指向計算思維的高中信息技術教學策略研究

曹金梅

摘 要：《迭代與遞歸》是高中信息技術課程中重要的一章，主要介紹了計算機程序中的兩種重要結構：迭代和遞歸。通過這一章的學習，學生能夠理解并運用這兩種結構，編寫出更復雜、更有效的程序。然而，如何在高中信息技術課程中實現學生計算思維的培養，仍是一個值得研究的問題?；诖?，文章首先闡述了計算思維的概念以及內涵，然后提出了指向計算思維的高中信息技術教學策略，旨在為高中信息技術教學提供一定的參考和借鑒，以更好地培養學生的計算思維。

關鍵詞：計算思維；高中；信息技術

隨著信息技術的快速發展，計算思維的培養已成為高中信息技術教育的重要目標。計算思維是指運用計算機科學的基礎概念和問題解決策略，來理解、設計和解決問題的能力。在高中信息技術課程中，引入計算思維的培養，不僅有助于提高學生的信息技術能力，而且有助于培養學生的創新思維和解決問題的能力，為學生提供長期學習和發展的動力，使他們能夠在不斷變化的科技環境中保持適應性和創新性。

一、計算思維的概念及特征

（一）計算思維的概念

計算思維是指運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。這個概念由美國卡內基梅隆大學的周以真教授于2006年首次提出。

計算思維是一種具有概念化抽象思維特征的思維方式，它并不是程序化的編程思維。它是一種人的思維，而不是機器的思維，其核心是抽象和自動化。計算思維不僅僅是學習編程，更是解決問題的方法論，是一種普遍適用的思維方式。

（二）計算思維的特征

計算思維的特征包括：

1.概念化的抽象思維：計算思維運用計算機科學的基礎概念進行問題求解，通過抽象和分解問題，將復雜問題簡化為可計算的問題。

人性化的思維方式：計算思維不僅是計算機科學家使用的工具，也是一種所有人都應該掌握的思維方式。它不僅適用于計算機科學，也適用于其他學科和領域。

2.是思想而非人造品：計算思維是一種思想，一種解決問題的策略，而不是人造的軟件或硬件產品。它是一種解決問題的工具，可以幫助人們更好地理解和解決現實世界中的問題。

3.與數學和工程思維互補融合：計算思維與數學和工程思維是互補和融合的。數學思維提供了形式化、符號化和邏輯化的方法，而工程思維強調實際可行性和問題解決效率。計算思維則結合了數學和工程思維的優勢，既注重形式化證明，又強調實際問題的解決[1]。

4.面向所有的人和領域：計算思維是每個人都應該學習和掌握的基本技能，它不僅適用于計算機科學領域，也適用于其他領域。它是未來社會的通用思維方式，就像閱讀、寫作和算術一樣重要。

因此，計算思維不僅僅是一種技能或技術，更是一種可以廣泛應用于各個領域、幫助人們更好地理解問題、解決問題和創新思維的思維方式。

二、高中信息技術教學面臨的困境

（一）問題不夠明確

在教學過程中，問題的明確性對于學生的學習和思維發展至關重要。然而，由于信息技術領域的抽象性和復雜性，教師在設計問題時往往會遇到挑戰，表現為問題陳述模糊、描述不清，或者缺乏具體的情境和背景，導致學生產生困惑和不確定感，打消了學生對課程內容學習的積極性。

（二）教學流程不清晰

教學流程的不清晰表現為學習內容之間的邏輯關系不夠明確，學生難以理解各個知識點的先后順序和相互關聯性，無法形成系統性的知識框架，導致學生在學習過程中產生混亂感，甚至錯過重要的關鍵知識點，影響他們對信息技術的全面理解和應用。

（三）缺乏實踐環節

盡管信息技術是一個實踐性較強的領域，但在一些教學實踐中，學生的實際操作機會相對有限。學生只停留在表面知識的記憶層面，導致學生在理論知識和實際應用之間存在脫節，無法將抽象的概念轉化為實際解決問題的能力，影響了綜合素養的提升。

（四）課堂互動不足

在信息技術領域，學生的思維能力和創造力的培養需要通過與他人的討論和交流來實現。但在實際課堂教學中，缺乏學生和教師、學生和學生間的積極互動，學生會錯失與同伴和教師深入交流的機會，無法分享觀點、交流想法，也無法從互動中獲得新的思維啟發。

（五）缺少反饋總結

缺乏及時反饋和系統總結會降低學生的學習效果。學生難以準確評估自己的學習進度和理解程度，在不知不覺中積累下錯誤[2]。同時，教師也難以了解學生的學習情況，無法調整教學策略，妨礙學生的自主學習和自我修正能力的培養。

