王曉燕

摘 ?要：計(jì)算思維是信息化時(shí)代下所形成的一種獨(dú)特的思維方式，也是信息技術(shù)核心素養(yǎng)的重要組成部分。對(duì)此，教師應(yīng)當(dāng)更加注重在授課過程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，提高他們運(yùn)用信息技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。為了幫助高中信息技術(shù)教師提高計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)質(zhì)量，文章從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法三方面視角出發(fā)，結(jié)合計(jì)算思維的培養(yǎng)意義，闡述教師通過合理設(shè)計(jì)授課目標(biāo)和內(nèi)容、科學(xué)開展問題解答、知識(shí)運(yùn)用、互動(dòng)探知、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等教學(xué)活動(dòng)的方式，提升解決問題的具體教學(xué)策略，使學(xué)生形成良好的計(jì)算思維。

關(guān)鍵詞：高中教學(xué);信息技術(shù);計(jì)算思維

計(jì)算思維指的是個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中的專業(yè)化思想和方法進(jìn)行問題求解、算法設(shè)計(jì)、科學(xué)建模等一系列與計(jì)算機(jī)科學(xué)有關(guān)的思維活動(dòng)。高中信息技術(shù)教師培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，能夠使他們?cè)谟龅脚c學(xué)科知識(shí)相關(guān)的問題時(shí)，可以自覺運(yùn)用信息技術(shù)理論和技術(shù)對(duì)問題進(jìn)行高效解答，在抽象分解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建模分析過程中制訂出合理的問題解決方案。同時(shí)，也借此提高其解決問題的效率和能力。計(jì)算思維也是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵組成部分，是教師當(dāng)前重要的教育培養(yǎng)目標(biāo)之一，對(duì)此，教師更應(yīng)當(dāng)積極地在授課過程中開展計(jì)算思維培養(yǎng)活動(dòng)，進(jìn)而更好地落實(shí)核心素養(yǎng)教育。

一、高中信息技術(shù)課程培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的作用

（一）落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)教育

計(jì)算思維是信息技術(shù)核心素養(yǎng)的重要組成部分，教師開展計(jì)算思維培養(yǎng)活動(dòng)滿足了當(dāng)前學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教育要求。另外，教師也可以借此實(shí)現(xiàn)高效的信息技術(shù)課程改革，讓教學(xué)重心逐步轉(zhuǎn)移到理論應(yīng)用和思維發(fā)展之中，從而使課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（二）提高問題解決能力

信息技術(shù)教師培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維可以提高他們問題解決的能力。學(xué)生使用計(jì)算思維與學(xué)科知識(shí)相關(guān)的問題時(shí)，會(huì)用到抽象、建模、分解、程序設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)等方法，而這些方法既可以使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)的理解與認(rèn)識(shí)，還能有效提高他們解決問題的效率與質(zhì)量。

二、高中信息技術(shù)課程培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的具體措施

（一）制訂教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是教師在設(shè)計(jì)與開展各項(xiàng)授課活動(dòng)時(shí)的主要行動(dòng)綱要，其中明確指出了學(xué)生需要通過課程學(xué)習(xí)達(dá)到怎樣的認(rèn)知水平，擁有哪些重要的學(xué)科技能，掌握哪些科學(xué)的學(xué)習(xí)方法等教學(xué)要求。高中信息技術(shù)教師若想使計(jì)算思維培養(yǎng)達(dá)到應(yīng)有的效果，需要科學(xué)規(guī)劃教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合班級(jí)學(xué)生現(xiàn)階段的思維發(fā)展特點(diǎn)、單元課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算思維培養(yǎng)要求進(jìn)行授課目標(biāo)的制訂。比如，教師可以從知識(shí)技能、問題解決、計(jì)算思維三個(gè)層次出發(fā)設(shè)計(jì)每個(gè)單元的課程目標(biāo)。

