高中生計算思維培養中的教師因素
——以《數據編碼》為例

王旭 江蘇省黃埭中學

從本質上講，計算思維是一種更有效的解決問題的方法。在新課程背景下，信息技術課程更多的是讓學生去探索技術背后的方法與思想，去探索人類如何讓計算機工作、人機如何共存等問題，在學習與探索中提升學生計算思維能力。學生計算思維的培養是理論與實戰結合的過程，而由于學習基礎不同，學生對理論知識的領會及解決實際問題的能力必然有很大的差距，這無形中提高了教師的教學難度。因此，筆者結合教科版第三章第一節《數據編碼》的教學，以教師為主體，對信息技術課堂計算思維的培養進行了探究。

● 課堂教學設計中的教師主體作用

1.信息道德修養

讓教師成為“有思想的實踐者”，是新課程改革的靈魂。教師應注重提升自身的信息道德修養，樹立正確的審美觀和價值取向，以無私、客觀的態度對待課堂中出現的問題。教師應辨別有用信息與無用信息，引領學生發展積極向上的思維，培養學生樹立正確合理使用信息的能力。

2.充足的知識積累

計算思維涉及的知識是多學科的，其中包括哲學、物理、生物、醫學、建筑、教育等不同領域。教師擁有豐富的知識基礎，可以保證一系列思維活動的順利開展。

例如，在《數據編碼》第一課時的教學設計中，筆者仔細分析了生活中文本圖片的基本信息采集的多種方式，其中包括簡單的方式和比較實用的方式。簡單的方式是類似輸入法手動輸入、語音輸入等比較普及的信息錄入方式。比較實用的方式是類似一些OCR工具軟件的使用，使得信息錄入的準確度、效率進一步提高。另外，從計算思維和數字化學習與創新等核心素養的培養出發，還有更加專業的方式，如通過Python編程實現海量圖片的處理。

3.信息加工能力

思維的創新來自實踐。教師在具體實踐中可以嘗試多種思維訓練，圍繞課堂主題創設多問題情境，力爭把最優的活動帶進課堂，在教學過程中準確引領學生。

在《數據編碼》的“進制換算”教學設計中，教師熟練掌握二進制和十進制之間的換算方法，并熟練掌握其他進制之間的換算是非常必要的，這是引導學生完成進制換算項目任務的基本要求。在項目任務拓展階段，尤其需要教師引領學生采用多種信息化手段來解決問題。針對信息化工具的應用，教師可以指導學生利用計算機自帶的程序員型計算器來實現；針對信息化工具的開發，教師可以帶領學生探究利用Python代碼來實現進制換算。在活動中，學生通過理解進制換算的規則、深入體驗信息化手段來實現進制換算的過程。學生順利實現對任務的拓展探究，離不開教師對各種進制換算機制、各種循環算法及特點的熟練掌握。教師計算思維能力高，就能更精準地創設課堂情境，更好地培養學生的計算思維。在平時的信息技術課堂中，教師還要不斷探索適合計算思維培養的最優化的教學情境，在情境中解決問題，避免把學生置于枯燥的概念之中。

在課堂設計過程中，教師應該創設適合本節課內容的課堂情境，讓學生在情境中思考數據編碼的概念，掌握運用多種方式解決問題的能力。在具體問題中引導學生思考利用信息化手段解決問題與傳統方式的不同，通過活動了解利用信息化手段解決問題的特點。

● 情境設計中的教師主導作用

1.游戲式情境是課堂教學的催化劑

游戲式項目教學具有兩個特點：其一，活躍課堂氣氛；其二，將知識融入游戲之中，實現深度學習。

“進制換算”一直被學生們當成知識難點，也通常被教師作為教學重點。而游戲式項目教學能把學生帶入情境，在情境中理解知識，利用現有的數學基礎突破思維深度，提高解決問題的準確性。因此，結合教材的內容，筆者在課堂中設計了卡牌游戲；將5張卡牌從右向左依次排開，正面分別寫有1、2、4、8、16，用數字1表示當前牌正面朝上，由數字0表示當前牌正面朝下。將班里學生分為6個組，每個組輪流隨機出5位0和1組成的串來表示從右向左卡牌正面朝下還是朝上，其他組搶答對應牌面朝上的數字和是多少。

