核心素養(yǎng)視域下高中生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)策略

張華娟

◆摘? 要：計(jì)算思維是高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的組成部分，而計(jì)算思維能力則是推動(dòng)學(xué)生成長為社會(huì)發(fā)展需要的復(fù)合型人才的“推手”。筆者結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，闡述了現(xiàn)今高中信息技術(shù)課堂教學(xué)面臨的問題，并致力于高中信息技術(shù)課程的本質(zhì)特征，探析高中信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的意義，提升指向提高計(jì)算思維能力的高中信息技術(shù)教學(xué)策略，推動(dòng)計(jì)算思維核心素養(yǎng)的落“堂”生根。

◆關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;教學(xué)策略

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下，復(fù)合型人才對(duì)社會(huì)的發(fā)展有著不容忽視的影響，而信息技術(shù)教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)素養(yǎng)的主要途徑，特別是高中信息技術(shù)教學(xué)服務(wù)對(duì)象（高中生）的特殊性，對(duì)高中信息技術(shù)教學(xué)提出新且高的要求——培養(yǎng)高中生的信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)。計(jì)算思維作為高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，其融合于信息技術(shù)具體的教學(xué)實(shí)踐與活動(dòng)中，能夠不知不覺地強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)水平、綜合素質(zhì)的提升，推動(dòng)學(xué)生逐步成長為社會(huì)發(fā)展急需的人才——復(fù)合型人才。因而信息技術(shù)課堂中，教師要以“課堂內(nèi)容”為基石，組織開展多元化的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。下文中，筆者基于高中信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)計(jì)算思維能力面臨的問題及意義，提出指向提高計(jì)算思維能力的高中信息技術(shù)教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)“信息技術(shù)教學(xué)”與“計(jì)算思維能力”的深度融合。

一、課題的提出

培養(yǎng)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，是現(xiàn)今一線教師亟待解決的首要任務(wù)，但在具體的教學(xué)實(shí)踐中，計(jì)算思維能力并未真切地滲透于高中信息技術(shù)課堂教學(xué)的各環(huán)節(jié)，致使計(jì)算思維核心素養(yǎng)淪為信息技術(shù)課堂華而不實(shí)的“包裝”。為此，筆者結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從以下幾個(gè)維度闡述了高中信息技術(shù)教學(xué)面臨的問題，具體如下：

1.培養(yǎng)計(jì)算思維的意識(shí)不足

筆者使用了問卷星方式對(duì)信息技術(shù)教師做了個(gè)調(diào)查，情況如下：

由此可見，學(xué)校、教師以及學(xué)生對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)，并未給于高度的重視，特別新課標(biāo)深化推進(jìn)的今天，仍舊有部分教師并未客觀、深刻地認(rèn)知計(jì)算思維，因而信息技術(shù)課堂中開展的教學(xué)活動(dòng)，教師對(duì)問題的界定存在誤區(qū)，致使構(gòu)建出的模型的合理性不強(qiáng)，很大可能讓學(xué)生參加活動(dòng)中的“思”出現(xiàn)片刻的“停頓”。此外，遇到問題時(shí)，學(xué)生單一憑借教師傳授知識(shí)進(jìn)行解答，很大程度上弱化了“問題”的價(jià)值與作用，不利于培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力。

教學(xué)模式單一，也是現(xiàn)階段高中信息技術(shù)課程教學(xué)的顯著問題，在具體的教學(xué)實(shí)踐中，部分教師并未貫徹“以學(xué)生發(fā)展為本”的教學(xué)理念，對(duì)課堂中的“內(nèi)容”與“問題”進(jìn)行創(chuàng)新，很可能抑制學(xué)生對(duì)信息技術(shù)相關(guān)知識(shí)的興趣。如，學(xué)習(xí)“簡單公式”時(shí)，教師關(guān)注學(xué)生對(duì)“編程方法”、“代碼書寫”的掌握，而對(duì)邏輯推演則是蜻蜓點(diǎn)水般地一帶而過，較容易使學(xué)生產(chǎn)生“不上不下”的尷尬，更重要的是，這樣的教學(xué)過程，不利于放飛學(xué)生的思維，讓學(xué)生的大腦始終處于“思”的狀態(tài)，同時(shí)也不利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移能力。

