計算思維在高中信息技術課程教學中的培養策略研究

楊紅梅

一、 引言

隨著社會主義進程的不斷深化，信息化已經成為社會發展的必然趨勢，現如今我國的信息技術水平也有了突破性的進展，高新技術水平躋身世界前列。對高中信息技術教學的不斷探究不僅有助于學生計算思維的形成，同時對提高學生的知識儲備量以及高中信息技術課程的時代感有著十分積極的意義。

二、 研究背景分析

隨著信息化的進程逐漸推進，社會對專業性人才的需求和學生的精神文化需求都在不斷提升，間接推動著課程改革的層層深入。但現如今，有關高中信息技術教學的改革程度尚且不足，導致高中信息技術的教學方式、教學理念等并未達到應有要求，隨著教學進程的發展，高中信息技術教學中的不足逐漸顯現。當前高中信息技術教師更加注重課上對學生實踐操作能力的培養，卻在一定程度上忽視了對學生計算思維的培養和提升。在日常教學過程中，很多教師雖然教會了學生信息技術的相關操作流程和操作方法，但并沒有讓學生真正理解數字時代所蘊含的信息流，也沒有讓學生真正樹立起數字邏輯思維。

計算思維這一概念自2006年ACM(計算機雜志)正式提出后，引發了國內學者有關信息技術課堂改革創新方向的思考和研究，計算思維被認為是未來專業型人才運用計算機專業能力解決繁雜問題的關鍵基礎。對高中生所處的年齡階段來說，已經具備了一定的邏輯思維和邏輯理解能力，可以對信息技術知識進行深入的探究，因此可以說高中時期正是培養計算思維的最佳階段。計算思維的養成和提升主要依靠的是學生本身的思維方式和思維能力。在教學過程中，教師的教學側重點以及開展信息技術教學過程中的引導方式也會直接影響學生計算思維和數字思維的構建，教師在教學過程中也應注重對自身信息技術的更新和提升，從而更好地促進信息技術教學和計算思維培養的統一。

三、 計算思維概述

從計算思維的本質特征來看，計算思維是個體思維方式在計算機知識的引導下而形成的更加理性、全面的思維方式，包括分析能力、問題解決能力、邏輯判斷能力、創新能力等。計算機的出現從根本上改變了人們的生活方式和生活質量，而計算思維則強化了人們的思考方式和思維廣度，因此，計算思維的培養和強化已經成為當前高中教學中的重要組成部分，也成為提高學生思考能力、計算能力、判斷能力的必要途徑。擁有計算思維的學生相對其他學生來說，在面對問題時思考方向更加全面，所提出的解決方式更加多元化，在面對一些技術性較高的問題時，計算思維較強的學生可以通過計算機進行建模求解，將多方面的信息技術和信息資源相結合，從而設計出更加高效的算法，結合實際場景和具體案例進行問題的分析求解。此外，隨著現代社會信息化程度的逐步提升，計算思維也讓更多人從本質上了解學習中遇到問題的解決途徑和思考角度，讓更多學生的學習方式和思考方式能夠順應當前社會的發展趨勢。新課標要求信息技術課程需要在注重提高學生實踐操作能力的同時還要提高學生的自主學習能力和思維培養。這樣的教學模式不僅有助于學生自身綜合能力的提高，對后續信息化社會的發展也有著十分深遠的意義。

四、 基于計算思維的信息技術教學策略

(一)明確計算思維的教學目標和教學主題

在高中信息技術課程的開展過程中，教師應結合新課標下的信息技術教學目標以及學生的實際情況來制定教學方案，并以信息技術的發展情況為基礎來實現教學目標。以遞歸算法的程序設計教學為例，在進行授課前，應以遞歸算法的根本思想和思維邏輯作為課堂主題，通過相似思想的代入，構建起學生腦海中的遞歸思維框架，隨后將遞歸算法程序的語句進行拆分講解，并引導學生進行語句的注釋，循序漸進引導遞歸思想在學生心中逐漸成形發展，幫助學生更加深刻地理解計算思維的真正內涵。然而在實際教學中，通過思想代入的方式可能無法讓所有學生全部接受遞歸算法的邏輯性思維，對算法思維的理解程度不足會直接影響到學生對信息技術的學習積極性和學習興趣。對此，教師可以通過創設教學情境的方式來幫助學生理解遞歸算法的內涵，降低其邏輯性，通過形象的例子展現出遞歸函數的調用過程和調動結果，從而逐步引導學生計算思維的形成。

