基于計算思維的信息技術(shù)教育策略研究

摘 要：在我國互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)不斷發(fā)展和進步的當下，信息技術(shù)積極融入中學教育工作當中，積極促進教學工作的開展創(chuàng)新。隨著素質(zhì)教育全面開展，信息技術(shù)教育工作在實施的過程中，亟須培養(yǎng)學生們信息化思維、計算思維，促使學生們更好地面對未來社會發(fā)展趨勢。本文將針對計算思維內(nèi)涵，以及信息技術(shù)教育培養(yǎng)學生計算思維的意義進行詳細分析，分析信息技術(shù)教育現(xiàn)狀，探析問題，提出優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù);計算思維;信息素養(yǎng);教學策略

信息技術(shù)教育起源于計算科學，信息技術(shù)教育已經(jīng)成為教育領(lǐng)域的研究重點。計算思維與學生們的學習、生活聯(lián)系非常緊密。所謂的計算思維便是運用簡約、嵌入、轉(zhuǎn)化、仿真等諸多方法手段，將表面看起來相對復(fù)雜、困惑的問題，按照一定的邏輯思維進行拆解。針對復(fù)雜問題，有規(guī)律、有步驟的制訂出拆解問題的策略，為學生們?nèi)蘸罂沙掷m(xù)發(fā)展打下良好基礎(chǔ)保障。本文將基于培養(yǎng)學生計算思維出發(fā)，對信息技術(shù)教育工作相關(guān)內(nèi)容進行詳細分析[1]。

一、計算思維內(nèi)涵及其特點概述

計算思維是在計算科學的基礎(chǔ)上所提出的，其實質(zhì)是針對復(fù)雜問題進行求解，在系統(tǒng)設(shè)計、人類行為理解等相關(guān)內(nèi)容，提出的一系列思維形式的活動。2006年周以真教授在ACM會刊首次提出計算思維（ComputationalThinking），它是運用計算機科學的思維方式進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解等一系列的思維活動。簡言之，計算思維包括算法、分解、抽象、概括和調(diào)試五個基本要素。是針對復(fù)雜問題開展細致化、順序化解決的思維過程，在信息技術(shù)領(lǐng)域的展現(xiàn)，是借助信息技術(shù)程序解決復(fù)雜問題的邏輯思維和過程，這種思維過程，可以脫離電腦、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)獨立存在。計算方法和模型，可以促使人們敢于處理那些原本由個人無法獨立完成的問題[2]。從客觀層次上來看，計算思維屬于每個人都需要具備的基礎(chǔ)技能，在社會信息化發(fā)展迅速的當下，每個人都應(yīng)該具備計算思維能力，才能在知識爆炸的時代，及時挖掘知識并且借助知識解決生活、學習當中潛在的問題。當我們必須要解決一個特定問題時，我們會先衡量這個問題有多困難，什么才是解決該問題的最佳方式，這一系列的思維運行都屬于計算思維范疇內(nèi)[3]。

二、信息技術(shù)教育的現(xiàn)狀問題闡述

（一）忽視了計算思維培養(yǎng)

在素質(zhì)教育工作積極落實之下，提出“提升信息素養(yǎng)”的要求，這導(dǎo)致中學信息技術(shù)教育工作更加趨于應(yīng)用化、工具化，課程教學陷入了煩瑣的操作技能訓練當中。應(yīng)試教育對于信息技術(shù)教育的影響也相對較大，在很長一段時間內(nèi)，信息技術(shù)教育工作開展更加趨于向?qū)W生們傳授信息技術(shù)知識，忽視了學生計算思維的培養(yǎng)。針對學生們實際情況來看，學生們的起點水平差異相對較大，導(dǎo)致學生們信息技術(shù)基礎(chǔ)知識呈現(xiàn)出良莠不齊的情況，開展教學難度相對較大，導(dǎo)致信息技術(shù)知識教學重點難點銜接統(tǒng)一困難[4]。

