高中信息技術教學中對學生計算思維的培養初探

何國柱

新課標中，計算思維作為高中信息技術學科核心素養的重要組成部分，其重要性不言而喻。筆者以提高學生的計算思維為目標，結合高中信息技術課程中Python部分內容的教學需要，對培養計算思維的教學實施策略和教學設計進行了探討。

新高中信息技術課程標準提出了本學科的核心素養培養目標。其中，計算思維是其重要組成部分。計算思維吸納了計算機科學的基本原理，主要包含算法思維、抽象思維、系統思維和數據思維。它提供了一種更高層次的思維方式和問題解決途徑。這種創新的問題解決方法在當今社會的學習、生活和工作中發揮著重要作用，并廣泛應用于各個領域。正如周以真教授所言，培養計算思維的目標是使學生成為“計算創造者”而非“計算使用者”，這些學生不僅要掌握計算機技能，更要能創造性地應用計算思維去解決問題，推動社會的創新和發展。我國的教育研究者早就認識到了計算思維的重要性，并在高中信息技術課程的培養目標中明確提出了培養計算思維的要求，把它確定為信息技術學科的核心素養之一。

一、計算思維概述

計算思維是我國信息技術學科核心素養的重要組成部分，它通過對問題的分解、抽象、形成和優化算法來解決問題。計算思維融合了數學思維與工程思維，強調的是問題解決的過程與方法，而不只是結果。計算思維包括計算概念、計算實踐和計算觀念三部分，作為一種有效的問題解決策略，計算思維在當今社會中有著廣泛的應用價值。無論是解決日常生活中的問題，還是進行科研創新，甚至在改變社會產業結構中，計算思維都發揮著重要的作用。因此，如何有效提升計算思維作為信息技術核心素養，值得我們深入探索與研究。

二、Python走進高中信息技術課堂

Python是一種全球廣泛使用的高級編程語言，它以優秀的可讀性和簡潔性贏得了眾多編程初學者的青睞。在我國，Python的相關課程在學校開設相對較晚，教學模式一般是自上而下的，大學開設的Python課程最多，其次是高中（主要是校本課程），在義務教育階段則較少。從2003年開始，我國的Python編程課程開始在高中逐漸普及，并從少數學校逐步推廣至更廣泛的范圍。2018年，我國在新一輪的課程改革中，將Python的基礎知識與應用納入了高中信息技術學科課程中。

三、培養學生計算思維的教學實施策略

作為一種極富靈活性且功能強大的編程語言，Python的教學策略能顯著影響學生對計算思維的理解和掌握。以下是我們在教學實踐歸納總結的一些有效的Python教學策略。

基礎教學為本：眾所周知，掌握知識與技能需從基礎的概念和原理入手。在Python編程教學中，基本的概念和原理是構建深層理解和應用的基石，只有讓學生掌握了Python的基礎概念，如變量、數據類型、控制結構等基礎知識，構建完整的知識框架，學生才能將所學知識與技能用于未來的實踐。

創設真實情境：真實情境的創設能顯著提高學生的學習效果和學習興趣。在Python的教學中，設計與學生實際生活情境相關的任務或項目，通過引導學生以Python程序解決問題，從而組織教學，借助知識、技能的學習和實踐，幫助學生深入理解并運用Python編程知識。

問題導向學習：在進行Python課程的教學中，問題導向學習的方法對提升學生的計算思維能力有極大的作用。例如，老師可以提出具體問題，在學習循環結構時引導學生思考如何使用循環結構來解決問題，并鼓勵他們積極探索和嘗試多種解決方案。有助于培養學生的問題解決能力和高階思維。

知識、理論與實踐相結合：知識、理論與實踐的結合是Python課程的教學目標。通過編寫代碼和具體的實踐，學生可以更好地理解編程的概念。在課堂上，老師可以通過設計各種情景問題和項目作業，引導學生結合知識和技能去進行實踐操作。項目的開發與實踐可以有效地鍛煉學生的團隊合作和問題解決能力，使他們在實踐中加深對Python編程和計算思維的理解。

