新課標(biāo)背景下信息技術(shù)教學(xué)中的計(jì)算思維培養(yǎng)

鐘玲

摘要：國家教育部2020年版《中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》的發(fā)布實(shí)施標(biāo)志著新一輪以計(jì)算思維培養(yǎng)為核心的信息技術(shù)課程教學(xué)改革勢在必行。本文通過闡述計(jì)算思維的基本內(nèi)涵，分析了新課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施下信息技術(shù)教學(xué)的新變化，指出計(jì)算思維是信息技術(shù)教學(xué)的核心任務(wù)，并提供了在信息技術(shù)課程一線教學(xué)中有效培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)實(shí)踐案例，以期為教育同行提供有效參考。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;信息技術(shù)教學(xué);課程標(biāo)準(zhǔn);核心素養(yǎng);教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）04-0085-02

隨著我國以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G等為核心的前沿信息技術(shù)的突破和發(fā)展，信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)深度融合對信息技術(shù)教育提出了新要求、新挑戰(zhàn)。國家教育部于2019年10月印發(fā)《中等職業(yè)學(xué)校公共基礎(chǔ)課程方案》，方案中規(guī)定中等職業(yè)學(xué)校公共基礎(chǔ)課分為必修課程、限定選修課程和任意選修課程，信息技術(shù)與思政、語文、歷史、數(shù)學(xué)、外語、體育與健康、藝術(shù)，物理、化學(xué)等10門課程為公共基礎(chǔ)必修課。2020年1月20日，國家教育部發(fā)布了信息技術(shù)、數(shù)學(xué)、體育與健康、物理、化學(xué)等5門公共基礎(chǔ)必修課的《中等職業(yè)學(xué)校課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱“2020年版新課標(biāo)”“新課標(biāo)”），新一輪以計(jì)算思維培養(yǎng)為核心的信息技術(shù)課程教學(xué)改革已掀開序幕。

1 新課標(biāo)明確：計(jì)算思維是信息技術(shù)教學(xué)的核心素養(yǎng)

1.1 計(jì)算思維的概念

美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授提出：計(jì)算思維（Computational?Thinking）是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解的思維活動⑴。計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動化，是數(shù)學(xué)思維、邏輯思維和工程思維的綜合。

1.2 新課標(biāo)界定的計(jì)算思維核心概念

2020年版新課標(biāo)指出：計(jì)算思維是指個體運(yùn)用信息技術(shù)的思想方法，在分析處理信息、解決問題過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。具有計(jì)算思維的學(xué)生，能夠運(yùn)用所學(xué)知識和技能， 采用信息技術(shù)可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立模型、組織數(shù)據(jù);善于運(yùn)用信息技術(shù)工具和信息資源，形成職業(yè)崗位與生活情境中的解決方案;總結(jié)信息技術(shù)應(yīng)用的方法與技巧，遷移運(yùn)用到相關(guān)問題的解決過程中。

1.3 計(jì)算思維是信息技術(shù)教學(xué)的核心任務(wù)

2020年版新課標(biāo)將計(jì)算思維與信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任一起明確列為中職信息技術(shù)教學(xué)的四個核心素養(yǎng)。四者相輔相成、相互滲透、辯證統(tǒng)一，其中計(jì)算思維是信息技術(shù)課程最本質(zhì)的特征和最核心的解決問題方法，處于核心地位。教師通過信息技術(shù)課程在培養(yǎng)計(jì)算思維過程中使學(xué)生逐步建立和提高信息意識、承擔(dān)信息社會責(zé)任的能力，計(jì)算思維能力也是學(xué)生進(jìn)行數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。

2 新課標(biāo)實(shí)施下信息技術(shù)教學(xué)的新變化

2.1 計(jì)算思維在信息技術(shù)課程中的內(nèi)容體現(xiàn)

2020年版新課標(biāo)將課程名稱由《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》修改為《信息技術(shù)》，在原有課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上增加了“程序設(shè)計(jì)入門”“信息安全基礎(chǔ)”和“人工智能初步”三個部分，在基礎(chǔ)模塊的基礎(chǔ)上增加了拓展模塊的課程內(nèi)容。新課標(biāo)基于中職學(xué)生的認(rèn)知水平，使信息技術(shù)課的教學(xué)內(nèi)容具有足夠的計(jì)算思維內(nèi)涵，順應(yīng)計(jì)算思維的發(fā)展規(guī)律，符合思維教育原則。

2.2 新課標(biāo)的實(shí)施對教師知識能力提出更高要求

新課標(biāo)實(shí)施下，信息技術(shù)教學(xué)要通過多樣化的教學(xué)形式培養(yǎng)中職學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)技能進(jìn)行獨(dú)立思考和主動探究的能力，不斷強(qiáng)化學(xué)生認(rèn)知、合作、創(chuàng)新能力，為其職業(yè)能力的提升奠定基礎(chǔ)。新課標(biāo)帶來的新一輪信息技術(shù)課程的教學(xué)改革勢在必行，教師需要主動更新專業(yè)知識和提升計(jì)算思維教學(xué)能力。

