高中信息技術(shù)項目學(xué)習(xí)中計算思維的培養(yǎng)研究

史明博

高中信息技術(shù)教學(xué)變革過程中，培養(yǎng)核心素養(yǎng)是關(guān)鍵，而組織項目式學(xué)習(xí)是實現(xiàn)目標(biāo)的路徑。計算思維是信息技術(shù)核心素養(yǎng)的主要構(gòu)成，能夠協(xié)助學(xué)生形成計算機(jī)科學(xué)思維品質(zhì)，幫助學(xué)生提高分析與處理問題能力、動手操作與創(chuàng)新能力等，對于其他素養(yǎng)提升也有促進(jìn)作用。項目學(xué)習(xí)有助于計算思維的形成，也是學(xué)生信息技術(shù)綜合素養(yǎng)協(xié)同發(fā)展的主要途徑，故而要針對項目學(xué)習(xí)做好計算思維培養(yǎng)研究。通過在項目選擇和項目推進(jìn)中融入計算思維培養(yǎng)，科學(xué)合理地進(jìn)行設(shè)計，促進(jìn)項目學(xué)習(xí)培養(yǎng)計算思維成效最大化。

一、計算思維概述

高中信息技術(shù)課程教學(xué)改革需要圍繞核心素養(yǎng)展開，計算思維是主要構(gòu)成，是提高信息技術(shù)綜合能力與素養(yǎng)的關(guān)鍵，故而要明確計算思維究竟是什么，在教學(xué)中有意識和計劃地進(jìn)行培養(yǎng)。計算思維是指在計算機(jī)科學(xué)學(xué)習(xí)和研究中分析和解決問題，以及進(jìn)行相關(guān)設(shè)計和技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新，還有一些涵蓋有關(guān)科學(xué)思維的活動。一旦具備良好的計算思維，信息技術(shù)探究和創(chuàng)新能力會顯著提升。與其他思維相同，計算思維具有抽象的特點(diǎn)，但也具有自動化的特點(diǎn)，可將原本比較困難的問題，通過嵌入和轉(zhuǎn)化，抑或是仿真和約簡等方式，變?yōu)橐粋€知道如何處理的問題。

計算思維屬于科學(xué)思維活動，提煉與吸收了數(shù)學(xué)思維方法，也是工程思維方法，具有復(fù)雜性，同時是建立在人類行為理解上的科學(xué)思維，智能化特征顯著。計算思維執(zhí)行者可以是人，也可以是機(jī)器。以往無法通過人完成的問題求解，或者是系統(tǒng)設(shè)計，可通過計算思維解決。計算思維來源于數(shù)學(xué)思維，但從本質(zhì)上看屬于工程思維，不僅與計算機(jī)科學(xué)相關(guān)，更能夠提升計算機(jī)領(lǐng)域科學(xué)探索能力，還與數(shù)學(xué)、物理等相關(guān)，可幫助人類掌握機(jī)器智能當(dāng)前還未解決的相關(guān)問題，并推動其朝著更高層次發(fā)展，因此強(qiáng)化計算思維培養(yǎng)至關(guān)重要。

二、項目學(xué)習(xí)主要問題

（一）缺乏計算思維培養(yǎng)意識

項目學(xué)習(xí)契合發(fā)展能力與培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)的要求，在信息技術(shù)教學(xué)中應(yīng)用是提升綜合素養(yǎng)的關(guān)鍵。當(dāng)前高中信息技術(shù)項目學(xué)習(xí)具有認(rèn)識不足、設(shè)計不夠合理、在項目選擇上缺乏考慮、未能融入計算思維培養(yǎng)問題。計算思維是計算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)探索必須具備的，一旦學(xué)生缺失這種思維，將直接影響與信息技術(shù)學(xué)習(xí)相關(guān)的各個方面，導(dǎo)致其分析與解決問題、信息創(chuàng)新能力偏低，影響信息技術(shù)學(xué)習(xí)成效和信息素養(yǎng)發(fā)展。部分教師在項目學(xué)習(xí)設(shè)計中融入計算思維培養(yǎng)，但是不具備系統(tǒng)性，同時由于滲透與培養(yǎng)方式存在問題，計算思維實際培養(yǎng)效果不佳。