2.培養(yǎng)計(jì)算思維的課程體系不完善

教材，是信息技術(shù)課堂中師生“教”與“學(xué)”的主要載體，且是無可替代的。新課標(biāo)指導(dǎo)下，教師能夠機(jī)械地按照教材內(nèi)容按部就班地“教”，但不能針對(duì)計(jì)算思維對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行再構(gòu)建。然而，當(dāng)前無論是教師還是學(xué)生對(duì)于信息技術(shù)課堂中的教學(xué)內(nèi)容的關(guān)注度與重視度都不高，如若對(duì)課堂內(nèi)容仍舊置若罔聞，很可能不利于計(jì)算思維培養(yǎng)的落實(shí)。簡單來講就是，信息技術(shù)課堂中，師生過渡依賴于教材，并未致力于計(jì)算思維培養(yǎng)、學(xué)生認(rèn)知需求，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行目標(biāo)性、個(gè)性化的構(gòu)建，導(dǎo)致信息技術(shù)課程體系不夠完善，影響計(jì)算思維培養(yǎng)的落實(shí)。

3.培養(yǎng)計(jì)算思維的效果不理想

筆者曾對(duì)高三年級(jí)的一個(gè)班級(jí)做過一個(gè)調(diào)查。認(rèn)為信息技術(shù)課里知識(shí)最重要的占27%，思維最重要的占60%。知道計(jì)算思維這個(gè)詞的同學(xué)非常少?？梢姶蠖鄶?shù)學(xué)生不曾意識(shí)到計(jì)算思維的重要，也未接受過相關(guān)的訓(xùn)練。“你用什么方法計(jì)算1+1/2+1/3+...+1/100？”針對(duì)這個(gè)問題，筆者也對(duì)高三的一個(gè)班級(jí)進(jìn)行了調(diào)查，情況如下：

由此可以看出，近40%的同學(xué)在高三這個(gè)階段仍然會(huì)選擇數(shù)學(xué)方法來解決這個(gè)問題，而不擅于將這個(gè)問題進(jìn)行分解，用計(jì)算機(jī)的思維來解決這個(gè)問題。

二、理論思考

1.概念界定

計(jì)算思維，是指個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)解決問題的過程中產(chǎn)生的一系列思維。具備計(jì)算思維的學(xué)生，在信息活動(dòng)中能夠采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型;通過判斷分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決問題的方案;總結(jié)這些方法，并遷移到其它問題解決中。因而將計(jì)算思維培養(yǎng)融合于高中信息技術(shù)課程教學(xué)的各環(huán)節(jié)，要致力于學(xué)生對(duì)問題的探究，具體的體現(xiàn)則是：通過搜集、處理各種信息資源，形成解決問題的科學(xué)方案，且是學(xué)生執(zhí)行方案的過程中掌握遷移知識(shí)的能力。

2.研究的意義

培育計(jì)算思維，是高中信息技術(shù)課程的落腳點(diǎn)，通過落實(shí)計(jì)算思維的培養(yǎng)，能夠強(qiáng)化學(xué)生對(duì)信息技術(shù)的深刻思考與探究，助力學(xué)生掌握信息技術(shù)相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，發(fā)展、提升高中生的創(chuàng)新能力。“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下，信息技術(shù)對(duì)于社會(huì)發(fā)展的作用不可估量，而將計(jì)算思維培養(yǎng)與信息技術(shù)教學(xué)深度融合，能夠促成信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)，推動(dòng)學(xué)生逐步成長為社會(huì)發(fā)展所需的復(fù)合型人才。

