基于課標(biāo)的中職學(xué)生計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)

胡殿均

摘要：本文提出了以課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)把握計(jì)算思維內(nèi)涵的觀點(diǎn)，論述了新時(shí)期計(jì)算思維培養(yǎng)的重要性，進(jìn)而分析了當(dāng)前中職信息技術(shù)教學(xué)在計(jì)算思維培養(yǎng)方面面臨的師資、教材等困難。探索了可視化數(shù)據(jù)處理、模塊化程序設(shè)計(jì)、學(xué)科融合、優(yōu)化創(chuàng)新等培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的途徑。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;課程標(biāo)準(zhǔn);可視化數(shù)據(jù)處理;模塊化程序設(shè)計(jì);學(xué)科融合

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-9094-（2021）02/03C-0050-04

2014年，教育部啟動(dòng)研制中等職業(yè)學(xué)校公共基礎(chǔ)課程標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)專家組幾年努力，2020版《中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》正式公布。其中，計(jì)算思維被確定為信息技術(shù)課程學(xué)科素養(yǎng)，是此次研制工作的突出特色。培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力成為中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)教學(xué)的重要內(nèi)容。

一、中職信息技術(shù)課程中計(jì)算思維的內(nèi)涵

目前，關(guān)于計(jì)算思維的研究很多，但是對(duì)計(jì)算思維的定義尚未形成統(tǒng)一的共識(shí)。其實(shí)，想“用一個(gè)定義、有限的要素概括其內(nèi)涵，難免顧此失彼”[1]。面對(duì)計(jì)算思維定義的多樣性，中職信息技術(shù)教師應(yīng)緊緊圍繞課程標(biāo)準(zhǔn)給出的定義，合理把握學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的新要求。2020版《中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用信息技術(shù)的思想方法，在分析處理信息、解決問(wèn)題過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。這是一個(gè)過(guò)程性描述，從結(jié)果看，計(jì)算思維主要包括界定問(wèn)題、抽象特征、建立模型、組織數(shù)據(jù)、形成方案及遷移運(yùn)用等思維能力。

二、中職生培養(yǎng)計(jì)算思維的意義

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，原中職計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱的要求，已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前作為“信息技術(shù)原住民”的學(xué)生實(shí)際需求和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。創(chuàng)新是國(guó)家綜合實(shí)力不斷提升的源泉，計(jì)算思維的培養(yǎng)有助于幫助學(xué)生在未來(lái)更好地適應(yīng)信息社會(huì)的發(fā)展變化，也更能體現(xiàn)信息技術(shù)課程的學(xué)科價(jià)值。隨著新一輪課程改革的深入開(kāi)展，編程也將成為信息社會(huì)“原住民”的基本技能，真正需要發(fā)展的是基于計(jì)算思維的創(chuàng)新思維品質(zhì)。

三、當(dāng)前中職信息技術(shù)教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的兩個(gè)突出問(wèn)題

（一）師資力量需要進(jìn)一步加強(qiáng)

教師的計(jì)算思維水平與課程實(shí)施能力直接決定了計(jì)算思維的教育質(zhì)量[2]。信息技術(shù)教師的計(jì)算思維能力和課程實(shí)施能力培養(yǎng)是本輪課程改革的重點(diǎn)和難點(diǎn)。就中職生計(jì)算思維能力培養(yǎng)而言，信息技術(shù)教師培訓(xùn)需要關(guān)注兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是加強(qiáng)對(duì)計(jì)算思維理解方面的培訓(xùn)，讓教師知道“目標(biāo)是什么”;二是加強(qiáng)計(jì)算思維培養(yǎng)方法的培訓(xùn)，引導(dǎo)教師知道“途徑是什么”。

（二）基于課程標(biāo)準(zhǔn)的教材開(kāi)發(fā)不足

教材是課程標(biāo)準(zhǔn)的具體化，是國(guó)家落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)的重要載體[3]。課標(biāo)組制定專家希望各地能在滿足課程標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下開(kāi)發(fā)各具特色的教材，滿足不同群體的需求。目前，有些地區(qū)的教材開(kāi)發(fā)工作還未跟上，依然使用根據(jù)2009版教學(xué)大綱開(kāi)發(fā)的教材。因此，當(dāng)前基于課程標(biāo)準(zhǔn)的新教材開(kāi)發(fā)工作迫在眉睫。教材開(kāi)發(fā)人員要深入研究課程標(biāo)準(zhǔn)，厘清計(jì)算思維培養(yǎng)與程序語(yǔ)言學(xué)習(xí)的關(guān)系，避免將思維培養(yǎng)變成機(jī)械的語(yǔ)言學(xué)習(xí)。同時(shí)，新課程標(biāo)準(zhǔn)的最大亮點(diǎn)在于教師也是教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)者，信息技術(shù)教師需要做好充足的準(zhǔn)備，能夠?qū)滩倪M(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，并且能結(jié)合地區(qū)特色開(kāi)發(fā)校本教材，保障課程標(biāo)準(zhǔn)有效落實(shí)。

