基于中學信息技術課培養學生計算機思維的實踐研究

伍自鵬 王燕 黃瑩

摘? ?要：文章從數據處理概念產生的歷史背景出發，分析了有關研究的現狀和發展，提出了基于Python語言學習的計算機相關問題解決模型的高技術教育計劃實施策略，該策略的核心是通過研究學生的現實生活問題，培養和發展學生的計算機思維，解決信息技術教學工具和碎片化的問題，將其他學科與深化信息技術相結合。

關鍵詞：中學信息技術;計算機思維;培養實踐

在如今的信息社會中，學生的信息技術知識，特別是他們思考計算機的能力，已經成為他們未來職業生涯中最重要的先決條件之一。培養和發展學生的計算機思維，以迎接21世紀信息技術的挑戰。計算機思維的提高是一種長期的學習、實踐和經驗積累，一門或多門課程是無法完成的;而高校信息技術教學是系統培養學生計算機思維、適應計算機思維的重要途徑之一;高校信息技術教學領域的重大變革和教育目標的實現，已成為信息技術領域研究者和教師的重要課題。

1? ? Python語言特點與教學價值

當前的信息技術教育反映了與信息技術關鍵概念相關的理論部分，主要是在課堂或程序設計中，以應用為重點的內容則輔之以特定的軟件工具和實踐訓練。它們之間沒有緊密的聯系，但它們構成了信息技術培訓計劃中最重要的部分。這也是信息技術教育工具化的主要原因之一。多年的信息技術教學實踐表明，信息技術課程教育與培訓的程序化不能被學生的計算機思維訓練所取代。Python語言具有語法簡單、開源、跨平臺、可擴展性強等特點以及許多強大的應用擴展帶。它是一種名副其實的“膠水語言”，在許多領域（如可視化、生物信息學、大數據分析等）都被用作主流應用程序的首選開發語言，特別是在高中使用Python語言。從應用程序級別來看，Python有大量不同的庫/框架，使開發人員能夠用相對較小的代碼填充令人印象深刻的準專業程序。例如，pyGame框架可以用來編寫2D游戲，GTK庫可以用來創建窗口程序，Django框架可以用來設計Web程序，Kivy可以用來創建Android程序，numpy和Matplotlib可以用于任何科學數據處理，panda和D3庫都可以用于數據可視化，opencv（simplev）可以用來創建機器透明度的高級應用程序，scikit可以學習開發專業的機器學習機會，ArcGIS可以用來構建具有大量專業庫和支持移動設備的地理信息系統（Geographic Information System，GIS）程序，學生有機會利用信息技術發現、分析和解決生活和學習中的實際問題，這是實現培養計算機思維目標的關鍵。

2? ? ?中學信息技術教學中存在的問題

近年來，隨著科學技術和計算機技術的飛速發展，計算機已逐漸影響社會的各個領域。因此，我國從小學就開始實施計算機教育，并引入信息技術學科來培養學生的計算機思維。在信息技術專業教育的背景下，以下幾個方面逐漸成為一個新的課題：

（1）當前信息技術專業學生對計算機教育的興趣較低。在沒有計算機思考的情況下，在日常的聽力中，存在一種他們無法理解的情況。從長遠來看，存在學生不感興趣的情況。

（2）由于目前的計算機教育還沒有建立良好的互動學習方法，教師通常采用“灌輸式”的教學方法，讓學生聽。在這種方法的應用中，不僅不能保證學生的主體地位，還不利于學生計算機思維的培養和提升。

（3）學生的計算機思維不好。在計算機教育的早期階段，教師忽視了對學生進行計算機思維的培養，學生沒有得到計算機思維或效果不好。其結果是學生在后續的計算機教育中無法遵循教學原則，無法達到計算機教育的目的。

3? ? 中學信息技術課培養學生計算機思維的實踐方法

3.1? Python重構信息技術教學

數據思維側重于描述和解決問題過程中的信息處理。從這個角度看，數據思維可以理解為解決信息處理問題時的一種思維方式。編程語言可以看作是描述數據處理過程的形式語言，而程序設計是以信息活動為基礎的（數據處理也是一種推理），程序設計語言/程序設計通過表示/解決信息處理問題的功能對應于抽象/邏輯在解決數學問題中的表示和推理。

3.2? 分層次互動學習

因為計算機知識點是抽象和復雜的，不同層次的互動式學習教學方法對學生的學習有很大的幫助，能促進學生對數據點的理解掌握。在分層互動教育過程中，通過提問、對話等方式使學生相互交流，確保學生能夠充分調動他們的計算機思維;在互動學習中，教師也可以根據不同學生的不同能力和興趣，建立起不同程度的課前任務或者課后補習以滿足學生的需要。

3.3? 創新教學手段

在中學信息技術背景下，文章提出運用創新的教學方法培養學生的計算機思維能力。目前，計算機教育中經常采用傳統的“灌輸式”教學方法，教師可以更新自己的教學方法和模式，通過技術動畫和實例來提升學生對計算機教育的興趣，進而充分調動學生的計算機思維，進行培訓和升級。

4? ? 結語

早期的實踐表明，基于Python環境和計算機思維的高等教育信息技術教育重構是必要的，也是可行的。無論是觀念、實踐還是資源，存在的主要問題是信息領導能力不足、信息技術教育缺乏普遍重視、信息技術教師知識體系需重建、缺乏一個本地化的中文Python平臺等，目前還沒有針對測試計算和信息技術核心知識教學的評價體系，這是主要問題。計算機思維不能代替傳統思維，也不能代替學生對創新思維的整體培養。必須將計算機思維納入更廣泛的方法中，如系統思維和設計思維;隨著新課程標準的頒布，各種道德修養和核心知識培訓措施的實施，計算機素養和程序設計必將超越信息技術這個學科，在教育和培訓中發揮更大的作用。