2.3 教師應(yīng)主動轉(zhuǎn)變觀念走出計(jì)算思維認(rèn)識誤區(qū)

1） 教師要有對學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維培養(yǎng)的主動意識

①教師要充分意識到計(jì)算思維培養(yǎng)對學(xué)生能力提升的重要性。②教師要主動掌握計(jì)算思維理論和計(jì)算思維方法，提高自身計(jì)算思維能力。③教師要從以往教學(xué)中無意識的計(jì)算思維訓(xùn)練轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸庾R的、主動的基于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)行為。

2） 計(jì)算思維培養(yǎng)的主體是學(xué)生而非計(jì)算機(jī)

計(jì)算思維是人的思維能力，計(jì)算機(jī)提供計(jì)算技術(shù)幫助人實(shí)施其思維能力。傳統(tǒng)的中職信息技術(shù)教學(xué)往往片面將計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力視作計(jì)算思維能力，注重于讓學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)本身，而不注重培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維。很多學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)考到了NCRE計(jì)算機(jī)等級證書，但往往只停留于機(jī)械地根據(jù)考試題目使用計(jì)算機(jī)而欠缺在實(shí)際生活和工作中靈活應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，更談不上具備應(yīng)用開發(fā)能力和創(chuàng)新能力。新課標(biāo)實(shí)施下，教師在信息技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計(jì)時應(yīng)將學(xué)生作為計(jì)算思維培養(yǎng)的中心和主體，不僅要注重理論知識、技術(shù)方法的教學(xué)，更要把對學(xué)生的計(jì)算思維意識、計(jì)算思維方法和計(jì)算思維能力的培養(yǎng)作為信息技術(shù)教學(xué)的重中之重。

3） 計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)面向全體學(xué)生

2020版新課標(biāo)將信息技術(shù)與思政、語文、歷史、數(shù)學(xué)、外語等10門課程列為公共基礎(chǔ)必修課，信息技術(shù)課程中的計(jì)算思維作為一種思維方式，同樣具有“公共”“基礎(chǔ)”“必修”的特點(diǎn)，計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)面向于全體學(xué)生而不應(yīng)像訓(xùn)練技能比賽選手那樣僅針對少數(shù)特長生個體。

計(jì)算思維與閱讀、書寫和算術(shù)一樣，是人的一種分析問題和解決問題的能力，對這種能力的培養(yǎng)應(yīng)面向全體學(xué)生而非部分優(yōu)秀學(xué)生。

4） 計(jì)算思維包括但不等同于算法思維

計(jì)算思維可以被分解為一系列的思維活動，包括分解、模式識別、抽象、算法思維、評估、遷移等思維活動。言及計(jì)算思維，容易使人首先聯(lián)想到編程教學(xué)。新課標(biāo)下的信息技術(shù)課程中也的確增加了“程序設(shè)計(jì)入門”的課程內(nèi)容，但教師應(yīng)認(rèn)識到計(jì)算思維包括但不等同于程序設(shè)計(jì)中的算法思維，計(jì)算思維的培養(yǎng)貫穿和體現(xiàn)于整個信息技術(shù)課程內(nèi)容的各個模塊之中。

3 新課標(biāo)實(shí)施下計(jì)算思維訓(xùn)練在信息技術(shù)課程中的教學(xué)實(shí)踐

2020年3月，國家教育部中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)研制組組長、北京交通大學(xué)博士生導(dǎo)師徐維祥教授采用在線視頻形式對全國各省市職教負(fù)責(zé)同志及骨干教師進(jìn)行了信息技術(shù)新課標(biāo)培訓(xùn)，2020版新課標(biāo)在全國范圍內(nèi)開始實(shí)施。筆者參加了培訓(xùn)后在信息技術(shù)課程的一線教學(xué)中基于計(jì)算思維培養(yǎng)進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。

