計(jì)算思維在初中信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用研究

【摘 要】計(jì)算思維是一種系統(tǒng)性的思維模式，新課標(biāo)基本要求中，其已成為四項(xiàng)核心素養(yǎng)之一。在初中信息技術(shù)教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，對(duì)于提高學(xué)生的分析問(wèn)題能力、創(chuàng)新能力和自我發(fā)展能力具有重要意義。本文從計(jì)算思維的概念入手，分析了計(jì)算思維的本質(zhì)和價(jià)值，對(duì)計(jì)算思維的內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并結(jié)合初中信息技術(shù)教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的策略方法進(jìn)行了探索。

【關(guān)鍵詞】初中;計(jì)算思維;信息技術(shù);教學(xué)方法

【中圖分類號(hào)】G633.67? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A? 【文章編號(hào)】1671-8437（2021）34-0040-02

新時(shí)代，信息技術(shù)的飛速發(fā)展，改變了人們的生產(chǎn)和生活方式。尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷更新?lián)Q代，在改變信息傳遞方式的同時(shí)，也在改變教育方式，對(duì)人才培養(yǎng)提出了新的要求。《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》首次提出了信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會(huì)責(zé)任四項(xiàng)核心素養(yǎng)，計(jì)算思維在其中占據(jù)了極其重要的地位。由此可見(jiàn)，在初中信息技術(shù)教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，成為了教師必須面對(duì)和解決的問(wèn)題。

1? ?計(jì)算思維的本質(zhì)和價(jià)值

1.1? 計(jì)算思維的內(nèi)涵分析

計(jì)算思維不是單純的計(jì)算能力，而是運(yùn)用計(jì)算機(jī)的能力，是一種思維過(guò)程，最早由周以真教授提出。有人說(shuō)計(jì)算思維就是讓人像計(jì)算機(jī)那樣去思考，其實(shí)這樣的說(shuō)法是比較片面的。因?yàn)椋?jì)算思維是概念化的抽象思維，是人類特有的思維模式，是一種思想;計(jì)算機(jī)并沒(méi)有思維活動(dòng)，它是模擬人的思維過(guò)程對(duì)信息進(jìn)行機(jī)械化處理的物化存在，而且計(jì)算機(jī)處理信息的過(guò)程只是計(jì)算思維中的特定的部分活動(dòng)[1]。

1.2? 計(jì)算思維的價(jià)值分析

思維是人類智力的核心部分，人類只要有思維就能產(chǎn)生創(chuàng)造力，但是人類思維分為多個(gè)方面。而計(jì)算思維作為一種系統(tǒng)性思維模式，是促進(jìn)人類創(chuàng)新發(fā)展的源泉，所以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維意義非凡。一是能提升學(xué)生分析問(wèn)題的能力。分析問(wèn)題是解決問(wèn)題的前提，人類已進(jìn)入信息化時(shí)代，隨著信息技術(shù)載體的不斷擴(kuò)展，人們?cè)趯W(xué)習(xí)、生活、工作中被各種信息所包圍，對(duì)這些信息進(jìn)行分析，以抓住這些信息背后的本質(zhì)，成為人們適應(yīng)社會(huì)生活的基本能力，而計(jì)算思維作為一種系統(tǒng)的思維模式，對(duì)于提高人們的分析能力具有重要意義。二是能提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。信息技術(shù)時(shí)代社會(huì)發(fā)展日新月異，而一個(gè)缺乏創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)的人很難跟上時(shí)代的節(jié)奏。而計(jì)算思維的根本在于創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，可以在潛移默化中強(qiáng)化學(xué)生的推理和創(chuàng)新意識(shí)，并在不斷訓(xùn)練中提高其創(chuàng)新能力。三是能提升學(xué)生的自我發(fā)展能力。人類只有適應(yīng)社會(huì)才能實(shí)現(xiàn)自我發(fā)展，才能最終服務(wù)于社會(huì)。在信息時(shí)代，面對(duì)紛繁復(fù)雜的社會(huì)環(huán)境，只有提升學(xué)生的計(jì)算思維能力，才能促進(jìn)學(xué)生自我發(fā)展，才能提升學(xué)生在信息社會(huì)的生存能力[2]。

2? ?計(jì)算思維的系統(tǒng)組成

通常認(rèn)為分解思維、模式識(shí)別、抽象思維、算法設(shè)計(jì)是計(jì)算思維的系統(tǒng)組成。但筆者認(rèn)為培養(yǎng)計(jì)算思維的目的在于培養(yǎng)人的創(chuàng)新意識(shí)和發(fā)展理念，因此在分解思維、模式識(shí)別、抽象思維、算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上應(yīng)當(dāng)將概括思維納入計(jì)算思維概念進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]。