三、培養(yǎng)計(jì)算思維能力操作策略

1.創(chuàng)設(shè)生活化的問題情境，推動(dòng)學(xué)生探究能力

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，信息技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于社會(huì)的各領(lǐng)域，而高中生作為我國社會(huì)主義建設(shè)與發(fā)展的接班人，理當(dāng)擁有扎實(shí)的信息技術(shù)知識(shí)，這就對(duì)當(dāng)代高中信息技術(shù)課堂的教學(xué)提出新要求——培養(yǎng)計(jì)算思維。作為當(dāng)代一線的信息技術(shù)教師，要以“教材內(nèi)容”為基石，且在具體的教學(xué)實(shí)踐中，教師要結(jié)合班級(jí)學(xué)生的認(rèn)知需求對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行重編與補(bǔ)充，構(gòu)建個(gè)性化課程。某種程度來講，學(xué)習(xí)的過程就是解決問題的過程，因此在信息技術(shù)課堂中，教師要尋找“知識(shí)”與“生活”之間的關(guān)聯(lián)性，創(chuàng)設(shè)生活化的問題情境，點(diǎn)燃學(xué)生深度思考與探究的欲望，使學(xué)生解決問題的過程中促成計(jì)算思維的形成。比如在《枚舉算法》一課中，老師的導(dǎo)入過程由破解密碼開始。當(dāng)老師“興致勃勃”地打開本節(jié)課所用的PPT，結(jié)果卻遇到了一個(gè)尷尬---要求要輸入密碼，其中提示信息為：“777**9 能被29與3整除”。

案例

《枚舉算法》教學(xué)導(dǎo)入片段

（1）課程導(dǎo)入

教師打開本節(jié)課PPT時(shí)，PPT并未如期運(yùn)行，而是彈出一個(gè)要求輸入密碼的對(duì)話框。師生在同一文件夾中發(fā)現(xiàn)一個(gè)“備忘錄.txt”，里面顯示著密碼提示：777**9 能被29與3整除”

（2）思維引導(dǎo)

師：六位數(shù)，已經(jīng)知道其中四位，還有兩位不知道，就這個(gè)條件，我們的密碼有多少可能？

生：100種。

師：它能被29和3整除，這個(gè)問題你們?cè)趺唇猓?/p>

生1：等我拿計(jì)算器，湊幾個(gè)看看

生2：應(yīng)該有數(shù)學(xué)公式吧，讓我再想想

師：你們的方法估計(jì)會(huì)需要不少時(shí)間，有沒有想過用計(jì)算機(jī)來處理這個(gè)問題呢？計(jì)算機(jī)會(huì)怎么處理？

生：用循環(huán)語句，一個(gè)個(gè)判斷

（3）抽象問題

師：我們可以設(shè)置變量x用來表示這個(gè)六位數(shù)。如果用循環(huán)語句，請(qǐng)大家寫出它的可能的范圍。

生1：范圍是777009到777999

師：這個(gè)范圍嚴(yán)謹(jǐn)嗎？我們不放過任意一個(gè)可能，不多算任意一個(gè)不可能的。如果要按這個(gè)范圍，我們要篩選的數(shù)共多少可能了？實(shí)際上我們可能的數(shù)最多是100種。

生2：777009到777999，每逢十個(gè)遍歷一次

師：范圍設(shè)定好了，條件也知道了，請(qǐng)大家用流程圖將你們解決這個(gè)問題的方法展示出來

（4）算法設(shè)計(jì)及展示評(píng)價(jià)

使用流程圖表示算法的思路是一種很好的方法。流程圖可以更好的分清楚各個(gè)部分的需求。解決一個(gè)問題的算法并不是唯一的。對(duì)于每種算法我們要分析它的有效性，考慮它的效率問題。教師展示出具有典型問題的流程圖，與學(xué)生一起討論其中的問題。對(duì)有不同解決方法的學(xué)生要給予積極的肯定。以下挑選了四個(gè)同學(xué)的答案師生一起展開討論。