3.1 案例1 借助思維導(dǎo)圖使計(jì)算思維可視化

在“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”知識點(diǎn)的教學(xué)中，教師結(jié)合學(xué)生所在專業(yè)（汽車整車配件與營銷）讓學(xué)生思考：要解決“開車上路”的問題（界定問題），需要什么條件？學(xué)生認(rèn)為：條件一“有車”、條件二“會駕駛”（抽象特征）。教師繼續(xù)提問：這兩個條件的關(guān)系是什么？引導(dǎo)學(xué)生表述“有車但不會駕駛、會駕駛但沒有車，都不能讓汽車開動起來”“有車、有駕駛技術(shù)和交通法規(guī)知識才能開動汽車”（建立模型）。接著教師將計(jì)算機(jī)硬件類比為汽車，將計(jì)算機(jī)軟件類比為駕駛汽車的技術(shù)（類比分析法），引導(dǎo)學(xué)生表述計(jì)算機(jī)硬件與軟件的關(guān)系。學(xué)生思考后得出，“只有硬件沒有軟件、只有軟件沒有硬件，都不能讓計(jì)算機(jī)開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來”（邏輯化組織數(shù)據(jù)）、“和開動汽車一樣，要讓計(jì)算機(jī)工作，必須要同時有硬件和軟件”（遷移運(yùn)用），從而理解了“一個完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成”的知識，并自然而然地畫出了“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”概念的思維導(dǎo)圖（形成解決方案）。

3.2 案例2 通過項(xiàng)目任務(wù)滲透計(jì)算思維教育

在Excel電子表格中的“Rank（）函數(shù)”知識點(diǎn)的教學(xué)中，教師制作了微課視頻，學(xué)生課前觀看以后對Rank（）函數(shù)的功能、結(jié)構(gòu)有了初步的知識準(zhǔn)備，課上教師結(jié)合每年的學(xué)校運(yùn)動會，提出項(xiàng)目任務(wù)要求：統(tǒng)計(jì)運(yùn)動會各班比分排名（界定問題）。教師將全系各班參加的所有運(yùn)動項(xiàng)目、得分等數(shù)據(jù)提供給學(xué)生，由學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)建立一張Excel “運(yùn)動會比賽得分表”（組織數(shù)據(jù)）。學(xué)生在教師引導(dǎo)下，經(jīng)過討論確定了：

1）? 手工排名工作煩瑣、耗時長且容易發(fā)生錯誤，應(yīng)當(dāng)借助計(jì)算機(jī)來完成，運(yùn)用Excel中的Rank（）函數(shù)可以解決排名的問題（建立模型）;

2） 排名函數(shù)Rank（）的結(jié)構(gòu)是Rank（數(shù)值 ， 數(shù)據(jù)范圍 ， 排名順序） ，其間需要確定三個參數(shù)（問題分解）;

3）參數(shù)一 “數(shù)值”是各班的總比分，參數(shù)二“數(shù)據(jù)范圍”是所有班級的總比分（數(shù)據(jù)），參數(shù)三 “排名順序"應(yīng)是由高到低“降序”（抽象特征）;

4） 允許出現(xiàn)因得分相同而發(fā)生并列排名的情況（數(shù)據(jù)冗余性）;

5） 第一步用項(xiàng)目得分乘以項(xiàng)目分值再求和的公式求出“數(shù)值”，第二步選取“數(shù)據(jù)范圍”，第三步將“排名順序”設(shè)為0（算法設(shè)計(jì)）;

6） 當(dāng)數(shù)據(jù)表中各班得分隨著比賽項(xiàng)目的進(jìn)行而發(fā)生改變時，排名會自動發(fā)生改變（自動化）。

學(xué)生通過上機(jī)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)要通過復(fù)制公式實(shí)現(xiàn)自動化計(jì)算排名的計(jì)算，必須通過絕對地址引用使“數(shù)據(jù)范圍”固定不變（舊知識的遷移運(yùn)用），從而補(bǔ)充了算法設(shè)計(jì)的第四步將“數(shù)據(jù)范圍”用F4設(shè)置為絕對地址并向下填充公式（形成解決方案）。

4 結(jié)束語

人的三大思維由實(shí)驗(yàn)思維、理論思維、計(jì)算思維構(gòu)成，計(jì)算思維培養(yǎng)的重要性不言而喻。國家教育部2020年版《中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》的發(fā)布實(shí)施標(biāo)志著新一輪以計(jì)算思維培養(yǎng)為核心的信息技術(shù)課程教學(xué)改革勢在必行。新課標(biāo)的實(shí)施將逐步扭轉(zhuǎn)中職信息技術(shù)教育重理論、重應(yīng)用、重考證，輕思維能力培養(yǎng)、輕信息化與專業(yè)化融合能力培養(yǎng)的現(xiàn)狀，對于中職學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)有著重要的指導(dǎo)和引領(lǐng)作用。

通過計(jì)算思維培養(yǎng)幫助學(xué)生能利用計(jì)算思維和計(jì)算機(jī)工具去分析解決專業(yè)學(xué)習(xí)中遇到的問題，幫助學(xué)生在數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新過程中培養(yǎng)獨(dú)立思考和主動探究能力，從而不斷強(qiáng)化認(rèn)知、合作、創(chuàng)新能力，為職業(yè)能力的提升奠定基礎(chǔ)，是在信息技術(shù)教學(xué)實(shí)踐過程中需要不斷積極思考和研究的課題。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】