2.1? 分解思維

分解思維是指將正在研究的某一事物按照一定的邏輯進(jìn)行合理分解，也就是將整體分解為部分，將復(fù)雜問(wèn)題層層解剖，化解為不同模塊，目的在于在模塊化解剖過(guò)程中找到解決問(wèn)題的關(guān)鍵方式，這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。由此可見(jiàn)，分解思維是計(jì)算思維的基礎(chǔ)和前提。

2.2? 模式識(shí)別

模式識(shí)別本質(zhì)上是對(duì)被識(shí)別事物或現(xiàn)象進(jìn)行的分析和界定，分析和界定的內(nèi)容即各種形式的信息，界定的方式是對(duì)信息進(jìn)行描述、辨認(rèn)、分類和解釋。理論上講，模式識(shí)別涉及生物體感知對(duì)象的基本方式，以及運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模式識(shí)別的理論和方法。而計(jì)算思維視角下的模式識(shí)別主要是指根據(jù)人們的思維認(rèn)識(shí)，通過(guò)一定的理論方法，對(duì)模塊化的客觀事物進(jìn)行快速有效的識(shí)別[4]。

2.3? 抽象思維

抽象思維是認(rèn)識(shí)的高級(jí)階段，是人類理性地對(duì)客觀世界本質(zhì)的反映。通過(guò)利用抽象思維分析事物，人們可以獲取深層次、規(guī)律性的內(nèi)容，并通過(guò)分析、綜合、比較，抽取出深層次內(nèi)容的本質(zhì)屬性，剔除非本質(zhì)屬性，進(jìn)而把握事物發(fā)展的客觀規(guī)律。可以說(shuō)抽象思維是解決問(wèn)題的關(guān)鍵，也是計(jì)算思維的關(guān)鍵，在整個(gè)計(jì)算思維系統(tǒng)模式中發(fā)揮著承上啟下的作用。

2.4? 算法設(shè)計(jì)

本質(zhì)上講，算法是解決問(wèn)題的方案，也就是用一定的方法把解決問(wèn)題的方案準(zhǔn)確完整地表現(xiàn)出來(lái)。算法作為解決問(wèn)題的策略機(jī)制需要考慮兩個(gè)方面的因素，一是算法要沒(méi)有缺陷，否則將無(wú)法解決問(wèn)題;二是算法要合理，否則可能無(wú)法以最優(yōu)的方式解決問(wèn)題。

2.5? 概括思維

概括思維實(shí)際上是類推思維的表現(xiàn)，是人們通過(guò)綜合和比較，把抽象思維獲得的事物的本質(zhì)特征推廣到同類事物上的過(guò)程。概括是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要方法，是通過(guò)對(duì)一定范圍事物的特征進(jìn)行總結(jié)分析，進(jìn)而類型化到其他具有相同或相似特征的事物，實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)的升華。在計(jì)算思維系統(tǒng)中，概括思維是目的，是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的必然要求和根本所在。

3? ?初中信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的策略

3.1? 情境——引導(dǎo)學(xué)生分解問(wèn)題

俗話說(shuō)，好的開(kāi)端是成功的一半。對(duì)于一節(jié)課而言也是一樣，在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境來(lái)導(dǎo)入，效果良好。如有的教師在講解Excel數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的時(shí)候會(huì)拿圖書(shū)館藏書(shū)的數(shù)據(jù)來(lái)練習(xí)，這時(shí)教師就可創(chuàng)設(shè)捐書(shū)或是購(gòu)書(shū)的情境。接著把話題巧妙地轉(zhuǎn)移到捐書(shū)或是購(gòu)書(shū)的數(shù)據(jù)上，為后面的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的教學(xué)做鋪墊。但是有的教師沒(méi)有創(chuàng)設(shè)情境，直接出示一張捐書(shū)統(tǒng)計(jì)表，要求學(xué)生計(jì)算捐書(shū)的總數(shù)、平均數(shù)等。這樣的方式往往讓學(xué)生感到很突兀，學(xué)生雖然能按照教師講解的方式去完成任務(wù)，但是卻不明白計(jì)算這些數(shù)據(jù)有什么用，下課后往往也不會(huì)在意課堂上學(xué)了什么。而教師如果創(chuàng)設(shè)一個(gè)捐書(shū)的情境，這樣在計(jì)算捐書(shū)的總數(shù)、平均數(shù)時(shí)學(xué)生就會(huì)有意識(shí)地關(guān)注捐書(shū)總數(shù)夠不夠，哪些班級(jí)捐得多，哪些班級(jí)捐得少，進(jìn)而考慮哪些書(shū)籍受歡迎，哪些書(shū)籍比較匱乏等問(wèn)題。這是計(jì)算思維中分解思維的體現(xiàn)。