（二）教學(xué)能力有待提升

項目學(xué)習(xí)遵從學(xué)生為主體的新教育理念，實際操作中以項目為線索，學(xué)生圍繞具體項目和任務(wù)搜集資料、交流與分享、探討與合作等，最終在實踐中解決問題，直接獲取知識和學(xué)習(xí)經(jīng)驗。項目學(xué)習(xí)是信息技術(shù)教學(xué)常用的手段，不過目前存在教學(xué)能力不足的問題。高中信息技術(shù)課程具有復(fù)雜性，項目綜合性通常比較強(qiáng)，不同個體之間存在差異，另外除了要圍繞教學(xué)內(nèi)容和信息技術(shù)核心素養(yǎng)設(shè)計項目外，還要增加知識點(diǎn)。部分教師不能控制和協(xié)調(diào)好各個方面，出現(xiàn)項目學(xué)習(xí)忽視個體差異，以及內(nèi)容不夠合理、拓展性不夠強(qiáng)等問題。項目學(xué)習(xí)對學(xué)生信息綜合素養(yǎng)提升效果不顯著，缺乏深度與廣度，自然也不利于計算思維的培養(yǎng)。此外項目學(xué)習(xí)中未能做好引導(dǎo)，教師參與感過強(qiáng)或者是置身事外，兩個極端均嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。

三、項目學(xué)習(xí)中培養(yǎng)計算思維的策略

（一）項目選擇中考慮培養(yǎng)計算思維的需求

高中信息技術(shù)項目學(xué)習(xí)中，確定項目是最為重要的，需要考慮各個方面。這是因為項目是主線，是自主實踐與探索的主要方向和內(nèi)容，一旦出現(xiàn)問題將直接影響目標(biāo)達(dá)成和學(xué)生信息能力與素養(yǎng)發(fā)展。項目選擇要做好學(xué)情分析，如高中生年齡、信息課程基礎(chǔ)、相關(guān)能力、信息技能與素養(yǎng)等。另外，項目確定還要依據(jù)信息課程內(nèi)容系統(tǒng)進(jìn)行整合，做好內(nèi)容多但不雜亂，可通過項目學(xué)習(xí)促進(jìn)項目能力提升。

項目確定依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，將新時期圍繞核心素養(yǎng)所設(shè)立的三個維度目標(biāo)全部融入項目之中。綜合三個方面目標(biāo)，其中就包含了計算思維，在此基礎(chǔ)上確定項目主題，然后細(xì)化項目，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槿舾蓚€任務(wù)，組織學(xué)生小組合作，通過討論與協(xié)作解決問題。

需要強(qiáng)調(diào)的是，項目要具有操作性，同時還要具備代表性，另外則是要融入和實際需求相關(guān)的內(nèi)容。通過項目提供實踐和探究平臺，讓學(xué)生在討論與解決問題中展開計算思維活動，并且在過程中運(yùn)用程序設(shè)計語言，在合作與交流中簡化算法，并積極探究與挑戰(zhàn)程序調(diào)試等。特別要強(qiáng)調(diào)，項目必須要在學(xué)生實踐探索與小組協(xié)作下解決，避免出現(xiàn)項目難度太大抑或項目太過簡單的情況。

以算法和程序相關(guān)內(nèi)容為例，圍繞需要學(xué)習(xí)掌握的知識點(diǎn)以及包含的重難點(diǎn)，挖掘可培養(yǎng)計算思維的部分，確定好項目主題，將相關(guān)內(nèi)容拆解，形成一個個知識點(diǎn)和問題。學(xué)生在項目學(xué)習(xí)中依據(jù)自身的信息技術(shù)知識和經(jīng)驗，并通過科學(xué)思維活動產(chǎn)生個性化看法。在小組內(nèi)圍繞項目展開簡單思維，并積極主動進(jìn)行程序設(shè)計，在長期鍛煉下計算思維必定會提高。

（二）項目推進(jìn)中強(qiáng)化計算思維培養(yǎng)

計算思維培養(yǎng)要遵循循序漸進(jìn)的原則，但是也要多創(chuàng)造機(jī)會，讓學(xué)生分析和處理問題，在持續(xù)性思考與探討以及合作、求證、反饋、調(diào)整中逐漸增強(qiáng)計算思維。這就要求項目學(xué)習(xí)在主題確定方面要考慮計算思維培養(yǎng)需求，還要在項目推進(jìn)中滲透和做好計算思維的培養(yǎng)。高中信息技術(shù)課時少，想要在有限的時間內(nèi)培養(yǎng)計算思維，充分和有效利用課堂時間，需要提高項目學(xué)習(xí)方案設(shè)計能力。

教師在項目學(xué)習(xí)中引導(dǎo)，讓學(xué)生討論和實踐操作，在探究中利用信息技術(shù)進(jìn)行簡單計算與分析，最終掌握相關(guān)內(nèi)容和解決問題。計算思維本身就是用于求解問題，引導(dǎo)學(xué)生在項目學(xué)習(xí)探究中既要進(jìn)行數(shù)學(xué)性思考，又要進(jìn)行計算性思考，實現(xiàn)數(shù)學(xué)思維與工程思維的相互補(bǔ)充。這樣計算思維會顯著提升，在有目的性的培養(yǎng)和訓(xùn)練下學(xué)生計算機(jī)科學(xué)探索能力也會提高。