（二）學科教學目標不明確

從客觀層次上來看，我國信息技術(shù)教育發(fā)展的時間相對較短，信息技術(shù)學科教育經(jīng)驗相比其他學科來說相對有限，很容易導(dǎo)致教學目標不明確、課程核心價值偏差等諸多問題。信息技術(shù)教育工作目標并不僅僅是將信息技術(shù)教育知識傳遞給廣大學生，更加要注重對學生們能力的培養(yǎng)，為學生們?nèi)蘸罂沙掷m(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。但是結(jié)合當前信息技術(shù)教育教學工作來看，教師往往忽視了學生們知識遷移能力，忽視了對學生們必備能力的培養(yǎng)。在開展信息技術(shù)教育時，更加注重引導(dǎo)學生們對各類學習軟件操作，忽視了知識背后的客觀規(guī)律和邏輯思維引導(dǎo)，對于知識當中隱藏的人文倫理內(nèi)涵講解更是少之又少。因為缺乏明確的教育目標，導(dǎo)致學生們即使掌握信息技術(shù)專業(yè)知識，但是思維也比較零散，技術(shù)掌握理解也相對較為零散，很難養(yǎng)成學生們獨特的思維習慣。

三、以計算思維培養(yǎng)為核心提升學生信息素養(yǎng)

傳統(tǒng)信息技術(shù)教育，學生們往往是為了完成學習任務(wù)，忽視了借助自身知識解決實際問題。而現(xiàn)代信息技術(shù)教育要求促進學生們?nèi)姘l(fā)展，幫助學生們理解、掌握信息技術(shù)核心本質(zhì)，促進新一輪信息技術(shù)教育改革順利、高質(zhì)量開展。

信息素養(yǎng)是一種能力，涵蓋了文化層面（知識方面）、信息意識（意識方面）、信息技能（技術(shù)方面）。中學階段信息素養(yǎng)要求學生具備對信息獲取、加工、管理、表達和交流的能力，具備在各種信息活動中對過程、方法、結(jié)果進行評價的能力，具備能對信息活動發(fā)表觀點、交流思想、開展合作、解決問題的能力，在生活實踐中能夠感受信息文化、增強信息意識、內(nèi)化信息理論，遵守法律法規(guī)，具有與社會發(fā)展相匹配的信息素養(yǎng)、社會價值觀和社會責任感。而計算思維是一種基于技術(shù)而非機械技能的、具有信息學科特質(zhì)的思維方式，具有一定的數(shù)學思維特質(zhì)和工程思維特質(zhì)，以及多學科融合的特點。這種思維方式不僅在信息科學的學習中，也時刻滲透在我們的生活中。二者的不同之處在于“信息素養(yǎng)”是對人未來所需要具備的信息能力和素養(yǎng)的一個更廣泛、更全面的概括，“計算思維”側(cè)重強調(diào)要人們具備像計算機、科學家那樣具備更理智、更縝密的思考能力。

在信息教育實踐中，教師要以培養(yǎng)學生信息素養(yǎng)為目標，依托訓練學生的計算思維為載體，不斷嘗試運用多種教育教學方法開展豐富多彩的、科學生動的教學活動，中學信息技術(shù)教師可以基于信息技術(shù)教材，提高改進教學方案，運用跨學科手段激發(fā)學生思維活動，促進學生計算思維的運用，見圖1。培養(yǎng)學生計算思維能促進學生們?nèi)姘l(fā)展，強化學生邏輯思維能力，這種思維是人的思維而不是計算機的思維，是人用計算思維來控制計算設(shè)備，從而更高效、快速地完成單純依靠人力無法完成的任務(wù)，解決計算時代之前無法想象的問題。

中學生正處于邏輯思維快速發(fā)展的重要階段，在該階段教學工作中培養(yǎng)學生計算思維，能夠?qū)W生們未來發(fā)展、未來可持續(xù)進步帶來強大動力。計算思維將成為一種常態(tài)化思維方式，學生利用這種思維認知未來世界、駕馭未來世界。結(jié)合具體問題引導(dǎo)學生們對問題開展具體化的分析，培養(yǎng)學生計算思維，強化學生們解決問題的能力，不斷強化學生們的能力和專業(yè)知識水平。