以“利用大數(shù)據(jù)獲取信息”課程為例，在設(shè)計(jì)單元教學(xué)目標(biāo)時(shí)，教師可以從學(xué)科知識(shí)與技能、問題解決方法與能力、計(jì)算思維形成與發(fā)展三個(gè)層次進(jìn)行制訂。在知識(shí)與技能方面，學(xué)生需要認(rèn)識(shí)到信息來源的多樣性特點(diǎn);知道多樣性產(chǎn)生的原因;能夠剖析信息獲取過程的每個(gè)環(huán)節(jié);了解獲取信息的多種途徑和信息保存的方法;擁有分析、比較、規(guī)劃和歸納的能力。在問題解決方面，學(xué)生需要根據(jù)具體問題選擇適合的信息獲取途徑;能夠通過網(wǎng)絡(luò)搜索、信息獲取、信息篩選、信息保存等方法解決日常生活中的實(shí)際問題。在計(jì)算思維方面，學(xué)生能夠客觀評(píng)估大數(shù)據(jù)獲取信息的合理性與有效性;了解大數(shù)據(jù)獲取信息的優(yōu)勢(shì)和弊端;能夠?qū)⒋髷?shù)據(jù)技術(shù)靈活運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)問題之中;可以根據(jù)實(shí)際問題創(chuàng)新大數(shù)據(jù)獲取信息的方法。教師通過制訂明確的教學(xué)目標(biāo)既可以幫助學(xué)生找到知識(shí)探索和能力提升的方向，也可以為之后的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和教學(xué)方法選擇提供科學(xué)的參考依據(jù)。

（二）設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)決定著學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)能夠掌握哪些學(xué)科知識(shí)，擁有哪些學(xué)科技能，提高哪方面的學(xué)科能力。信息技術(shù)教師為了培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，需要根據(jù)具體需求對(duì)教學(xué)材料進(jìn)行合理篩選與科學(xué)重組。在內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)要從知識(shí)理論和問題解決兩方面視角出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)科理論知識(shí)對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行分解、剖析和抽象，運(yùn)用學(xué)科技能進(jìn)行建模、算法設(shè)計(jì)或程序編寫，從而制訂出高效合理的問題的解決方案。學(xué)生通過完成上述一系列思維活動(dòng)，能夠使計(jì)算思維得到有效啟發(fā)與鍛煉，從而逐漸形成較強(qiáng)的計(jì)算思維能力。

以“加工、分析和可視化數(shù)據(jù)”課程為例，在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容之前，教師需要先明確此單元的授課目標(biāo)，然后再根據(jù)目標(biāo)要求進(jìn)行具體內(nèi)容的制訂。例如數(shù)據(jù)加工方面，教師為了讓學(xué)生能夠透徹理解數(shù)據(jù)加工的概念，可以提供一份雜亂無章的數(shù)據(jù)信息，引導(dǎo)他們使用恰當(dāng)?shù)墓ぞ吆头椒▽?duì)這份數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，在處理過程中理解加工的作用和意義。數(shù)據(jù)分析方面，教師可以引導(dǎo)學(xué)生使用對(duì)比分析法、平均分析法、交叉分析法對(duì)加工之后的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析與研究，以此來加深他們對(duì)三種分析法的認(rèn)識(shí)，明白數(shù)據(jù)分析是為了找到各數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征和本質(zhì)規(guī)律。在數(shù)據(jù)可視化方面，教師可以將各學(xué)生提供多個(gè)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，然后引導(dǎo)他們把這些結(jié)果用表格、圖形、圖表、圖示等形式展現(xiàn)出來，如條形統(tǒng)計(jì)圖、扇形統(tǒng)計(jì)圖、散點(diǎn)圖等常規(guī)圖表和漏斗圖、旋風(fēng)圖、矩陣圖等交互圖表。最后，教師還可以設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)例任務(wù)，讓學(xué)生自行運(yùn)用上述三個(gè)步驟對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)處理，以此來鞏固他們課上所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)，也使其在獨(dú)立完成任務(wù)過程中逐漸形成良好的計(jì)算思維。教師以計(jì)算思維培養(yǎng)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)授課內(nèi)容，既可以科學(xué)重組教學(xué)資源，制訂出完善的知識(shí)講授方案，又能使學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)提高知識(shí)理解能力、問題解決能力和計(jì)算思維能力。

（三）優(yōu)化教學(xué)方法

高中信息技術(shù)教師為了使學(xué)生擁有良好的計(jì)算思維素養(yǎng)和較強(qiáng)的問題解決能力，需要合理創(chuàng)新知識(shí)講授與能力培養(yǎng)的方法，要讓學(xué)生在知識(shí)運(yùn)用、問題解析、合作探知、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等多樣化學(xué)習(xí)活動(dòng)中逐漸形成科學(xué)的計(jì)算思維，能夠靈活運(yùn)用學(xué)科理論與技能快速解決實(shí)際問題。