三、指向計算思維的高中信息技術教學策略

核心素養在21世紀已成為每個人都需要具備的關鍵高級行為能力，它綜合了知識、技能和態度等多個方面。其中，計算思維作為信息技術學科核心素養之一，承載著學科的本質屬性，是一種重要的思維方式。在培養學生的計算思維能力方面，課堂教學具有至關重要的作用[3]。為了達成知識、技能、態度和實際問題融合的目標，課堂教學應遵循以下方法和步驟。

（一）把握章節核心知識，明確問題

在信息技術的學科體系中，知識是計算思維的基礎，教師需要清晰理解各章節的核心知識結構，以確保知識的有機銜接。這要求教師將教材內容融會貫通，將抽象的概念具體化，將知識與現實生活情境相結合。對于《迭代與遞歸》這一章節，教師可以通過實際案例解釋迭代和遞歸的概念和原理。例如，在講解迭代時，可以引導學生思考如何使用迭代來計算一個數的階乘。教師可以逐步展示從1到目標數的連續乘法，強調每次循環中的累積效應，讓學生理解迭代的重要思想。對于遞歸，可以以“斐波那契數列”的問題為例，從最簡單的情況出發，解釋如何通過遞歸定義和遞歸調用來實現數列的生成。教師可以要求學生詳細分析斐波那契數列的生成過程，理解其中的規律和模式。通過自己手動計算一些項，學生可以發現數列中每一項都是前兩項之和，這一規律可以抽象為遞推關系式，形式化問題，學生能更直觀地理解迭代和遞歸的概念。進一步，教師可以與學生討論兩種方法的優缺點以及適用場景。迭代方式通常較為直觀，但可能需要更多的計算資源，特別是對于大規模的數列。遞歸方式則較為優雅，但可能涉及重復計算，需要合理設計終止條件，以避免無限遞歸。通過這樣的討論，學生可以更深入地理解不同方法的特點，為他們未來的問題解決提供指導。

（二）問題設計有序推進，設計方案

教師在教學過程中，需要根據學科內容設計問題，然而，有些問題可能相對復雜，學生可能難以一步到位地解決。因此，教師需要巧妙地引導學生，逐步降低問題的難度，讓他們能夠從簡單到復雜地構建思維臺階，尋找思維的最近發展區。計算斐波那契數列的第n項這個問題對學生來說過于抽象和復雜，教師應該以逐步引導為主，幫助學生從最基本的概念出發，逐漸構建解決問題的思維路徑。

通過簡單的示例，比如前幾項的數值，學生可以對數列有初步的認識。接著，教師可以提出一個具體且相對簡單的問題，讓學生從基本的迭代方法入手，逐步熟悉解決問題的步驟。隨后，教師可以引導學生思考如何推廣到計算第n項的問題。通過這個過程，學生需要逐步分析問題，考慮數列的遞推關系，構建解決問題的方法。這一步驟相當于將問題從簡單情況推廣到復雜情況，是思維發展的重要階段[4]。

在問題設計的有序推進中，教師的引導至關重要。教師應該在學生的認知范圍內，逐步拆解問題，讓學生能夠逐步消化和理解。通過問題的逐步深入，學生能夠形成解決問題的思維路徑，為設計方案奠定基礎。當學生逐步理解問題后，他們就可以開始設計方案。在計算斐波那契數列的問題中，他們可以基于先前的分析，設計迭代算法或遞歸算法，并將其轉化為實際的代碼。通過這一過程，學生不僅學會了解決問題的方法，還培養了將抽象概念具體化的能力。

（三）運用學科知識技能，實踐解決

在高中信息技術教學中，將學科知識技能與實際問題解決相結合，是培養計算思維的關鍵途徑之一。學科知識是計算思維的重要載體，但僅僅掌握知識并不足以形成真正的計算思維。計算思維的培養需要通過實際問題的解決，促使學生對知識進行重新組織、加工、轉化，培養學生的創新能力和問題解決能力。

例如，在教學中，教師可以引導學生解決一個具體的問題，如計算斐波那契數列的第n項。在這個實踐活動中，學生可以運用編程語言，如Python，來實現斐波那契數列的計算。通過編寫代碼，他們需要運用已學的知識，將迭代或遞歸的思想轉化為實際的算法。在編寫代碼的過程中，學生需要考慮如何將問題分解為更小的子問題，如何正確地表達迭代或遞歸的邏輯，以及如何保證代碼的正確性和效率。通過實踐，學生不僅能夠將抽象的概念轉化為具體的代碼，還可以親身體驗迭代和遞歸在解決實際問題中的應用。他們可以通過輸入不同的參數，觀察程序的輸出，理解迭代和遞歸的原理和效果。通過調試和修改代碼，學生可以逐步優化解決方案，培養解決問題的耐心和技巧。實踐中的問題解決過程也會激發學生的興趣和求知欲。隨著問題的復雜度增加，學生可能會面臨挑戰和困難，但同時也會體驗到解決問題的成就感。通過實際的實踐活動，學生將逐步形成計算思維的思維方式，不僅能夠靈活運用所學的知識，還能夠培養創新和探索的能力。