（5）程序?qū)崿F(xiàn)與結(jié)果呈現(xiàn)：在確定了正確的算法后，結(jié)合之前所前循環(huán)結(jié)構(gòu)，分支結(jié)構(gòu)及相關(guān)語句，實(shí)現(xiàn)程序編寫與上機(jī)驗(yàn)證，得到結(jié)果，順利打開PPT。

.“破解密碼”這樣的問題，很快很好地點(diǎn)燃學(xué)生進(jìn)一步“思考”與“探究”的積極性與主動(dòng)性。筆者與學(xué)生一起經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)問題”、“抽象建?！?、“設(shè)計(jì)算法”、“程序?qū)崿F(xiàn)”幾個(gè)主要步驟來一起實(shí)現(xiàn)本節(jié)課第一環(huán)節(jié)—“用枚舉方法破除密碼”，從而正式進(jìn)入了“枚舉算法”課程。這一環(huán)節(jié)中師生一起品嘗枚舉算法帶來的甜處，潛移默化地促成高中生計(jì)算思維的形成。要做好這些輔設(shè)，老師的備課要非常充分，善于結(jié)合生活中的實(shí)際應(yīng)用，將它與課程內(nèi)容很好地結(jié)合起來。

2.開展多元化的教學(xué)方法，提高學(xué)生解決問題能力

無論思維的培養(yǎng)還是思維的形成，都不是一蹴而就的，因而在具體的信息技術(shù)課堂的教學(xué)實(shí)踐中，教師要立足于班級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)的需求，抓住學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)知識(shí)的“興趣點(diǎn)”“問題點(diǎn)”，運(yùn)用多元化的教學(xué)方法來開展實(shí)踐活動(dòng)。

（1）微視頻學(xué)習(xí)法

如果對(duì)于展示某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，我們分別用文字、圖像、聲音、視頻方式去展示它，其中最受歡迎的會(huì)是哪個(gè)呢？毫無疑問，選擇視頻的人會(huì)最多。微視頻有這樣的一些好處：時(shí)間簡短、內(nèi)容直觀耐人尋思、圖文聲像并茂、有針對(duì)性、可重復(fù)。學(xué)生在課堂上難以理解的難以消化的內(nèi)容，都可以通過相關(guān)的微視頻讓學(xué)生在課堂上、課間、假期進(jìn)行學(xué)習(xí)。比如在《冒泡排序》一章中，筆者就在上課前的課間播放了一個(gè)4分鐘左右的視頻（由羅馬尼亞舞團(tuán)表演的“算法的藝術(shù)-冒泡排序”），通過該視頻，學(xué)生快速地掌握了冒泡排序的基本算法，并能用語言表達(dá)出來。微視頻可以從網(wǎng)絡(luò)來，可以自己制作，在選擇或者制作時(shí)一定要注意展示主要知識(shí)點(diǎn)，不可讓其它無關(guān)的內(nèi)容喧賓奪主。

（2）游戲教學(xué)法

美國心理學(xué)家布魯納說：最好的學(xué)習(xí)動(dòng)力莫過于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有內(nèi)在興趣，而最能激發(fā)學(xué)生這種內(nèi)在興趣的莫過于游戲?！蓖ㄟ^游戲，老師可以把學(xué)生吸引到課堂中，鍛煉他們觀察、思維和判斷能力。在《信息編碼》一節(jié)中，筆者用了“猜生肖”游戲來引導(dǎo)學(xué)生思考編碼的原理。

（3）對(duì)比教學(xué)法

將兩個(gè)或者多個(gè)算法進(jìn)行對(duì)比，找到其中的相同點(diǎn)及不同點(diǎn)，讓學(xué)生在比較中進(jìn)行篩選及吸收，分清混淆的概念，獲取對(duì)方的優(yōu)點(diǎn)，將知識(shí)內(nèi)化，形成自己的思維體系。比如在講“素?cái)?shù)”判斷的程序?qū)崿F(xiàn)過程中，教師將出現(xiàn)最多的兩個(gè)結(jié)果呈現(xiàn)出來讓學(xué)生進(jìn)行分析。