四、探索培養(yǎng)中職生計(jì)算思維的有效途徑

（一）通過(guò)可視化數(shù)據(jù)處理培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維

實(shí)踐表明，充分利用可視化數(shù)據(jù)處理工具也能實(shí)現(xiàn)學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)。不可否認(rèn)，程序設(shè)計(jì)課程是實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維培養(yǎng)的重要途徑，但是計(jì)算思維培養(yǎng)不一定非要通過(guò)程序課程來(lái)實(shí)現(xiàn)[4]?？梢暬瘮?shù)據(jù)處理工具不僅能幫助中職學(xué)生形象化地理解算法思維過(guò)程，還能為學(xué)生實(shí)現(xiàn)編程解決問(wèn)題提供一個(gè)思維跳板，從而降低編程的難度。例如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生嘗試運(yùn)用excel等可視化數(shù)據(jù)處理工具抽象、建模、處理問(wèn)題。如表1所示，解決雞兔同籠問(wèn)題時(shí)，可以在excel中建立雞、兔、腿的關(guān)系模型，學(xué)生首先列舉雞的所有情形，然后表達(dá)出兔的對(duì)應(yīng)數(shù)量，在此基礎(chǔ)上求出每種情形腿的數(shù)量，最后通過(guò)if函數(shù)自動(dòng)判斷結(jié)果。進(jìn)一步，在處理百錢百雞問(wèn)題時(shí)，學(xué)生面對(duì)三重循環(huán)，可能會(huì)出現(xiàn)理解困難，同樣可以在excel中建立雞翁、雞母和雞雛的關(guān)系模型。由于三重循環(huán)涉及的數(shù)據(jù)量較大，可以引導(dǎo)學(xué)生先科學(xué)分析，簡(jiǎn)化樣本量，然后分類設(shè)計(jì)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)雞翁最多20只，雞母最多33只。如表2所示。引導(dǎo)學(xué)生先考慮0只雞翁的情形，這樣雞母就是0到33，共34種情形，相應(yīng)的“100—雞翁—雞母”就是雞雛對(duì)應(yīng)的數(shù)量，在此基礎(chǔ)上求價(jià)格，再判斷是否100錢。接著引導(dǎo)學(xué)生思考雞翁共有21種情形（含0），手動(dòng)替換雞翁數(shù)量，表3所示的是4只雞翁的情形。這21種雞翁情形就是程序中的外循環(huán)，之前分析的34種雞母情形就是內(nèi)循環(huán)。

（二）通過(guò)模塊化程序設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維

計(jì)算思維是培養(yǎng)學(xué)生像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣去思考問(wèn)題，而不是讓學(xué)生程序化地編寫(xiě)代碼。中職生思維能力和程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)尚未達(dá)到大學(xué)生的水平，再加上信息技術(shù)學(xué)科在整個(gè)課程體系中所占學(xué)分比重有限（與通用技術(shù)共占學(xué)分），要求中職生人人都能設(shè)計(jì)完整功能的程序代碼需要更多的課時(shí)支持。教師可以引入模塊化程序設(shè)計(jì)思想開(kāi)展教學(xué)，以函數(shù)、插件、積件等“黑匣子”形式為學(xué)生提供底層的復(fù)雜程序功能，讓學(xué)生通過(guò)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)自己個(gè)性化的設(shè)計(jì)。模塊化程序設(shè)計(jì)往往采用自頂向下的方法，將問(wèn)題劃分為幾個(gè)部分，每個(gè)部分相對(duì)獨(dú)立又互相支撐。在信息技術(shù)課程教學(xué)中適當(dāng)引入模塊化程序設(shè)計(jì)思想，有助于引導(dǎo)學(xué)生“像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣去思考問(wèn)題”，避免學(xué)生因不能編寫(xiě)復(fù)雜的程序代碼而畏懼編程，同時(shí)避免了學(xué)生只能編寫(xiě)簡(jiǎn)單的、不利于深度培養(yǎng)計(jì)算思維的基礎(chǔ)性代碼。目前流行的Scratch編程工具因?yàn)榉庋b了很多復(fù)雜的程序功能而使學(xué)生更容易上手，廣義上說(shuō)也是模塊化程序設(shè)計(jì)思想的應(yīng)用。

