基于計算思維培養的高中信息技術必修模塊教學策略

林方東

人類邁入信息社會已久，信息技術已經在社會生產生活中發揮著巨大的作用，信息素養成為未來合格公民必須具有的基本素養。教育部信息技術學科課程標準的頒布以來，對作為信息技術學科核心素養四個要素之一的計算思維的理解，以及在教學中如何滲透計算思維的訓練，許多學者有不同見解。為此，本文基于計算思維的培養和信息技術必修模塊教學問題的探究具有較大價值。

一、對計算思維的意義和內涵的理解

計算思維最初是由卡耐基梅隆大學的周以真教授提出，它是“運用計算機科學的思維方式來完成問題求解、系統設計、以及人類行為理解等一系列的思維活動”，是一種用從計算機角度來看待問題、解決問題的思維。類似的，教育部2017版新課標中對計算思維的概念是“指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動”。這是對周以真教授的觀點的另一種解讀，計算思維實際上吸取了數學和工程的思維方法，是學科核心素養系統的核心及關鍵要素，影響著信息意識、數字化學習與創新、以及信息社會責任這三個要素發展的質與量，決定了學生學科核心素養的發展水平。

計算思維的內涵在于，具備計算思維的學生，在信息活動中能夠采用計算機可以處理的方式界定問題，抽象特征、建立結構模型，合理組織數據；通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法形成解決問題的方案；總結利用計算機解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關的其他問題解決中。因此計算思維是一種普適的思維方式，重在解決問題過程中，對問題的形式化、模型化、自動化、和系統化的能力，但不少教師把計算思維局限于算法思維，談計算思維則必提程序設計，這是一種片面的觀點。

高中階段學生已經建構起豐富的知識儲備，思維活躍，是計算思維形成的關鍵時期。信息技術必修模塊作為初高中信息技術教學內容銜接的載體，同時也是學習選修模塊的基礎，起著承上啟下的作用。因此有必要在在有限的學習時間內，高效率地進行計算思維鍛煉。

二、基于計算思維訓練的教學策略

1.充分挖掘教材內容中的簡單計算思維訓練 基于對計算思維內涵的理解，教師要善于從教材中尋找能夠進行計算思維訓練的教學內容。例如，在數據信息加工單元教學中，在解決“運用計算機讓數據信息可視化”這一過程的思維活動，就是簡單計算思維的體現。這里面包括對數據源的理解、對不同圖表應用于不同場合的理解、對圖表形狀配色方案的理解等諸多思維活動，這些活動都是圍繞利用計算機解決數據可視化的問題。雖然這些思維的難度和深度相比程序設計過程中的形式化思維、模型化思維而言是簡單的，基礎的，但這些簡單基礎的問題在各個單元的學習中都能遇到，在整個必修模塊學習中更具有普遍性。應該充分挖掘教學內容中的這類普遍存在的計算思維訓練，并在教學過程中給學生以點播總結，使之形成學習遷移能力，真正內化為學生的信息素養。

2.善于創設問題情境來培養提出問題的能力從而鍛煉計算思維 計算思維是個體利用計算機科學范疇內的思想方法來尋求解決方案過程所形成的思維活動，在這樣的思維活動中，提出問題往往比解決問題更加重要，因此學生應具有突出的問題意識。而問題意識可以鍛煉計算思維，有利于創新活動的進行。但問題并非無本之木，它通常隱藏在具體情境之中。為此在具體的教學過程中，我們應聯系學生實際創設適宜的問題情境，這種問題情境應與高一學生的認知能力和學習能力發展水平相接近，使學生通過適當程度的努力就能得到結果。又要貼近學生生活，更容易吸引學生興趣，借此激發他們的問題意識。通過學生對具體情境中的對提出問題能力的培養，使其能夠自主發現、探究與解決問題，進而在解決情境問題的過程中得到計算思維的鍛煉。

3.科學設計課堂活動以強化解決問題的能力從而鍛煉計算思維 計算思維涵蓋算法思維、評測評估、細化分解、抽象和總結概括等不同思維。我們在開展信息技術必修模塊的教學活動時，可聯系教學內容圍繞計算思維的特定思維培養來組織教學，借此增強信息技術運用能力，鍛煉計算思維。以“編程解決問題和智能信息處理”章節教學為例，教師可設計經由編程完成“小球的斜拋運動”的趣味活動，利用算法思維將問題劃分成規律的、完整的、可執行的步驟，引導學生在實際解決問題的過程中探索順序、選擇與循環結構的基本特點，經由小組學習尋求解決問題算法，感受程序設計的一般過程，掌握程序設計的主要方法，增強學生解決問題的能力訓練。另外，還可設計并組織倒計時和選課系統等充滿趣味性和實用性的課堂活動，有效培養學生依托程序設計解決不同問題的能力，在這些課堂活動中，以項目學習的方式，立足于解決項目問題的過程，從而強化計算思維的訓練，并在潛移默化中完成計算思維的訓練。

4.從計算機底層原理出發通過數理邏輯基礎引導計算思維鍛煉 高一學生已經掌握了一定的數學和物理基礎知識，而計算機科學是建立在現代數學和物理學發展基礎上的產物。通過增加對基礎數字邏輯電路的講解，讓學生對計算機運行的基本原理有一定的感性認識，有助于學生建立從計算機硬件角度處理問題的思維方式。計算機科學是建立在近現代無數科學家的研究成果上的，因此它蘊含了大量的科學思維邏輯，從這些科學思維邏輯中形成了計算機科學的基本概念、基本方法，是這些思維造就了計算機科學，這些思維是計算機的精華和靈魂。馮諾依曼的計算機體系結構和圖靈的圖靈機理論，還有信息學奠基人香農等計算機科學史上的巨人在計算機誕生的過程中所發揮的作用，可以給學生帶來對科學巨人的敬仰和奮斗目標，激發興趣，通過對這部分歷史的介紹，也能讓學生了解計算機硬件的發展歷程，從而讓學生從計算機運行的本質角度思考問題，從而達到鍛煉計算思維的目的。

5.善于在教學評價中驗證學生計算思維能力水平 教學評價有助于我們對課堂教學效果進行評價反思。在教學評價中，增加對學生計算思維訓練效果的可操作的驗證方法。在某個教學內容結束后，要求學生根據教師的演示、推理、設計等步驟進行類比，重復教師課堂上的思路，解決教學評價中提出的問題。如果學生能以教師一樣的方法，將自己對形象化問題的理解進行形式化的表述，能夠通過把復雜的問題分解成關鍵步驟，并將這些關鍵步驟用模型化的方式組織起來，形成對關鍵步驟之間相互關系的一種理解，那么這也就意味著他們已經掌握了解決當堂問題的思維方法，能對課堂所學知識進行遷移和重新建構。這樣便能在教學評價過程中很好地驗證學生對學習內容是否真正理解，從而驗證學生是否真正得到計算思維的鍛煉。

結語：基于對學生的信息技術學科核心素養水平參差不齊的認識，以及對計算思維意義和內涵的認識，我們提出了在高中信息技術必修模塊的學習過程中應該注意到的五個可以鍛煉計算思維能力的教學策略，通過對這些教學策略在具體課堂教學過程中的不斷實施和驗證，可以總結如何在必修模塊中形成解決計算機科學問題的關鍵能力，為高中信息技術學科核心素養在教學過程中的滲透提出解決方案。