四、基于計算思維提升信息技術(shù)課堂教學的優(yōu)化策略

根據(jù)《中小學信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要（試行）》文件指出：中學信息技術(shù)課程通過學生系統(tǒng)的學習，最終實現(xiàn)培養(yǎng)學生解決問題的能力，提升學生信息素養(yǎng)。計算思維的關(guān)鍵是通過對問題的深入分析，對復(fù)雜問題進行簡化、抽象，然后構(gòu)建合理的數(shù)學模型，并選擇適當?shù)乃惴右詫崿F(xiàn)。在實際教育活動中，教師可結(jié)合各個學段的實際情況，運用計算思維指導(dǎo)教學實踐活動設(shè)計，或者對計算思維的實施策略做合理的調(diào)整。結(jié)合中學信息技術(shù)教育特點，計算思維主要表現(xiàn)在“提出問題—―分析分解問題—―獲取數(shù)據(jù)—―建立模型—―設(shè)計方案—―實施方案—―評價總結(jié)”。

（一）引導(dǎo)學生構(gòu)建思維模型解決問題

信息技術(shù)教師可結(jié)合教學實踐活動，結(jié)合學生年齡，以及心理特點，構(gòu)建一個適合受教學生群體特征的思維模型。可以側(cè)重培養(yǎng)學生在解決問題前構(gòu)建“需求分析—―設(shè)計解決流程圖”的思維模型提高學生解決問題的能力。

例如：在《機器人走迷宮》課程中，教師結(jié)合實際生活中的實例，如“蒙眼摸人游戲”“碰碰車”等學生曾經(jīng)玩過的游戲來引導(dǎo)學生首先進行“問題分析：機器人要能像人一樣走出迷宮，需要實現(xiàn)哪些功能？”實際就是在“需求分析：第一要實現(xiàn)機器人可以行走;第二要能識別障礙物;第三要能識別迷宮出口”。這個過程是計算思維最基本的思維過程，通過長期這樣的思維訓練，學生逐漸形成了做需求分析的思維模式和習慣，那么就為培養(yǎng)學生計算思維打好堅實的基礎(chǔ)。

完成了需求分析，需要學生具備嚴謹?shù)倪壿嬎季S能力來思考解決問題的步驟和環(huán)節(jié)。結(jié)合學生的年齡特征，“設(shè)計解決圖”的方法在信息技術(shù)課堂教學中更容易實現(xiàn)，學生也更容易接受和理解。在上面實例中，要解決“第一要實現(xiàn)機器人可以行走，第二要能識別障礙物，第三要能識別迷宮出口”這三個問題，教師可以指導(dǎo)學生通過設(shè)計流程圖，可以通過梳理機器人的基本組成結(jié)構(gòu)從而實現(xiàn)問題的“分—―分解—―轉(zhuǎn)化”，最終找到解決方案。

（二）翻轉(zhuǎn)課堂，強化計算思維培養(yǎng)重視度

在開展信息技術(shù)教育工作時，培養(yǎng)學生計算思維必須要貫徹循序漸進的原則，逐步培養(yǎng)學生們的計算思維，讓學生們逐步可以自主地按照邏輯標準化、順序化解決問題，習慣性地模擬計算機科學家的思維，在面臨問題的過程中，能實現(xiàn)深層次、多角度的思考。中學生正處于能力培養(yǎng)的最佳時期，教師應(yīng)該把握機會，高質(zhì)量增強學生的計算思維。為此，教師可以將翻轉(zhuǎn)課堂教學模式引入到信息技術(shù)教育工作當中，引導(dǎo)學生自主自覺地進行知識學習，并且自主解決問題，使學生在學習實踐的過程中，強化計算思維的認知理解，為內(nèi)化思維奠定良好基礎(chǔ)。

例如：在課前，教師可以借助線上學習工具，將教學資源課件資源進行傳遞，教師可以結(jié)合教學目標提出教學問題，讓學生們在課前自主學習、自主分析問題的過程中解決問題。在課堂教學中，教師可以有針對性地對學生們自主學習的問題進行解答，篩選出學生們覺得相對困難的問題進行講解，并且將系統(tǒng)性解決問題的流程標準傳遞給學生。課后，教師應(yīng)該適當?shù)夭贾闷蛴趯嵺`類型的作業(yè)，讓學生們在鞏固知識的基礎(chǔ)上，強化實踐能力。動態(tài)化對學生課后作業(yè)進行點評和指導(dǎo)，若發(fā)現(xiàn)學生們操作過程當中遇到困難，應(yīng)該第一時間對學生們進行指點。切實借助翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式，讓學生們面臨問題自主地解決，幫助學生們強化計算思維素養(yǎng)。

