基于高中信息技術核心素養的計算思維的培養

鄭曉東

摘? ?要：在高中信息技術課程中，核心素養是學生終身發展和社會需要的必備品格和關鍵能力。計算思維是運用數據結構算法，結合人類的思維特點，對計算機科學技術進行問題求解的思維活動，深度挖掘計算機科學技術上的廣度和深度。高中學生面對信息技術課程，特別是程序設計中的算法問題，要充分利用思維分解、數據結構等計算思維方法進行分析求解。教師要根據高中信息技術課程的三維目標，和學生實際情況，對信息技術課程中有關計算思維的內容進行教學設計與實施，提升學生的課堂積極性與計算思維能力。

關鍵詞：信息技術;核心素養;計算思維

時代高速發展，信息技術日新月異，計算機技術的應用與人們的生活越來越密不可分，國家的發展和科技的進步，也越來越依賴于計算機技術的發展，而核心素養是計算機科學發展的基礎，計算思維是計算機科學發展的基石。因此，如何讓高中學生具有良好的計算思維的技能，也是當前信息技術中核心素養培養的重要組成部分。2017新版《普通高中信息技術課程標準》明確提出：信息技術學科核心素養由信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四個核心要素組成[ 1 ]。培養學生在高中信息技術課程中計算思維能力，也是衡量學生綜合素質水平的重要指標，對國家計算機高端人才的培養，也起了積極的引導作用。

計算思維是運用數據結構算法，結合人類的思維特點，對計算機科學技術進行問題求解的思維活動，深度挖掘計算機科學技術上的廣度和深度 。要求學生利用合理的算法，分析、判斷，解決高中學生在實際生活中遇到的抽象問題。在信息技術的課堂上，充分應用各種合理的教學策略，有針對性地設計一些計算思維的教學任務，對學生的計算思維能力的培育，將起到事半功倍的教學成效。針對當前的信息技術核心素養的培養，對高中學生的計算思維能力的培養，可從以下幾方面進行。

1? 核心素養是根基，計算思維是核心

高中信息技術的核心素養主要是學生素養，是學生在信息技術方面的核心能力和必備品質，要有很強的社會的責任感，能夠敏銳地感受信息的變化，對信息進行預期剖析，為解決問題的方法提供參考。高中的計算思維是學生運用計算機的科學領域的思維方法，對在學習信息技術的過程中，注重培養數據研究，合理應用結構算法，對數據進行整合和處理。信息技術是利用計算機，互聯網，數據分析和應用算法，處理信息技術社會中經濟數據和生產力變革，加快了全社會范圍內的信息技術的技術創新，推動社會的信息化，智能化的發展，催生出虛擬現實空間并存的信息社會。

2? 課堂教學是計算思維培養的基地

計算思維是高中學生信息技術必備的思維創新能力，課堂教學是教師引導學生，深度挖掘自己計算思維能力的重要學習場所。計算機科學算法思維的培養需要教師精心設計課堂教學目標、應用各種教學策略和教學評價，合理應用各種教學資源，重視以學生為主體的思維活動。

2.1? 靈活應用各種教學方法是計算思維培養的有效途徑

教師要根據信息技術學科的特點、學生的學情等實際情況，以及最終要達到的教學目的，選擇一種適宜的教學策略，讓學生的計算思維得到系統的，科學的，有效的訓練。要達到此教學目的，首先要根據高中學生的實際情況，結合高中信息技術的新課標，合理制定出各模塊的三維目標，總結出新課標中計算思維算法培養的體系結構;其次，靈活應用高中信息技術，特別是程序設計中結構算法的教學策略，應以學生為主體，教師為主導，應用任務驅動法，小組討論等螺旋式的教學，總結高中信息技術計算思維拓展的教學規律，并對相關的知識結構進行遷移應用;第三，計算思維的培育也要結合高中學生的學情，特別是思維習慣，教師要根據不同學生的實際情況，分層設計出不同的教學任務，讓不同層次的學生對同一知識點有不同層次的理解方法，在思維的培養上采用不同的策略和方法，讓學生思維的嚴謹性和邏輯性都得到很好地提高。

2.2? 精選案例是計算思維培養的關鍵

學生計算思維培養的主要場所是在課堂，教師必須精選能促進學生思維培養的精典案例，讓學生在有限的課堂時間上進行剖析、體驗，使學生的思維算法得到挖掘。如：加工生產流水調度，要使時間最短，實際就是讓機器的空閑時間最短，一臺機器在加工過程中，有可能要等待另一臺機器。為了讓機器空閑時間最短，教師可引導學生討論、分析，利用貪心算法，設Mi=min{ai， bi}，將M按照從小到大的順序排序;然后從第1個數開始輸入數據計算，若Mi=ai，則將它排在從頭開始數據的后面，若Mi=bi，則將它排在從尾開始數據的前面。讓學生編寫程序進行模擬、利用數據進行測試，找出最短時間點，學生在模擬測試的過程中，讓學生在小組討論，提供創設情景、分析討論、反饋評價，學生應用已有的算法加以解決問題，提高自己計算思維的能力。