1. 問題指引，啟發(fā)計(jì)算思維

引導(dǎo)學(xué)生提出科學(xué)的探究性問題，運(yùn)用有效方法解決問題是啟發(fā)他們計(jì)算思維的最有效方式。對(duì)此，教師需要在信息技術(shù)知識(shí)授課過程中有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)學(xué)科理論或知識(shí)原理提出質(zhì)疑性或探索性問題，以此來培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，使學(xué)生在自主探究、建構(gòu)模型、設(shè)計(jì)算法過程中形成一定的計(jì)算思維。

以“從洗衣流程認(rèn)識(shí)算法”課程為例，在課程正式開始之前，教師先播放一段手工洗衣流程視頻，然后再提供一份全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作流程圖，引導(dǎo)學(xué)生將手工洗衣與機(jī)器洗衣進(jìn)行對(duì)比分析，并提出思考性問題。讓他們?cè)趩栴}解析過程中理解算法的概念，知道算法的特征，認(rèn)識(shí)到算法的重要性，也借此啟發(fā)他們的計(jì)算思維。例如學(xué)生提出了“全自動(dòng)洗衣機(jī)是對(duì)手工洗衣流程的模擬嗎？如何讓洗衣機(jī)做出與手工洗衣一樣的操作步驟？算法的作用是什么？”等問題。針對(duì)上述問題，學(xué)生可以對(duì)全自動(dòng)洗衣流程圖進(jìn)行抽象和分解，按照機(jī)器操作步驟進(jìn)行建模，并設(shè)計(jì)出“洗滌算法”，使學(xué)生在問題解答過程中逐漸形成計(jì)算思維。之后，教師再結(jié)合算法內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)深度講解，讓學(xué)生真正明白算法的概念和作用。信息技術(shù)教師通過開展問題化教學(xué)活動(dòng)，不僅可以引發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)的好奇心，使學(xué)生自覺提出各種探知類問題，還能讓他們?cè)趩栴}分析和問題解答過程中掌握抽象、分解的方法，知道算法的特點(diǎn)和作用，同時(shí)使他們的計(jì)算思維得到有效啟發(fā)。

2. 趣味教學(xué)，培養(yǎng)計(jì)算思維

教師為了激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探知的興趣，培養(yǎng)他們的計(jì)算思維，可以利用計(jì)算機(jī)軟件創(chuàng)建趣味性問題探索和問題解決教學(xué)活動(dòng)。比如結(jié)合教材內(nèi)容設(shè)計(jì)一些與重難點(diǎn)知識(shí)相關(guān)的趣味編程活動(dòng)、軟件開發(fā)體驗(yàn)活動(dòng)、程序算法模擬活動(dòng)等多樣化課程活動(dòng)，讓學(xué)生參與有趣的活動(dòng)項(xiàng)目，體驗(yàn)到信息技術(shù)學(xué)習(xí)的樂趣，從而增強(qiáng)他們主動(dòng)探知的動(dòng)力。另外，趣味性學(xué)習(xí)活動(dòng)還能有效消除學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的排斥感，降低學(xué)生知識(shí)認(rèn)知和技能運(yùn)用的壓力，使學(xué)生在輕松愉悅的環(huán)境下，能夠產(chǎn)生更多的探知靈感，進(jìn)而使其計(jì)算思維得到快速發(fā)展，并形成較強(qiáng)的問題解決能力。

以“探究點(diǎn)餐數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理過程”課程為例，教師可以設(shè)計(jì)算法模擬體驗(yàn)活動(dòng)，在活動(dòng)過程中，學(xué)生可以自愿選擇算法指令進(jìn)行角色扮演，通過真實(shí)體驗(yàn)的方式知道點(diǎn)餐數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理流程，也借此培養(yǎng)他們的計(jì)算思維。例如班級(jí)學(xué)生可以扮演主機(jī)、點(diǎn)餐設(shè)備、內(nèi)存、外存、運(yùn)算器、控制器、賬單等一些關(guān)鍵的信息系統(tǒng)，然后每個(gè)角色要按照計(jì)算機(jī)處理流程進(jìn)行行為演繹，比如手機(jī)點(diǎn)餐設(shè)備將信息輸入內(nèi)存，內(nèi)存與運(yùn)算器進(jìn)行交互，再將所得信息傳給賬單輸出設(shè)備。教師通過創(chuàng)設(shè)角色扮演體驗(yàn)活動(dòng)，不僅可以活躍班級(jí)的學(xué)習(xí)氛圍，還能使學(xué)生在算法模擬過程中加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶，同時(shí)使學(xué)生形成正確的計(jì)算思維。