(二)探究信息技術課程內容中的計算思維

高中信息技術課程屬于基礎必修課，對提升學生電子信息技術的理解和操作能力有著十分積極的作用，同時也是學生后續學習高階計算機知識的重要基礎，如深度學習、后端處理、UI視覺設計等。現如今高中信息技術課程的教學內容雖然已經涉及程序設計和整體程序框架的構建，但提高學生的信息技術綜合能力仍存在一定程度的限制，因此深入研究高中信息技術課程內容中的計算思維，對增強教學效果以及探究計算思維的教學意義有著十分關鍵的作用。在信息技術的教學模塊之中，通過信息技術與教學方案的結合，可幫助學生透徹了解計算思維的運算邏輯。教師日常的教學活動中，可以根據教學內容合理分配信息技術的學習任務，教師應在清晰探究課堂教學內容中蘊含的計算思維后，結合某些特定信息技術的設計方式和設計思維進行課堂作業的布置，從而形成較為完善的計算思維培養體系，促進學生的計算思維隨著課堂中程序語句的設計和解析而不斷完善。例如在開展有關搜索引擎的教學時，可以通過不同搜索引擎之間的對比，來幫助學生更加清晰地掌握搜索引擎間的分類原因以及各類搜索引擎的特點，幫助學生通過對不同信息的劃分選擇出合適的搜索引擎進行問題處理，從而簡化學習過程中遇到的復雜問題，并將學習的側重點放到分類搜索的學習過程中，促使學生的計算思維逐步完善。

(三)利用問題引導計算思維的養成

計算思維是通過個體思想和計算機思維相結合的方式來解決個體思維難以處理的復雜問題。通過問題的引導，個體的計算機思維將多種解決方案進行融合，并按照邏輯進行解決方案的分類規劃，從而使得復雜的問題得到快速高效的解決。對學生來說，養成解決問題的思維要遠遠比知道如何解決問題更為關鍵，解決問題思維的形成代表著參與者對問題本質的理解和思考。首先，在進行教學的過程中，教師可以在課前提出問題，利用問題引導學生思維的發散，并通過課前預設問題的多元化來引導學生將計算思維運用到不同的生活場景之中。例如在實際的信息技術課堂中，教師可以在課前將與創建情景模式有關的信息傳輸到每個學生的計算機上，并通過信息技術實驗室進行統一指導演示，讓學生充分體會到信息技術課程中教授的實踐操作的重要性，通過教師對程序語句和模塊的分析講解，讓學生充分體會到信息技術課程的豐富樂趣。其次，教師應在課上給學生留有一定的自由時間，讓學生有時間有機會將課堂學習中遇到的問題通過電腦上的實踐操作進行驗證分析。幫助學生改變對解決單一信息問題中的思維定式，利用問題分解分塊的方式幫助學生理解計算思維的深刻內涵和實現用途，提高學生利用計算思維解決問題的能力和效率。

(四)豐富信息技術的教學資源

豐富的信息技術教學資源對計算思維的培養有著十分關鍵的作用，可以為學生提供更加多元化的學習途徑。首先，思維框架的構建是十分關鍵的，思維框架的形成有助于幫助學生奠定學習基礎，讓學生更加流暢輕松地理解信息技術課程中相關算法的思維邏輯和實現方式。其次，流程圖、教學視頻、流程演示視頻、演示道具等教學資源都可以幫助教師將計算思維和具體思路更加清晰透徹地展現出來。如在進行冒泡排序和快速排序的教學過程中，書本中繁雜的注釋很難讓學生理解冒泡排序的運算邏輯以及各元素在經歷每一趟排序后的位置變化。對此教師可以利用道具演示的方式為學生展示出冒泡排序中每一趟排序后的元素變化，讓學生可以更加直觀地理解冒泡排序算法中所蘊含的計算思維。對快速排序來說，則可以利用教學視頻演示快速排序中每一趟的指針交換位置和交換方式，幫助學生在腦海中形成相關算法的具體流程。通過利用教學資源的方式可以較為清晰地掌握學生的知識遷移能力和學生對所學知識的運用能力。另外，教師可以根據不同學習能力的學生使用不同的教學資源，從多個方向啟發學生的計算思維。

(五)制定多元化的教學評價體系

首先，多元化教學評價體系的創建需要教師對學生的學習情況、性格特點以及成績波動有清晰的認知并進行階段性記錄總結，隨后由教師進行綜合評價和期末評估總結。通過多元化的教學評估體系，教師可以更加清晰地掌握學生的學習能力、學習效率的變化。其次，教師可以通過學生在信息技術課堂上的實踐操作能力進行補充評價，最終的綜合教學評估需要結合學生的計算思維以及學生所做程序的運行效率、時間復雜度、運行流暢度等因素進行綜合評價。另外，為了使評價結果更加嚴謹，可以通過發放評價表的方式來實現同學互評。