在對(duì)比之前，多數(shù)同學(xué)將素?cái)?shù)判斷循環(huán)范圍設(shè)在2至a-1之間，有近半的同學(xué)認(rèn)為判斷的時(shí)候遇到不能被整除了就可以得出“是素?cái)?shù)”的結(jié)論。經(jīng)過兩個(gè)程序?qū)Ρ?，雪亮的眼睛們都得到了正確的答案。

3.關(guān)注新事物的運(yùn)行機(jī)制，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移能力

近些年，信息技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)。大數(shù)據(jù)、人工智能、物連網(wǎng)等等新詞匯不斷地刷新人們的認(rèn)知。技術(shù)改變了生活，改變了工作。很多領(lǐng)域在不斷地創(chuàng)新。我們的教育需要為學(xué)生奠基這樣一種能力：不斷自我更新，主動(dòng)去理解新科技，探究新事物。對(duì)常見的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析，比如無人超市、高速公路收費(fèi)、ETC等等生活中新出現(xiàn)的實(shí)例。要引導(dǎo)學(xué)生觀察身邊事物，用計(jì)算思維的視角去分析問題。在介紹《人工智能》一節(jié)內(nèi)容中，有如下一個(gè)調(diào)查：

這種情況是學(xué)生沒有去思考智能音箱語音識(shí)別工作機(jī)制而造成。試想這些音箱它如果沒有一直聆聽，怎么識(shí)別用戶正確的呼喚呢？它一直在接收指令，對(duì)收到的指令進(jìn)行判斷，直到某一條正確指令時(shí)它便給出回應(yīng)。用課堂上的思維去理解生活中新事物的運(yùn)行機(jī)制，能幫助我們明辨是非，評(píng)判真?zhèn)危孕诺負(fù)肀招略庐惖男聲r(shí)代。

綜上所述，將計(jì)算思維能力的提升融入高中信息技術(shù)課堂教學(xué)的各環(huán)節(jié)，呈現(xiàn)出必要性與可操性。新時(shí)代賦予了教師更大的責(zé)任。要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，教師首先要從觀念上不斷更新自己。很多老師覺得培養(yǎng)計(jì)算思維就是編程，這是認(rèn)知上的錯(cuò)誤。英國教育哲學(xué)家赫斯特說：教育的中心目的是向?qū)W生傳授主要的思維形式，在思維核心之外包裹的諸多知識(shí)僅僅是載體。所以知識(shí)不等于能力，編程不等于計(jì)算思維。今天我們學(xué)VB，明天學(xué)python ，若干年后又有更好的語言出現(xiàn)，語言會(huì)經(jīng)常變，一直不變的是這當(dāng)中所用的迭代思維，遞歸思維，枚舉等思維。其次在具體的實(shí)踐過程中，教師要肯定信息技術(shù)課程教材的基石作用，同時(shí)也要有意識(shí)地掙脫教材編寫的囿于，并結(jié)合班級(jí)學(xué)生的認(rèn)知需求對(duì)課堂教學(xué)的具體內(nèi)容進(jìn)行合理的改編與補(bǔ)充，尤其要注重組織開展多元化的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生實(shí)踐的過程中潛移默化地發(fā)展、提升計(jì)算思維能力。教師需要不斷地學(xué)習(xí)，從教材和現(xiàn)實(shí)中挖掘相關(guān)的內(nèi)容來提升學(xué)生信息素養(yǎng)。實(shí)現(xiàn)“計(jì)算思維能力”與“信息技術(shù)教學(xué)”的深度融合，強(qiáng)化高中信息技術(shù)課程的育人價(jià)值。