信息技術(shù)環(huán)境下高中學(xué)生計(jì)算思維的培育研究

吳旭新

（霞浦縣教師進(jìn)修學(xué)校，福建 霞浦 355100）

一、計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)現(xiàn)狀

對(duì)處于人工智能時(shí)代的學(xué)生來說，掌握計(jì)算思維能力，具備一定的信息素養(yǎng)，需要成為問題解決導(dǎo)向的創(chuàng)新型人才。但是受到傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，高中階段的信息技術(shù)教學(xué)注重實(shí)際操作，忽視計(jì)算思維培養(yǎng)。具體現(xiàn)狀表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

（一）對(duì)于計(jì)算思維培養(yǎng)意識(shí)不夠

不論是學(xué)校、教師還是學(xué)生自身對(duì)于計(jì)算思維重視都不夠，認(rèn)為信息技術(shù)課程耽誤了其他學(xué)科的學(xué)習(xí)，甚至都不了解什么是計(jì)算思維能力，掌握了這種能力有什么好處。在教學(xué)活動(dòng)中，缺乏界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型和合理組織數(shù)據(jù)的思維意識(shí)，遇到具體問題學(xué)生只是憑借經(jīng)驗(yàn)、常識(shí)和簡(jiǎn)單技術(shù)手段來解決，不具備解決問題的遷移能力。

（二）計(jì)算思維培養(yǎng)缺乏課程體系

信息技術(shù)課程學(xué)習(xí)離不開教材，目前高中學(xué)校使用的信息技術(shù)課程教材十來年不曾更換，已經(jīng)和當(dāng)下的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)相脫離。信息技術(shù)教學(xué)中，編程是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行科學(xué)思維的良好途徑，但在基礎(chǔ)教育階段通常是選修課，存在重視程度不高，課時(shí)少，對(duì)學(xué)生成長(zhǎng)幫助不大，“算法與程序設(shè)計(jì)”選修課程本身比較抽象枯燥，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中興趣往往無法激發(fā)，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生厭學(xué)心理。

（三）信息技術(shù)課程教學(xué)模式缺乏創(chuàng)新

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)的處理方法解決生活中的問題，但是很多高中教師的信息技術(shù)課堂教學(xué)模式仍然比較傳統(tǒng)單一，還在教授學(xué)生WORD、EXCEL等傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件，這些知識(shí)技能已經(jīng)完全不能滿足當(dāng)下工作生活的需要。在算法的教學(xué)中常常“就題論題”，側(cè)重簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)公式的計(jì)算，狹隘地介紹解決某一個(gè)具體流程和代碼編寫，對(duì)無序而又復(fù)雜且需要邏輯推演和程序仿真的問題觸碰極少，忽視更高層次的“算法思想”的整體構(gòu)建，學(xué)生很難將其遷移。因此，如何發(fā)展計(jì)算思維，創(chuàng)新信息技術(shù)課程的教學(xué)模式至關(guān)重要。［1］

（四）教師計(jì)算思維素養(yǎng)急需提升

教師要具備計(jì)算思維教學(xué)能力，通過信息技術(shù)課程教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。但是，在教師培訓(xùn)課程中，還沒有將計(jì)算思維素養(yǎng)納入中小學(xué)教師培訓(xùn)項(xiàng)目，針對(duì)教師計(jì)算思維素養(yǎng)研究也很少。學(xué)校具備機(jī)器人、人工智能、創(chuàng)客教育素養(yǎng)的人才比較匱乏，難以重視這類課程的學(xué)習(xí)。

二、設(shè)計(jì)計(jì)算思維的培育模式

在信息活動(dòng)中，利用計(jì)算機(jī)方式將難以理解的、龐大的、復(fù)雜的問題，分解成一個(gè)個(gè)計(jì)算機(jī)可計(jì)算的、可自動(dòng)執(zhí)行的小問題。學(xué)生掌握計(jì)算思維能力，能夠有效利用信息社會(huì)的數(shù)字化工具、豐富媒體和海量資源，實(shí)現(xiàn)問題的解決，優(yōu)化生活、學(xué)習(xí)、工作。總的來說，計(jì)算思維是人類個(gè)體分析解決問題的思維方式，［2］培育學(xué)生計(jì)算思維能力，一定程度上也培育學(xué)生的社會(huì)生存能力。

問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式將計(jì)算思維培養(yǎng)應(yīng)用到學(xué)生項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生在完成信息活動(dòng)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過程中，掌握利用計(jì)算機(jī)解決現(xiàn)實(shí)中的問題，通過豐富多樣的問題任務(wù)情境，反復(fù)親歷計(jì)算思維的全過程。首先，設(shè)計(jì)問題。教師圍繞學(xué)科概念來進(jìn)行學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計(jì)，以學(xué)生原有經(jīng)驗(yàn)為出發(fā)點(diǎn)，以問題的形式呈現(xiàn)；其次，創(chuàng)設(shè)情境。教師借助信息技術(shù)進(jìn)行問題情境創(chuàng)設(shè)，學(xué)生針對(duì)問題情境，仔細(xì)分析，在教師提出問題的基礎(chǔ)上，找出問題的本質(zhì)；最后，解決問題。學(xué)生在信息技術(shù)手段支持下，查找收集相關(guān)信息，通過小組協(xié)作主動(dòng)探究解決問題，相互交流評(píng)價(jià)。