例如在進行哈夫曼樹和哈夫曼編碼的教學過程中，教師可以根據本節課程教學內容中所蘊含的計算思維制定教學方案，并結合課堂上的教學情況以及學生繪制哈夫曼樹的結果來完善評價結果，通過同學打分互評的方式幫助學生清晰地認知自己與其他同學間的差距，明確自己對課堂知識的掌握情況。這些評價結果都是非常直觀且重要的教學反饋，后續階段性教學方案的制定可以以綜合評價結果作為依據，從而更加高效地提高學生的計算思維和問題分析能力。

(六)更新傳統教學觀念

在傳統的教學理念中，高中教師更加重視語文、數學、英語等在高考中分值占比較高的科目，往往會忽視信息技術教學對提高學生思維能力的重要性，并且在信息技術教學過程中，一些教師采用的教學方式過于陳舊，僅僅注重課堂上的理論講解，而沒有給學生創造充分的實踐操作機會。因此，為了更好地促進高中信息技術教學的發展和推進，及時更新教學觀念是至關重要的一環。首先，教師應在信息技術的教學過程中加入更多現代化教學方式，改變傳統教學觀念，將學生放在課堂教學的主體地位，增加信息技術課堂上和學生的溝通互動頻率，通過學生的課堂反饋及時了解學生的學習狀態以及本次課程中所蘊含的計算思維的掌握程度。其次，應為學生創造更多的實際操作機會，讓學生面向計算機的時間大于面向單一理論知識的時間，改變傳統的填鴨式教學方法，讓教師能夠通過學生的程序作品探究學生對課程內容的掌握程度和學生計算思維的完善程度。最后，在教學過程中，教師應根據高中生當前的心理特點、年齡特點、青春期心理等因素制定教學方法，注重男女生青春期的差異性，從而引導學生計算思維和創新思維的統一發展。

(七)搭建合理教學情景

為了更好地推進高中信息技術進程，教師需要將多種教學手段結合使用，使得信息技術課程中蘊含的邏輯思維更加通俗易懂，也使得信息技術課堂的教學效果更加多元化。如情景搭建教學法正是現如今應用較為廣泛的教學方法之一。在課堂開始時由教師引導學生進入特定情景中，可以通過加入相關道具模型或小故事、小笑話等方式來完成情景搭建。教師應盡量提升課堂情景和教學內容的關聯度，并利用信息技術知識和幽默的語言相結合的方式來提升學生對課堂情景的投入度和體驗感，從而充分調動學生對信息技術課程的學習積極性，側面推動學生計算思維的養成。

(八)將生活元素融入信息技術的教學

知識來源于生活，教育的目的也是讓學生更好地將知識運用到實際生活中，如何讓教育更加貼近生活也同樣是讓很多人思考的關鍵問題。對高中信息技術課程來說，已經具備了一定程度的專業深度和難度，經過系統的學習后，可以用于解決生活中的常見問題。而信息技術的實際教學方向主要依賴信息技術教材，而信息技術教材中的內容可以說是實際生活的間接體現。當學生發現信息技術中蘊含的計算思維在日常生活中的廣泛應用后，也會改變對信息技術這門課程的固定印象，生活中的實際應用會導致學生重新評估信息技術這門課程對自己的價值。將生活元素融入信息技術教學，對提升學生的課堂積極性和主觀能動性有十分關鍵的作用。例如現如今最為常用的搜索引擎，搜索引擎所帶來的便捷功能已經和學生的日常生活融為一體，同時計算思維和相關搜索知識已經在不知不覺中融入學生的知識體系。另外，高中生所面對的學習壓力普遍較大，信息技術課堂中單一枯燥的程序算法很難激起學生的學習欲望和探知欲望，但通過生活元素的融入不僅可以降低學生在學習復雜冗長的程序代碼時的心理負擔，同時也可以改變枯燥生疏的課堂環境。如在講解數據結構與算法中“樹與森林的轉化”時，可以將樹和森林的轉化算法代入邏輯相似的家族關系中，通過邏輯的相似性幫助學生更加高效地理解程序算法的核心思想，使學生在輕松愉快的學習氛圍中提升計算思維。

五、 結語

在信息技術的教學過程中，教師應在注重發展學生上機操作能力的同時，加強對學生計算思維的培養和提升，通過多元化的教學方式和信息技術教材內容的結合，提升學生對信息技術課程的重視程度，充分調動學生在信息技術課堂上的自主積極性和學習興趣，加深學生對算法邏輯的理解程度，促進學生計算思維的形成。此外，教師在進行教學方案和教學理念的創新過程中，應注意將學生放在課堂主體地位，在信息技術課堂上為學生創造更多的自主實踐機會和發言機會，為學生留有充分的思維發散空間，鼓勵學生在課堂上積極互動，并根據學生在信息技術課堂上所做的程序或思想流程及時了解學生對算法程序的掌握程度。另外，教師的授課方式應與日常生活相結合，利用生活事物的親近感幫助學生更好地理解復雜的運算邏輯，讓學生的計算思維在不斷地學習積累中漸漸完善。