對于項目學(xué)習(xí)中分解出來的任務(wù)，將其問題化，然后以其作為引擎，引導(dǎo)小組協(xié)作分析和解決。實際操作中分組要尊重差異，可采取兩種方式，根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)和能力劃分小組，根據(jù)每個組擅長部分、實際能力、興趣愛好分配任務(wù)，這樣既能培養(yǎng)學(xué)生計算思維，又能最大限度開發(fā)潛能。另外一種分組為異質(zhì)同構(gòu)方式，結(jié)合每個學(xué)生信息技術(shù)課程的真實學(xué)習(xí)狀況，確定計算思維、信息技術(shù)水平、分析與解決問題的能力等，堅持優(yōu)、中、差搭配。

根據(jù)主題確定知識點(diǎn)和重難點(diǎn)，將其融入項目學(xué)習(xí)任務(wù)單中，然后分配任務(wù)。教師為了讓學(xué)生更好地完成任務(wù)單，可制定項目指南，提前在網(wǎng)絡(luò)中搜集資源，將其融入項目學(xué)習(xí)中，拓展項目知識點(diǎn)，并協(xié)助學(xué)生更好地完成項目學(xué)習(xí)?？煞峙洳煌氊?zé)，確保每個學(xué)生積極參與項目學(xué)習(xí)，所有人在過程中思考和求解問題，在計算性思考中逐漸增強(qiáng)計算思維。高中生信息技術(shù)項目學(xué)習(xí)中計算思維和能力有限，在實踐探究中會有阻礙，教師需要觀察，根據(jù)反饋予以調(diào)試與點(diǎn)撥。

（三）驗收與評價中培養(yǎng)計算思維

信息技術(shù)項目學(xué)習(xí)中計算思維培養(yǎng)應(yīng)滲透到項目驗收以及評價之中。學(xué)生以組為單位展示項目學(xué)習(xí)成果，做好驗收，包含兩個部分，一部分是整體驗收，另一部分是分項目驗收。子項目驗收結(jié)合的是解決問題的情況，或者是實踐與合作中的作品。教師在驗收中評價，每個小組相互評價。以編程語言使用為例，評價子項目任務(wù)完成情況，分析有無在過程中解決核心問題。過程中可讓學(xué)生根據(jù)子項目驗收情況，采取簡單計算與數(shù)據(jù)分析的方法，明確項目學(xué)習(xí)優(yōu)勢和不足，從而使其有目標(biāo)改進(jìn)，在培養(yǎng)計算思維的同時促進(jìn)學(xué)習(xí)效果的提升。

項目學(xué)習(xí)整體評價之中，全方位展開多層次評價，既要關(guān)注結(jié)果，又要針對項目學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評價。依然可采取數(shù)據(jù)分析的方式，或者是定性與定量評價方式。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行項目反思，提出相關(guān)建議，使學(xué)生再次思考和研究，進(jìn)一步強(qiáng)化計算思維。

項目學(xué)習(xí)中，無論是項目任務(wù)完成還是項目評價，抑或是項目反思與項目建議，始終要做到以學(xué)生為主體，使其在不斷分享、探究、反思、歸納、分析、解決問題中加強(qiáng)計算性思考。教師除了要在全過程滲透計算思維，還要提高設(shè)計、組織、點(diǎn)撥、啟發(fā)等能力，與學(xué)生平等交流，通過這些方式促進(jìn)計算思維培養(yǎng)效果的提升。

四、結(jié)語

綜上所述，計算機(jī)科學(xué)是新時代各個方面發(fā)展的引擎，而計算思維是運(yùn)用計算科學(xué)相關(guān)內(nèi)容解決問題的思維活動，故而當(dāng)前要強(qiáng)化該種思維培養(yǎng)。計算思維是高中信息技術(shù)課程所要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)，項目學(xué)習(xí)作為一種常用教學(xué)方法，需在全過程中做好計算思維滲透和培養(yǎng)。不僅要在項目確定中考慮計算思維培養(yǎng)需求，還要在項目學(xué)習(xí)推進(jìn)與最終驗收評價中做好計算思維培養(yǎng)。堅持以項目為主線，制訂學(xué)習(xí)任務(wù)單，組織學(xué)生小組協(xié)作，提供項目指南，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自測、簡單計算、數(shù)據(jù)分析、反思等，在全過程中訓(xùn)練計算思維。