高中信息技術教學與計算思維培養

沈麗萍

當前信息技術教育已經超越了單純的計算機技術訓練階段，發展成為與信息社會人才需求相適應的信息素養教育。教材也把原來的詳細操作講解部分去掉，沿著信息的獲取、加工、表達、交流，管理和評價這個培養信息素養的主線一一展開。這樣的改變是因為計算機科學技術的飛速發展給這個社會帶來巨大的沖擊。從最初的計算工具，到應用工具，再到現在的對各行業的支撐，甚至融合，計算機科學技術越來越重要，也越來越普及。信息技術課的價值不能僅是教授學生處理事情的知識和技能，更要培養學生應用信息技術解決問題的思想和方法，提高他們解決問題的能力，應對未來挑戰。

一、計算思維

計算思維（Computational Thinking）是2006年美國卡內基梅隆大學周以真（Jeannette M. Wing）教授提出并界定的①。周教授認為：計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統、理解人類行為等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。它是人的，不是計算機的思維；它建立在計算過程的能力和限制之上的，不管這些過程是由人還是由機器執行的。計算方法和模型給了我們勇氣去處理那些原本無法由任何個人獨自完成的問題求解和系統設計。

計算思維的提出，改變了計算機學科就是應用工具學科的認識，讓人們不再局限于計算機的知識和技能，而著眼于一種思維模式的發展。1972年的圖靈獎得主埃德斯加·狄克斯特拉（Edsgar Dijkstra）說：“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習慣，從而也將深刻地影響著我們的思維能力。”計算機的出現和發展改變了我們的思維方式和習慣。計算思維所蘊含的思想方法，已經滲透到各種行業領域中，給它們的發展帶來巨大的改變。所以計算思維這個觀點一經提出，就引起了世界各界的關注。

我國對計算思維的關注開始于2008年10月，高等學校計算機教育研究會在桂林召開了關于“計算思維與計算機導論”的專題學術研討會，多數高校在研討會后分別在自己的高校開展了關于計算思維的研究。2010年5月，中國高等學校計算機基礎課程教學指導委員會要求，將計算思維融入到計算機基礎課程中去教授。2012年相關的書籍開始問世，如《計算思維導論》、《高等學校“十二五”公共課計算機規劃教材：計算思維基礎》、《計算思維：計算學科導論》等，對高校開展計算思維的培養作了一定的嘗試，同時也給了基礎教育階段一個示范和借鑒。

二、信息技術教學與計算思維培養

在基礎教育階段，計算思維被越來越多的提及，但如何培養計算思維仍處在理論規劃階段，計算思維的養成和訓練還有待于教育工作者的實踐探索。高中信息技術課程的總目標是提升學生的信息素養，信息技術基礎的各章節沿著培養信息素養的主線，有側重地展開，讓學生在學習過程中總結和領悟其中的技術方法和技術思想。

唐培和在《計算思維：計算學科導論》中指出計算思維屬于哲學方法論的范疇，并指出計算思維可以分為廣義計算思維和狹義計算思維。廣義計算思維立足于計算科學的基本概念；狹義計算思維，則基于計算機學科的基本概念，是從計算學科的方法論出發，討論借助于計算機這一特定的工具如何求解客觀世界的實際問題②。衍生到高中信息技術學科中，人在借助信息技術工具解決實際問題時進行的思想活動過程，正是典型的計算思維。

1.學習計算機科學家的方法、思想

科技人員為了讓計算機能夠幫助我們解決問題，通過對應、轉換、抽象、分解等思維活動，化繁為簡，讓計算機成為人人都能熟練掌握的應用工具。如漢字信息處理研究，當初計算機只能處理英文，要讓計算機能處理漢字，首先要對漢字進行編碼（音碼、形碼等），讓每個漢字同計算機能夠處理的通用字符代碼集合建立一種對應關系，再利用計算機對通用字符代碼的處理，進行存儲、加工處理、傳輸等，最后按照同樣的對應關系轉換為漢字字形庫的對應序號，輸出設備通過字型碼將漢字顯示出來。在信息技術學習過程中了解信息技術工具的工作原理，也就了解了科技人員解決問題的方法、策略。

2.在方法論的層面上，開展信息技術課程

知識、技能從來都是不完整的，我們需要思維。在教授學生知識、技能的過程中，讓學生在一定的技術基礎上，學會獨立思考，學會解決問題的方法、思想，從而培養他們實際處理問題的能力和創新意識。

如表格信息加工，技術的教授適合放在一個開放性的情境設定中，讓學生思考完成這樣一份數據分析，需要用到哪些方法，涉及哪些問題——計算、查找、排序、篩選、以及批量運算如何解決等等。通過自己的思考，比較自己的思想和計算機處理問題方法的不同，學會在利用信息技術工具的基礎上，解決實際的問題，提高自身的信息素養。

計算思維是人的思維并面向所有領域，是個寬泛的概念，并沒有確切的定義，提出計算思維的周教授只是給了它一定的界定，大家對它的理解多種多樣，所做的實踐也是在周教授的界定中進行著摸索、探究。相信不久的將來，計算思維這個概念會在人們的研究實踐中越來越完善越來越清晰。

思維科學的研究表明，思維是有規律的，并可以在潛移默化的教授中得到發展。預計不久的將來，教育各界都將參與到計算思維培養課程的設計和實踐中來，各個學段都將開展相關課程，計算思維會成為人人熟知的思維方式，給生活、生產帶來深遠的影響。

【注釋】

① J. M. Wing， Computational Thinking， Communications of ACM， Vol.49， No.3， March 2006， pp.33-35.

② 唐培和、徐奕奕 編著. 計算思維：計算學科導論[M]. 電子工業出版社.

（作者單位：江蘇省如皋市長江高級中學）