李安琪 西安交通大學(xué)蘇州附屬中學(xué)

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）提出了信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四大學(xué)科核心素養(yǎng)。其中，計(jì)算思維在四大學(xué)科核心素養(yǎng)中起到了統(tǒng)籌和引領(lǐng)的作用。因此，探索有效的計(jì)算思維培養(yǎng)方法，是高中信息技術(shù)教學(xué)的迫切需要。所以，筆者嘗試在教學(xué)實(shí)踐中通過(guò)具體的案例探討面向計(jì)算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)模式，并且在課堂中引入問(wèn)題解決和創(chuàng)造性思維等活動(dòng)，旨在促進(jìn)高中生計(jì)算思維的整合與運(yùn)用，培養(yǎng)其跨學(xué)科能力和創(chuàng)新思維能力。

● 思維、整合與運(yùn)用：高中生計(jì)算思維培養(yǎng)的內(nèi)蘊(yùn)和價(jià)值

第一，思維是高中生計(jì)算思維培養(yǎng)的核心。新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，其中包括分析、綜合、判斷、創(chuàng)新等能力。通過(guò)對(duì)信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，學(xué)生將學(xué)會(huì)運(yùn)用不同的思維方法來(lái)整合和解決問(wèn)題，提升自己的計(jì)算思維品格。

第二，整合是高中生計(jì)算思維培養(yǎng)的關(guān)鍵。新課標(biāo)要求學(xué)生能夠跨學(xué)科地整合和運(yùn)用不同的信息資源，培養(yǎng)綜合應(yīng)用知識(shí)的能力。學(xué)生通過(guò)整合各種信息技術(shù)原理與工具，將所學(xué)知識(shí)和技能進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合和運(yùn)用。這樣的綜合能力培養(yǎng)有助于他們堅(jiān)持自身立場(chǎng)與價(jià)值觀，并有效地運(yùn)用計(jì)算思維解決問(wèn)題。

第三，運(yùn)用是高中生計(jì)算思維培養(yǎng)的最終目標(biāo)。新課標(biāo)要求學(xué)生能夠應(yīng)用信息技術(shù)工具進(jìn)行信息的獲取、處理和表達(dá)。學(xué)生能夠靈活運(yùn)用各種信息技術(shù)工具，提高自己的信息處理和表達(dá)能力。這樣的運(yùn)用能力培養(yǎng)將有助于提升學(xué)生的計(jì)算思維，使他們能更好地適應(yīng)信息時(shí)代的發(fā)展需求。[1]

● 指向計(jì)算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)模式構(gòu)建

面對(duì)高校人才選拔和社會(huì)就業(yè)格局的變化，必須進(jìn)一步加大對(duì)高中生的計(jì)算思維培養(yǎng)，這樣有助于他們內(nèi)在潛質(zhì)的激發(fā)和提升其用信息科技解決跨學(xué)科問(wèn)題的能力。指向計(jì)算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)模式是基于建構(gòu)主義理論和認(rèn)知學(xué)習(xí)理論發(fā)展而來(lái)的，它強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主思考與動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)踐與發(fā)散思維的過(guò)程中形成自己的認(rèn)知，在教學(xué)過(guò)程中提倡將解決問(wèn)題和完成任務(wù)作為教學(xué)準(zhǔn)則。具體的教學(xué)模式如下頁(yè)圖1所示。

圖1

該教學(xué)模式以“學(xué)生自助發(fā)散思維解決問(wèn)題”為導(dǎo)向，分為三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。首先，巧設(shè)學(xué)習(xí)情境。將信息技術(shù)知識(shí)融入到現(xiàn)實(shí)生活中，為教師的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)和學(xué)生的自主探究奠定基礎(chǔ)。其次，妙用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)。高中信息技術(shù)教材的內(nèi)容內(nèi)蘊(yùn)豐富，知識(shí)層次高。這就要求教師要從問(wèn)題導(dǎo)向出發(fā)，通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題；在課堂教學(xué)中教師需要結(jié)合教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的思維認(rèn)知提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生深度思考，活用思維。[2]最后，活用自主協(xié)作學(xué)習(xí)。學(xué)生在自主探究之后，可以通過(guò)小組開展協(xié)作學(xué)習(xí)，通過(guò)協(xié)作學(xué)習(xí)，學(xué)生可以習(xí)得學(xué)科知識(shí)，并進(jìn)行實(shí)踐探究。此外，在協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)束后，可以進(jìn)行成果展示以及評(píng)價(jià)與反饋總結(jié)活動(dòng)。

● 指向高中生計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

在教學(xué)中，筆者以教科版高中信息技術(shù)必修一第一單元“初識(shí)數(shù)據(jù)與計(jì)算——數(shù)據(jù)的計(jì)算”為例，開展實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

1.巧設(shè)學(xué)習(xí)情境

筆者以古人解決雞兔同籠問(wèn)題的故事為背景創(chuàng)設(shè)情境。雞兔同籠問(wèn)題是一個(gè)經(jīng)典的問(wèn)題，需要人工進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算。但是，運(yùn)用信息技術(shù)可以快速準(zhǔn)確地解決這個(gè)問(wèn)題。首先，通過(guò)電子表格展示該問(wèn)題：假設(shè)有n只雞和m只兔子，每只雞有2只腳，每只兔子有4只腳。雞和兔子的總腳數(shù)為p，總頭數(shù)為q。任務(wù)是找出n和m的值，使p等于一個(gè)特定的值，q等于另一個(gè)特定的值。之后，學(xué)生就可以利用電子表格的公式和函數(shù)來(lái)計(jì)算n和m的值。例如，可以使用“反向求解”公式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。這個(gè)公式可以在給定總腳數(shù)p和總頭數(shù)q的情況下，計(jì)算出雞和兔子的數(shù)量n和m。

