習(xí)，在實(shí)踐中鍛煉計(jì)算思維能力

陸游云：“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行。”這句話揭示了做學(xué)問(wèn)不能僅僅掌握書(shū)本上的知識(shí)，還要善于實(shí)踐。筆者以為，該詩(shī)句蘊(yùn)含的哲理同樣適用于培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維這件事。我們?cè)谂囵B(yǎng)和提升學(xué)生的計(jì)算思維時(shí)，除了在課堂上讓學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算思維的理論和操作外，還應(yīng)鼓勵(lì)他們運(yùn)用課堂上所學(xué)的知識(shí)技能與思想方法來(lái)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，從而在實(shí)踐中不斷磨煉學(xué)生的計(jì)算思維。如我校每周都會(huì)舉行班級(jí)衛(wèi)生評(píng)比活動(dòng)，負(fù)責(zé)打分的是各班衛(wèi)生委員，在計(jì)算有效得分時(shí)，往往需要扣除得分中的最高分和最低分，然后再取其它分值的平均分。如果這個(gè)過(guò)程全部由人工完成，往往效率較低且容易出錯(cuò)，那么，我們就可以鼓勵(lì)學(xué)生編寫(xiě)相應(yīng)的程序使這一問(wèn)題得到有效解決。首先是界定問(wèn)題，明確解決問(wèn)題的關(guān)鍵，其次是學(xué)會(huì)數(shù)學(xué)建模，設(shè)計(jì)算法流程圖，最后是編寫(xiě)程序，并加以調(diào)試和驗(yàn)證。通過(guò)這一實(shí)踐過(guò)程，我們可以看到學(xué)生的計(jì)算思維是得到了充分地鍛煉和提升的，因此，我們應(yīng)堅(jiān)持讓學(xué)生由課堂回歸生活。

四、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，計(jì)算思維在育人方面具有特殊的地位和作用，我們?cè)诟咧行畔⒓夹g(shù)教學(xué)中一定要重視計(jì)算思維的培養(yǎng)，同時(shí)要加大教學(xué)探索，走出一條適合計(jì)算思維培養(yǎng)的新路子，從而不斷提升學(xué)生的計(jì)算思維，讓計(jì)算思維之花綻放光彩！

【參考文獻(xiàn)】

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（安徽省界首中學(xué)，安徽 阜陽(yáng) 236500）