（三）通過(guò)學(xué)科融合培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維

無(wú)論信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)怎樣變化，信息技術(shù)都是為我們的生活、學(xué)習(xí)和工作服務(wù)的。在學(xué)科融合中開(kāi)展信息技術(shù)教學(xué)依然是落實(shí)信息技術(shù)課程目標(biāo)的有效途徑，這是信息技術(shù)教師彰顯學(xué)科價(jià)值和提升學(xué)生興趣的“萬(wàn)能法寶”。計(jì)算思維是普適性的，是支持其他學(xué)科發(fā)展的思維工具和方法[5]。教師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)解決其他學(xué)科或?qū)I(yè)領(lǐng)域遇到的問(wèn)題，通過(guò)抽象、建模、處理等過(guò)程培養(yǎng)計(jì)算思維。已經(jīng)有學(xué)者成功將計(jì)算思維同人文學(xué)科的學(xué)習(xí)有機(jī)融合[6]。學(xué)科融合的方法和時(shí)機(jī)需要教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活把握。例如，在進(jìn)行“小型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)搭建”教學(xué)時(shí)，可以組織學(xué)生為其他學(xué)科開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單的在線測(cè)試系統(tǒng)，并運(yùn)用到實(shí)際的教學(xué)測(cè)試中，激發(fā)學(xué)生興趣。還可以通過(guò)分析測(cè)試的安全性進(jìn)行信息系統(tǒng)安全意識(shí)的滲透。當(dāng)然，學(xué)科融合不僅僅是內(nèi)容的融合，還需要深層次的融合，真正運(yùn)用信息技術(shù)工具解決學(xué)科問(wèn)題。教師還可以采取項(xiàng)目教學(xué)法，開(kāi)展跨學(xué)科的深度融合，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維。

（四）通過(guò)優(yōu)化創(chuàng)新培養(yǎng)中職生計(jì)算思維

計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的最大優(yōu)勢(shì)就是快速、自動(dòng)，而計(jì)算機(jī)專家在思考解決問(wèn)題方法時(shí)經(jīng)常用遞歸、循環(huán)等手段實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的大數(shù)據(jù)處理。當(dāng)數(shù)據(jù)樣本達(dá)到一定極限時(shí)，算法的優(yōu)化至關(guān)重要，所以在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的時(shí)候不能局限于“完成任務(wù)”，還要進(jìn)一步滲透“算法優(yōu)化”的思想，這對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展至關(guān)重要。計(jì)算思維的形成不是一蹴而就的，中職生在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專家思考問(wèn)題的方法時(shí)，需要從簡(jiǎn)單問(wèn)題和方法入手，面對(duì)相對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題，有學(xué)者提出了通過(guò)修改他人作品培養(yǎng)計(jì)算思維的策略[7]。學(xué)生很難在有限的課時(shí)內(nèi)探究出一些完整的算法和作品。分析、理解經(jīng)典算法和作品，并在此基礎(chǔ)上鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行修改、優(yōu)化和創(chuàng)新，也不失為幫助學(xué)生培養(yǎng)計(jì)算思維的有效途徑。

計(jì)算思維的提出是中職信息技術(shù)課程的重要變革，體現(xiàn)了信息技術(shù)課程的內(nèi)在價(jià)值，也進(jìn)一步提升了信息技術(shù)的學(xué)科地位。信息技術(shù)教師應(yīng)適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，積極參與培訓(xùn)，不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)，勤于思考，大膽嘗試，不斷創(chuàng)新，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，有效落實(shí)計(jì)算思維培養(yǎng)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]史文崇，劉茂華，楊大志.計(jì)算思維教育的困惑與博弈[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2019（8）.

[2]陳鵬，黃榮懷，梁躍，等.如何培養(yǎng)計(jì)算思維——基于2006—2016年研究文獻(xiàn)及最新國(guó)際會(huì)議論文[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2018（1）.

[3]曲茜茜，解月光，王海.高中信息技術(shù)學(xué)科教材“三重結(jié)構(gòu)”及課堂實(shí)施建議[J].課程·教材·教法， 2018（12）.

[4]馮博琴.對(duì)于計(jì)算思維能力培養(yǎng)“落地”問(wèn)題的探討[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2012（9）.

[5]鐘柏昌，李藝.計(jì)算思維的概念演進(jìn)與信息技術(shù)課程的價(jià)值追求[J].課程·教材·教法，2015（7）.

[6]涂家文.用計(jì)算思維重構(gòu)思想政治課教學(xué)[J].中學(xué)政治教學(xué)參考，2017（25）.

[7]王旭卿.從計(jì)算思維到計(jì)算參與：美國(guó)中小學(xué)程序設(shè)計(jì)教學(xué)的社會(huì)化轉(zhuǎn)向與啟示[J].中國(guó)電化教育， 2014（3）.

責(zé)任編輯：章躍一