三、實(shí)施有效培育計(jì)算思維的方法策略

（一）創(chuàng)設(shè)情境分析問題，支撐學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展

隨著互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)成果日新月異，學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)關(guān)鍵還是將計(jì)算思維加入到相關(guān)的學(xué)科教學(xué)中，要有適用新時(shí)代人才培養(yǎng)的信息技術(shù)課程教材。教師利用計(jì)算機(jī)知識(shí)創(chuàng)設(shè)問題情境，學(xué)生以小組協(xié)作方式對(duì)問題進(jìn)行分析。例如通過Flash動(dòng)畫模擬向日葵的生長(zhǎng)過程，體現(xiàn)“黃金分割”在現(xiàn)實(shí)生活中的作用，學(xué)生體會(huì)計(jì)算思維的界定問題、抽象化、數(shù)字化等要素，利用多媒體課件的形式直觀展示給學(xué)生，讓學(xué)生體驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)知識(shí)思考問題的過程，實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的養(yǎng)成訓(xùn)練，發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維能力。［3］

（二）運(yùn)用信息技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐探究，落實(shí)學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)

教師重視學(xué)生參與和學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生利用計(jì)算思維解決生活中的實(shí)際問題，通過讓學(xué)生掌握如何指揮計(jì)算機(jī)，感受到計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，從這種感悟中體會(huì)計(jì)算思維的價(jià)值。例如算法設(shè)計(jì)，學(xué)校舉辦藝術(shù)節(jié)唱歌比賽，參賽選手得分是評(píng)分去掉一個(gè)最低分和一個(gè)最高分后的平均分，學(xué)生用計(jì)算思維來描述求解步驟。首先，學(xué)生累加求和找出最小值和最大值，用計(jì)算思維關(guān)注點(diǎn)分析的方法求出平均值；其次，累加求和變量S，最小值存放MIN，最大值存放MAX，最終得分存放DF，用計(jì)算思維對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象；最后，學(xué)生畫出算法流程圖構(gòu)造建模，上機(jī)編寫程序代碼調(diào)試驗(yàn)證。學(xué)生通過探究解決問題，親身經(jīng)歷感悟計(jì)算思維的魅力，有效落實(shí)計(jì)算思維，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的編寫興趣，體現(xiàn)信息技術(shù)課程的育人價(jià)值。圍繞計(jì)算思維的培養(yǎng)進(jìn)行教學(xué)模式的創(chuàng)新，從表面化教學(xué)向?qū)嵸|(zhì)性教學(xué)延伸，在學(xué)生自主探究過程中提高計(jì)算思維能力。［4］

（三）交流評(píng)價(jià)啟發(fā)創(chuàng)作，提高學(xué)生計(jì)算思維能力

依據(jù)思維理論，對(duì)于計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)該更關(guān)注學(xué)生思維層面的發(fā)展，在評(píng)價(jià)總結(jié)階段，科學(xué)合理的進(jìn)行自評(píng)、他評(píng)，不僅關(guān)注作品，更要關(guān)注學(xué)生在此過程中計(jì)算思維的變化。啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生再創(chuàng)作，同一個(gè)問題具有多種解決算法，做到一題多解，將思維得到進(jìn)一步的提升。學(xué)生逐步開拓自己的思維，大膽地進(jìn)行創(chuàng)作，作品完成度越來越高，有了前面的成就體驗(yàn)?zāi)軌蛴行判睦糜?jì)算思維的系列方法進(jìn)行分步聚解決，能夠利用關(guān)注點(diǎn)分析和分解能力、抽象和轉(zhuǎn)化能力、算法思維能力、評(píng)估和概括能力去解決問題，使得學(xué)習(xí)算法和程序設(shè)計(jì)不再是一件無聊和乏味的事情。學(xué)生提高概括能力，學(xué)會(huì)思維的遷移，真正將計(jì)算思維的能力內(nèi)化。

總之，高中信息技術(shù)課程教學(xué)依據(jù)學(xué)科的自身發(fā)展特征，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)課程育人價(jià)值，挖掘基于學(xué)科教學(xué)相關(guān)的計(jì)算思維，全面提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。通過提升教師的計(jì)算思維能力，設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)能力的課堂活動(dòng)，運(yùn)用支撐計(jì)算思維發(fā)展的課程體系，將培育計(jì)算思維落實(shí)到課堂上，融入到日常教學(xué)中。開展基于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式實(shí)踐，能提高學(xué)生的計(jì)算思維能力。