3.2? 合作——多角度探究問(wèn)題

小組合作是一種很好的學(xué)習(xí)方式，在這過(guò)程中學(xué)生互相幫助、取長(zhǎng)補(bǔ)短，可以有效提高課堂的學(xué)習(xí)效率。同一個(gè)問(wèn)題，觀察的角度不同，見(jiàn)解往往也不同，在小組中，把大家的意見(jiàn)模型化，就能夠形成新的認(rèn)知。如在教學(xué)“形狀補(bǔ)間動(dòng)畫(huà)”時(shí)，教師可以給學(xué)生播放用Flash制作的魔術(shù)表演。看完表演以后教師讓學(xué)生進(jìn)行小組討論，說(shuō)一說(shuō)看到了幾個(gè)魔術(shù)表演，都變了些什么。有的學(xué)生說(shuō)看到了圓形變長(zhǎng)方形，有的說(shuō)看到了長(zhǎng)方形變文字，還有的說(shuō)看到了文字變圖片等。大家把這些討論結(jié)果一匯總，發(fā)現(xiàn)原來(lái)形狀補(bǔ)間動(dòng)畫(huà)可以發(fā)生在圖形與圖形之間、圖形與文字之間、文字與圖片之間、圖形與圖片之間等。這就相當(dāng)于通過(guò)討論給制作形狀補(bǔ)間動(dòng)畫(huà)建了個(gè)模型框架，不管你想變什么，先給它分類，明確是圖形變文字，還是文字變圖片，這就是計(jì)算思維中的模式識(shí)別。

3.3? 教師指導(dǎo)，幫助提煉問(wèn)題

發(fā)揮好主導(dǎo)作用是教師課堂教學(xué)基本功的體現(xiàn)，因?yàn)榻處熓钦n堂教學(xué)的向?qū)В處熗睦镆瑢W(xué)生就往哪里走。如前面說(shuō)到的學(xué)生的討論發(fā)現(xiàn)，教師要及時(shí)給予評(píng)價(jià)，并加以總結(jié)。在形狀補(bǔ)間動(dòng)畫(huà)制作中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)是基礎(chǔ)，而教師要加以指導(dǎo);開(kāi)始關(guān)鍵幀和結(jié)束關(guān)鍵幀可以是圖形、文字、圖片等，但必須都是打散的狀態(tài)，最后創(chuàng)建補(bǔ)間形狀以完成形狀補(bǔ)間動(dòng)畫(huà)的制作。這就是一個(gè)從模塊化分析向抽象思維轉(zhuǎn)化的過(guò)程。

3.4? 動(dòng)手實(shí)踐，解決問(wèn)題

動(dòng)手實(shí)踐，解決問(wèn)題，實(shí)際上就是解決問(wèn)題的方案設(shè)計(jì)與執(zhí)行的過(guò)程，也就是計(jì)算思維的算法。信息技術(shù)是一門對(duì)動(dòng)手操作能力要求較高的學(xué)科，而動(dòng)手操作需要素材，如何獲取素材呢？如何將這些素材建立起連接？這些都是學(xué)生要考慮的問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中，教師就要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，并通過(guò)合理的算法繪制圖形或利用網(wǎng)絡(luò)資源獲取相關(guān)素材，然后利用計(jì)算機(jī)軟件完成操作。

3.5? 舉一反三，拓展應(yīng)用

培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維的根本目的在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造能力。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生必須學(xué)會(huì)舉一反三，通過(guò)解決一個(gè)問(wèn)題掌握一類問(wèn)題的解決方法。如學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算捐書(shū)總數(shù)的方法，學(xué)會(huì)通過(guò)計(jì)算最大值，找到學(xué)生最喜愛(ài)的圖書(shū)類別，從而指導(dǎo)大家的捐書(shū)方向。學(xué)生在學(xué)習(xí)形狀補(bǔ)間動(dòng)畫(huà)制作時(shí)，通過(guò)學(xué)習(xí)圖形變圖形，進(jìn)而制作出圖形變文字、圖形變圖片的動(dòng)畫(huà)。學(xué)習(xí)的目的在于應(yīng)用，把課堂所學(xué)用于解決生活中的實(shí)際問(wèn)題才是教育的根本。

現(xiàn)如今我們身處信息社會(huì)，它要求教師在信息技術(shù)課堂上培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。教師要勇于接受新任務(wù)，努力鉆研新知識(shí)，在教學(xué)實(shí)踐中不斷探索新方法、新模式，力爭(zhēng)培養(yǎng)出具有計(jì)算思維的新一代接班人。

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[3]曾琦，秦怡萌.對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下數(shù)字化學(xué)習(xí)的審視與思考[J].課程·教材·教法，2017（5）.

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【作者簡(jiǎn)介】

肖燕（1981～），女，漢族，江蘇連云港人，本科，中學(xué)一級(jí)教師。研究方向：初中信息技術(shù)課堂教學(xué)。