通過(guò)情境創(chuàng)設(shè)，學(xué)生意識(shí)到信息技術(shù)在解決問(wèn)題中的重要性。他們可以學(xué)到如何使用電子表格來(lái)解決問(wèn)題，如何運(yùn)用計(jì)算思維來(lái)分析和解決實(shí)際問(wèn)題。這樣的教學(xué)方式可以幫助學(xué)生更好地掌握信息科技的核心概念和技能，提高他們的信息思維品質(zhì)。

2.妙用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)

有的放矢的問(wèn)題能夠活躍學(xué)生的計(jì)算思維，也能使學(xué)生對(duì)信息技術(shù)知識(shí)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，因此，要想培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，應(yīng)以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)開展教學(xué)。首先，引入實(shí)際生活中的問(wèn)題，如：“假設(shè)你有一家小店，你想計(jì)算每個(gè)月的銷售額和利潤(rùn)，應(yīng)如何進(jìn)行計(jì)算并記錄？”這個(gè)問(wèn)題能夠引發(fā)學(xué)生對(duì)電子表格和信息計(jì)算的思考和探索。其次，引入電子表格，介紹電子表格的基本概念和功能，如單元格、公式和函數(shù)等，讓學(xué)生了解電子表格通過(guò)使用公式和函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析的功能。再次，進(jìn)行實(shí)踐操作，讓學(xué)生根據(jù)提出的問(wèn)題，創(chuàng)建一個(gè)電子表格來(lái)記錄銷售額和利潤(rùn)。在學(xué)生操作電子表格的過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論“如何設(shè)置公式來(lái)計(jì)算每個(gè)月的銷售額和利潤(rùn)”“如何使用函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的匯總和分析”等問(wèn)題。通過(guò)思考和討論，學(xué)生可以進(jìn)一步理解公式和函數(shù)的價(jià)值。最后，進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用和展示（將電子表格應(yīng)用到實(shí)際的銷售數(shù)據(jù)中，通過(guò)輸入數(shù)據(jù)和調(diào)整公式，實(shí)現(xiàn)對(duì)銷售額和利潤(rùn)的自動(dòng)計(jì)算）以及總結(jié)和評(píng)價(jià)（讓學(xué)生分享他們的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，互相學(xué)習(xí)和借鑒[3]）。

問(wèn)題驅(qū)動(dòng)能夠讓學(xué)生更加主動(dòng)地思考和提問(wèn)，促進(jìn)他們的計(jì)算思維和創(chuàng)造性思維的發(fā)展。同時(shí)，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)也能將信息技術(shù)知識(shí)與實(shí)際生活相結(jié)合，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。

3.活用自主協(xié)作學(xué)習(xí)

將自主學(xué)習(xí)與小組協(xié)作學(xué)習(xí)同頻共振，一方面可以凸顯個(gè)性思維發(fā)展，另一方面可以放大集體思維的水平。同樣以雞兔同籠問(wèn)題為例，筆者引導(dǎo)學(xué)生思考利用計(jì)算機(jī)編程解決問(wèn)題的方式，具體教學(xué)設(shè)計(jì)如圖2所示。雞兔同籠問(wèn)題是一個(gè)需要用到數(shù)學(xué)和邏輯思維的問(wèn)題，通過(guò)編程可以更加直觀地解決和驗(yàn)證答案。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)階段可以學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言的相關(guān)知識(shí)，了解編程的基本概念和解題方法，并完成一些簡(jiǎn)單的編程練習(xí)，從而掌握編程的基本技能和邏輯推理能力。而通過(guò)小組協(xié)作與討論，學(xué)生可以分享個(gè)人的學(xué)習(xí)成果和編程經(jīng)驗(yàn)，討論如何運(yùn)用編程解決雞兔同籠問(wèn)題。在小組內(nèi)，學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的編程知識(shí)合作編寫代碼，通過(guò)邏輯推理和計(jì)算解決雞兔同籠問(wèn)題。在自主協(xié)作學(xué)習(xí)解決雞兔同籠問(wèn)題后，可以讓每個(gè)小組展示他們的編程過(guò)程和結(jié)果，通過(guò)分享、討論和比較，讓學(xué)生相互學(xué)習(xí)和借鑒。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)他們?cè)诮鉀Q雞兔同籠問(wèn)題中所應(yīng)用的編程知識(shí)和邏輯思維，并評(píng)價(jià)小組合作過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)和不足。[4]

圖2

● 結(jié)束語(yǔ)

構(gòu)建指向計(jì)算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)模式，可以有效地激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，培養(yǎng)他們的自主思考和解決問(wèn)題的能力，最終培養(yǎng)他們的計(jì)算思維能力，使得他們能夠適應(yīng)未來(lái)智能時(shí)代的人才要求。指向計(jì)算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)模式是一種有效的教學(xué)方法，值得在高中信息技術(shù)教學(xué)中廣泛應(yīng)用和推廣。