（四）適度開放對話討論，修訂完善

在高中信息技術教學中，適度開放對話討論可以幫助學生更好地發展計算思維，特別是在涉及復雜主題的情況下，開放對話討論，可以引導學生自主思考、交流和合作，修訂和完善他們的理解和解決方案。

適度開放的對話討論允許學生在一個相對自由的環境中表達他們的想法、疑問和觀點。在探討《迭代與遞歸》的教學內容時，教師可以提出開放性的問題，如“你認為迭代和遞歸在哪些實際問題中可以應用？”或“迭代和遞歸有什么異同之處？”通過這些問題，學生可以根據自己的理解和經驗展開討論，深化對這些概念的認識。在討論中，學生可以分享他們的見解和思考過程，相互學習和啟發。一方面，這種交流可以幫助學生發現自己的理解盲點，更好地理解計算思維的核心概念。另一方面，學生之間的討論也能夠促使他們思考問題的多樣性，拓展自己的思維路徑，培養他們的創新思維能力。

在討論過程中，教師的角色是引導者和促進者。教師可以鼓勵學生提出問題，指導他們如何運用計算思維來分析和解決問題。同時，教師也應該尊重學生的不同觀點，鼓勵他們相互傾聽和尊重，創造一個開放、包容的學習環境。除了在課堂上進行開放對話討論，教師還可以借助在線平臺或社交媒體等工具，擴大討論的范圍。學生可以在線上發表自己的觀點，與同學進行互動，促進更廣泛的思想交流[5]。這種開放式的討論模式有助于學生在不同時間和空間里深入思考，并不斷完善自己的理解。

（五）積極反饋有效總結，鞏固知識

通過精準的反饋和有針對性的總結，教師可以引導學生更深入地理解計算思維的核心概念，培養他們的問題解決能力和邏輯思維能力。不僅能夠提高學生的學習效果，還為他們今后的學習和發展奠定堅實基礎。

一方面，積極的反饋是學生學習的動力和方向。教師可以通過對學生的作業、課堂表現以及參與討論的質量進行評價，為學生提供及時的指導和反饋。教師應關注學生是否正確地應用了相應的思維方法，是否能夠將抽象的概念轉化為具體問題的解決方案。通過明確的反饋，讓學生了解到自己在學習過程中的優勢和不足之處，有針對性地進行調整和改進。積極的反饋不僅可以鼓勵學生，還可以幫助他們更好地理解和運用計算思維的核心概念。

另一方面，有效的總結對于鞏固知識也至關重要。在教學結束后，教師可以對本節課的核心內容進行總結，強調重要的概念和解決方法。特別是在涉及迭代和遞歸的教學中，教師可以引導學生回顧整個思考過程，從最初的問題分析到最終的解決方案，幫助他們理解思維的邏輯和演進過程，將知識內化為自己的思維工具。這種總結不僅有助于學生將知識牢固記憶，還能夠為今后的應用打下堅實基礎。

結束語

文章以《迭代與遞歸》為例，探討了指向計算思維的高中信息技術教學策略。通過深入分析明確問題，有序推進設計方案，實踐解決問題，適度開放對話討論以及積極反饋有效總結等策略，可以更好地培養學生的計算思維能力。在高中信息技術教學中，培養學生的計算思維能力不僅有助于提升他們的信息技術素養，更能培養他們的創新思維、問題解決能力以及合作精神。然而，也應意識到在實際教學中可能面臨的困難和挑戰，需要不斷探索和優化教學策略，以滿足學生不斷發展的需求。通過持續的努力，能夠為學生的計算思維能力培養創造更加有利的條件，為他們未來的學習和發展奠定堅實的基礎。

參考文獻

[1]馬莉.基于計算思維的高中信息技術課堂教學設計與實踐研究：以App Inventor為例[J].科學咨詢（教育科研），2022（7）：151-154.

[2]林曉明，李宏貞，梁麗霞.面向計算思維培養的項目式教學實踐探索：以Python項目為例[J].教育信息技術，2022（4）：73-76.

[3]湯蓉.指向計算思維的過程性評價量規設計策略研究[J].中國信息技術教育，2021（23）：36-39.

[4]周世杰.高中信息技術學科發展學生計算思維的思考與實踐[J].天津教育，2019（9）：7-10.

[5]朱益.基于問題解決的高中信息技術單元教學設計探索：以“數據問題”單元教學為例[J].中國信息技術教育，2023（7）：45-48.