3. 合作探知，發(fā)展計(jì)算思維

信息技術(shù)教師為了提高計(jì)算思維培養(yǎng)的有效性，需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的授課思路，要充分認(rèn)識(shí)到互動(dòng)交流、合作討論在思維啟發(fā)中所起到的重要作用，并依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況和教學(xué)需求開展多樣化的合作探知活動(dòng)。讓學(xué)生在互動(dòng)活動(dòng)中改變以往“單打獨(dú)斗”的認(rèn)知習(xí)慣，使其在溝通交流過程中產(chǎn)生有效的思維碰撞，迸發(fā)出更多的學(xué)習(xí)靈感，從而真正提高他們合作探知的能力。

以“了解聲音和圖像的數(shù)字化”課程為例，教師先把班級(jí)學(xué)生分成多個(gè)合作小組，讓各組結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活進(jìn)行互動(dòng)討論，舉例說明圖像被廣泛應(yīng)用于日常生活的哪些領(lǐng)域之中。然后，再讓各學(xué)習(xí)小組結(jié)合已掌握的“信息存儲(chǔ)形式和中英文編碼方式”兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行推導(dǎo)討論，通過觀察具體電子圖像中的像素小方格探索出圖像的編碼方法。之后，教師再給各組布置一道實(shí)踐題，讓他們通過互動(dòng)交流和公式計(jì)算的方式確定存儲(chǔ)的容量，并拍攝適合的照片再進(jìn)行圖像上傳。教師通過開展合作探知活動(dòng)，不僅改變了學(xué)生以往獨(dú)立認(rèn)知的學(xué)習(xí)思路，讓他們認(rèn)識(shí)到合作學(xué)習(xí)的重要性，還能使學(xué)生在互動(dòng)交流過程中實(shí)現(xiàn)知識(shí)分享，迸發(fā)思維靈感，從而使計(jì)算思維得到有效發(fā)展。

4. 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，增強(qiáng)計(jì)算思維

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，提高他們學(xué)科綜合素養(yǎng)的有效教學(xué)途徑之一。教師在設(shè)計(jì)項(xiàng)目化活動(dòng)內(nèi)容時(shí)，要讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)活動(dòng)的主體，而自己則是項(xiàng)目的指導(dǎo)者和引導(dǎo)者，同時(shí)，要讓計(jì)算思維培養(yǎng)貫穿于活動(dòng)的各項(xiàng)環(huán)節(jié)之中。在項(xiàng)目化教學(xué)活動(dòng)中，教師需要鼓勵(lì)學(xué)生通過自主探索知識(shí)、自主解決問題的方式完成項(xiàng)目任務(wù)，達(dá)到項(xiàng)目要求，以此來提高學(xué)生計(jì)算思維能力，并且形成良好的學(xué)科綜合素養(yǎng)。

以“采集花卉種植環(huán)境數(shù)據(jù)”課程為例，教師需要設(shè)計(jì)“動(dòng)手組建小型物聯(lián)網(wǎng)”項(xiàng)目活動(dòng)，讓學(xué)生先使用“花草檢測(cè)儀”采集花卉種植環(huán)境數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)采集功能了解傳感器的工作原理和控制機(jī)制，探索出物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)在邏輯管理。之后，再讓他們使用智能花草環(huán)境傳感器、數(shù)據(jù)線、手機(jī)、相關(guān)App、植物等實(shí)踐工具組建簡單的小型物聯(lián)網(wǎng)。在項(xiàng)目實(shí)踐過程中，學(xué)生需要自主探索傳感器的組成、分類和工作原理，了解物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的特點(diǎn)與類型，分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)部工作流程，知道信息系統(tǒng)與外部現(xiàn)實(shí)世界的連接方式，這樣才能組建出正確的小型物聯(lián)網(wǎng)模型。另外，學(xué)生通過自主完成探知項(xiàng)目，還能形成良好的信息意識(shí)，得到計(jì)算思維的鍛煉與發(fā)展。

三、結(jié)語

綜上所述，高中信息技術(shù)教師要高效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，需要科學(xué)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，幫助學(xué)生明確每個(gè)單元的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并將計(jì)算思維培養(yǎng)滲透到各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)之中，從而使學(xué)生在完成學(xué)習(xí)任務(wù)的同時(shí)，形成良好的計(jì)算思維，擁有較強(qiáng)的知識(shí)探索能力和問題解決能力。

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（責(zé)任編輯：向志莉）