3? 拓展高中信息技術課中有關計算思維的教材內容

計算思維的培養是高中信息技術新課標的的重要內容，整個教材的設計是模塊化的，思維方式是螺旋上升的，教材的活動內容聚焦信息技術核心素養，以人為本，立德樹人，注重自主創新，關注學生的認知、差異，促進高中學生終身學習的個性發展，教材中對思維算法分析可再深入挖掘，讓教材體系更加完美，學生的思維活動方式得到更多地挖掘。

3.1? 信息學奧賽課程融入校本課程

信息學奧賽的課程中部分算法，可融入高中信息技術教材中部分的項目活動，它的內容很多都是跟我們的生活密切相干的，學生在解決問題的同時，可利用計算思維、數據算法進行剖析、研討，找到突破問題的缺口。例如：現在很多學生都很喜歡玩游戲，而游戲都是利用一些算法，用程序編輯出來的，例如：貪食蛇游戲，可讓學生根據自己能力開發一些小游戲，并對游戲的功能進行改善，這樣，學生學習信息技術的興趣得到培養，思維能力也得到拓展，計算思維能力也提升。

3.2? 開發人工智能的課程

隨著現在科技的快速發展，人工智能領域的研究也在不斷上升，越來越多的前沿學術研究都已將目光和戰略轉移到了人工智能領域，高中信息技術課程中融入人工智能課程，能夠全面培養學生的信息學科素養，體驗專家級別的解決問題的新思路，培養學生創新型的新思維。在課程活動中，教師要考慮如何將人工智能的陳述性知識轉化為學生能夠解決問題的程序性知識。例如：網絡爬蟲，教師可以讓學生先體驗一下大數據下人工智能，應用算法分析，讓學生建立起科學的思維概念，利用人工智能解決現實中的問題，對拓展計算機科學技術領域的算法有重要意義。

3.3? 構建基于信息技術核心素養的計算思維的評價體系

信息技術的核心素養的培養是信息技術教學中的重要內容，計算思維能力的培養是核心素養培養的重要環節，培養學生思維算法要從信息技術思維層、問題解決層加以突破，它是作為教學評價的依據，強調普遍高中教育是在義務教育基礎上，進一步提高國民素質，面向大眾的基礎教育。課堂評價是以高中信息技術學科核心素養的分層結構為基礎，應用多元化的層次模型記錄、采集學生的學習過程，及時分析學生的學習情況的數據，同時改良教師的教學策略，完善學生評價體系，重視情景中評價和整體性評價，評價模式支持學生自主學習和合作探究，應用數字化思維模式解決問題，促進基于項目的學習，完善知識結構標準化測試和上機操作測試相結合的學業評價，針對專業能力較強的學生，可制作成案例分析成果論文或研究性報告。

3.4? 落實高中信息技術課程的核心素養培養

核心素養的培養是社會進步的需求，是技術發展的必然，學生現狀的需要，和諧社會的選擇。在深度剖析數據與信息的基礎上，應用數據與算法，體現數字化的學習過程，認識到信息系統運用過程中存在的很多不確定性，通過設計與主題有關的綜合實踐活動，體驗數據傳輸的工作過程，認識數據結構算法的優劣和傳統數據組織形式的局限性，分析數據特點與計算模塊結構，剖析項目與任務驅動的差異，了解到數據是四大核心概念之一，體會到信息社會責任感的重要性和融合性。提高學生的核心素養是信息社會必備的人文素養。

綜上所述，計算思維能力的培養是高中信息技術課程的重要內容，是抽象、螺旋上升的思維活動，是學生必須具備的基本能力。核心素養是學生，特別是高中學生終身學習和社會需求的核心素養，在高中信息技術的課堂組織教學的過程中，教師必須承擔起有效、快速培養學生計算思維能力的重任，兼顧學生的核心素養，精選算法案例，利用思維的遷移，靈活應用各種有效的教學方法和策略，將信息技術的課堂情景和學生的思維活動融為一體，應用計算思維解決問題，培養學生算法能力，對學生適應未來科技，推動信息社會的發展有重要的作用。

參考文獻：

[1]中華人共和國教育部.普通高中信息技術課程標準[S].北京：人民教育出版社，2017.