（三）小組合作，逐步培養(yǎng)學生計算思維

教師在教學活動中可以借助小組合作的模式，讓學生實現(xiàn)對計算思維的內(nèi)化。在教學問題引導(dǎo)下，教學過程層層分析、層層深入，引導(dǎo)學生們在合作探究的過程中對知識深入分析。讓學生們以小組的形式制訂出問題解決模型，并通過分工合作的方式，讓學生集體制訂解決問題的步驟和方法。小組合作教學作為培養(yǎng)學生們自主學習積極性最為關(guān)鍵的技術(shù)手段，幫助學生提升分析問題、解決問題的能力，同時促進學生端正“學習態(tài)度”，培養(yǎng)學生養(yǎng)成“自評”“互評”“總結(jié)”的思維模式，逐步培養(yǎng)學生計算思維。

例如：在“利用Photoshop制作圖像藝術(shù)字”這節(jié)課中，教師在完成Photoshop操作教學后，引導(dǎo)學生以合作的模式開展問題引導(dǎo)教學：2人一組，分工合作，以“元旦賀卡”為主題，利用Photoshop軟件來制作元旦賀卡，要求主題明確、內(nèi)容積極向上，表達主題新穎、構(gòu)思獨特巧妙、畫面美觀和諧。這樣設(shè)計的課堂實踐活動，通過提出問題和要求，引導(dǎo)學生們結(jié)合問題要求，通過對問題的“分析—―分解—―分工”的過程，進行元旦賀卡“賀卡結(jié)構(gòu)建模—―內(nèi)容設(shè)計—―評價總結(jié)—―完成展示”的設(shè)計，在這個過程中學生們逐個問題進行拆解，有邏輯、有順序地對各個圖片圖形進行拆解、組合、美化，并實現(xiàn)任務(wù)，切實逐步培養(yǎng)學生的計算思維。

（四）生活化教學，內(nèi)化學生計算思維

內(nèi)化計算思維是確保計算思維在學生們生活、學習當中應(yīng)用的關(guān)鍵，更是信息技術(shù)教育的終極目標。教師可以在開展信息技術(shù)教育的過程中，引入生活化教學內(nèi)容，讓信息技術(shù)知識與學生實際生活緊密聯(lián)系，讓學生們認識生活當中的信息技術(shù)知識，并且有針對性地解決生活問題，實現(xiàn)計算思維內(nèi)化。生活化教學模式能讓學生重新構(gòu)建思維模式，高效解決生活問題。

結(jié)束語

中學信息技術(shù)教育中培養(yǎng)學生計算思維的意義重大。中學信息技術(shù)教育內(nèi)容對于學生來說既抽象又好奇，引導(dǎo)學生們培養(yǎng)良好的計算思維，不僅可以幫助學生們更好學習信息技術(shù)知識，而且還可以幫助學生們借助計算思維解決生活、學習當中面臨的其他困難。計算思維作為未來人才必須要具備的基礎(chǔ)能力，在進行信息技術(shù)教育的過程中，教師必須要有針對性地培養(yǎng)學生計算思維，以信息技術(shù)教育知識為載體，逐步培養(yǎng)學生們的計算思維。

參考文獻

[1]沈怡嘉.基于計算思維的初中信息技術(shù)教育的研究[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（文摘版）教育：00099-00099.

[2]WingJM.Computational Thinking .Com munications of the ACM ， 2006 ， 49（3）.

[3]孫瑞，曹建英.基于現(xiàn)代信息技術(shù)的計算思維在中學數(shù)學教學中的應(yīng)用研究[J].無線互聯(lián)科技，2014，000（004）：263-264.

[4]鄧輝.基于計算思維的高中信息技術(shù)課程案例研究[J].計算機時代，2020，No.332（02）：104-107.

作者簡介：趙振囡（1983— ），女，漢族，黑龍江大慶市人，本科，中學一級，研究方向：中小學信息技術(shù)教育教學管理，信息技術(shù)特色課程體系研究，中小學科技創(chuàng)新課程開發(fā)。

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