鼓勵探索和創新：鼓勵探索和創新對于培養學生計算思維和編程能力至關重要。在教學中，我們可以鼓勵學生利用Python去探索和解決自身感興趣的問題，激發學生的主動性和創新性，提高創新思維和問題解決能力。例如，教師可設立開放性項目，讓學生自選主題、自我設計，并通過Python實現創意。這既能提升學生實踐操作能力，也培養了創新精神和問題解決技巧。

及時反饋和指導：學習是一個不斷嘗試和改進，進而迭代的過程。在這個過程中，教師對學生問題的及時反饋和指導顯得尤為重要。教師在教授、引導學生對問題進行求解，或對項目進行推進的時候要提供實時、具體的反饋。通過反饋和指導，讓學生了解自己的優缺點和需要改進的地方。這種及時的反饋和指導能夠幫助學生更清晰地認識自己，從而促進編程技能的不斷進步和計算思維能力的持續提升。

通過這些教學策略，我們可以讓學生在理解基礎、應用實踐、解決問題、創新思考和自我反思等方面深化對Python知識與技能的學習與應用，從而有效地提升計算思維能力。

四、培養學生計算思維的教學設計

（一）課前準備

課前學習活動的有效組織是保證學生對基礎知識的充分掌握，課堂的高度參與及個性化思維得到充分發展的關鍵環節。所以，教師在這個環節要善用網絡通訊工具和教學輔助平臺，指導學生明確學習內容的重點和掌握有效的學習策略。教師可以通過教學輔助平臺分享學習資源，對不同基礎的學生預設課前學習任務并同步掌握學生的學習情況。在課前學習任務單的設計過程中，教師還可以提前公布課內將要解決的問題或者項目主題，讓學生在學習課本知識的同時，對將要開展的項目能做到深思熟慮。

（二）課中引導

Python課的堂上講授主要涵蓋了堂上答疑、合作探究和成果展示三個環節。教師可以在堂上答疑的過程中及時了解學生的基礎知識掌握的程度，檢查學生學習任務的進展，對學生遇到的問題給予充分的技術支持和鼓勵。合作探究環節通過項目式教學鼓勵學生通過自主學習、小組討論、編程互動，共同完成項目。學生需要與組員分享討論，推動解決方案的改進和完善。展示環節讓各小組進行匯報和成果展示，并分享他們的經驗。最后，教師要對學生們的學習成果給予合適的評價。課中師生的有效互動是實現計算思維培養的重要途徑。

（三）課后拓展

課后環節是學生學以致用，實踐學習成果的重要環節。合理的課后拓展環節不僅可以激勵學生將所掌握的理論知識轉化為具體的生活實踐，還可以通過生活中問題的解決進一步提升計算思維能力。所以，教師可以在這個階段設定一些拓展延伸的小項目去鼓勵學生學以致用，勇于實踐。

五、成果和反思

在Python課程中，我們有針對性地實踐了上述的教學策略和設計。的確，Python的教學不僅提升了學生的編程技能，更為重要的是，有效地增強了他們的計算思維能力。然而，在實踐過程中，我們也遇到了一些挑戰。比如，對基礎知識理解不夠深厚的學生在理解算法時會面臨困難，同時在編程過程中也可能感到困擾。未來，我們需要進一步加強學生的代碼編寫和調試技能的訓練，并提供更多實踐的機會給他們。

六、結論

綜上所述，計算思維是現代信息社會中個體必須掌握的一種思維方式和科學素養，我們作為教育工作者應對其給予足夠的關注和重視。Python作為一門廣泛應用的編程語言，其教學實踐與研究對于塑造學生的計算思維具有重要意義。將計算思維與編程學習相結合，讓學生在實踐中掌握這種思維方式，是一個有效的教學策略。同時，我們還需要持續改進和創新教學方法，注重啟發和引導學生去主動探索、學習和創新思考，提供更多實踐機會，促進學生計算思維能力的發展。

作者單位：深圳市龍崗區平湖外國語學校