從課堂表現看，學生們起初的反應有些遲鈍，但當逐漸掌握了游戲的竅門后，就能很快運算出結果。但是，本項目活動的最終目是引導學生思考其中的原理，深入理解其中的運算機制。所以，教師可以引導學生分析出這5個數的數學規律：它們之所以和二進制之間有直接對應關系，是因為它們之間依次為二倍關系。利用基數和指數表示它們依次為20、21、22、23、24。讓學生從原理上清楚十進制是如何與二進制進行對應的。

經過拓展得知，八進制的基數為8，它們對應的卡牌值則為80、81、82、83、84。十六進制的基數為16，同樣它們對應的卡牌值為160、161、162、163、164。由此，就實現了從二進制的運算拓展到八進制和十六進制的換算。通過游戲式的項目學習，不僅培養了學生的創新思維，還將多種知識融合拓展，培養了學生的發散性思維。

2.前后承接的活動設計是課堂教學的階梯

前后承接的游戲式項目教學能更好地培養學生的創新思維，激發學生的潛能，提高學生之間的協作能力。因此，結合前面的項目活動，筆者設計了如下活動：現有255個相同的蘋果，事先分裝成若干袋，每袋裝若干個蘋果，當用戶來買蘋果時，無論他要多少個（在0到255之內），都可以不拆開袋子，直接選取幾個袋子給他。那么，應該怎樣裝袋？如果他要100個蘋果，應給他哪幾袋？

面對這樣的問題，最簡單直接的解法就是裝255個袋子，每個袋子一個蘋果。學生經過討論與思考，很容易發現255個袋子顯然不是最好的答案。前面5張卡牌項目活動的結論“任何十進制數都可以用二進制數來表示”是解決問題的關鍵。本題蘋果數量最大值為255，由于28=256，所以本題就可以轉化為8張卡牌的問題。

8張卡牌對應8個口袋，8張卡牌上面的數值對應8個口袋內的蘋果數量分別為20、21、22、23、24、25、26、27個蘋果，至此問題迎刃而解。面對這樣的難題，學生從熟悉的卡牌入手，利用前面已經掌握的知識點將問題分解，并從現象到本質，較深層次地理解了進制的應用，計算思維能力得到快速提升。

● 課堂有效實施中的教師關鍵作用

計算思維幾乎滲透到了各個學科，因此，課堂設計可以融入多學科的知識。例如，在分蘋果項目活動中，學習基礎較弱的學生可能會出現思維卡殼的情況，這時教師可以利用分治的思想引導學生把項目進行切塊，降低維度，逆向思考，如根據前面的活動把5張卡牌能夠表達的十進制范圍列出來，解決了5張卡牌的表達范圍，接下來可以嘗試6張卡牌表達的十進制數的范圍，依此類推，當8張卡牌表達的十進制數范圍算出來時，分蘋果問題也就迎刃而解了。因為28=256，第9張卡牌對應的蘋果數超出了蘋果總數255，所以最多需要8張卡牌，也就是8個袋子就足夠了。在分析的過程中筆者發現，蘋果數越多，相應運算的復雜度也就越大，因此，可以通過數據大小來控制活動的難度。另外，答案的準確性驗證也對學生的數學基礎有一定要求。教師作為引導者要做好各方面的知識儲備，引導學生利用多學科知識解決問題。

在實際教學中，項目活動最終都要靠團隊協作來完成。因此，教師要精心準備素材，引導學生利用多學科知識，通過小組協作學習、共同研究等多種途徑，解決各種難度的問題。在這樣的氛圍下學習既輕松又富有成就感，同時這也是培養學生核心素養的理想途徑。