指向計算思維培養的高中信息技術教學模式構建
——以“初識數據與計算——數據的計算”單元為例

李安琪 西安交通大學蘇州附屬中學

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）提出了信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四大學科核心素養。其中，計算思維在四大學科核心素養中起到了統籌和引領的作用。因此，探索有效的計算思維培養方法，是高中信息技術教學的迫切需要。所以，筆者嘗試在教學實踐中通過具體的案例探討面向計算思維培養的高中信息技術教學模式，并且在課堂中引入問題解決和創造性思維等活動，旨在促進高中生計算思維的整合與運用，培養其跨學科能力和創新思維能力。

● 思維、整合與運用：高中生計算思維培養的內蘊和價值

第一，思維是高中生計算思維培養的核心。新課標強調培養學生的計算思維能力，其中包括分析、綜合、判斷、創新等能力。通過對信息技術課程的學習和實踐，學生將學會運用不同的思維方法來整合和解決問題，提升自己的計算思維品格。

第二，整合是高中生計算思維培養的關鍵。新課標要求學生能夠跨學科地整合和運用不同的信息資源，培養綜合應用知識的能力。學生通過整合各種信息技術原理與工具，將所學知識和技能進行有機的結合和運用。這樣的綜合能力培養有助于他們堅持自身立場與價值觀，并有效地運用計算思維解決問題。

第三，運用是高中生計算思維培養的最終目標。新課標要求學生能夠應用信息技術工具進行信息的獲取、處理和表達。學生能夠靈活運用各種信息技術工具，提高自己的信息處理和表達能力。這樣的運用能力培養將有助于提升學生的計算思維，使他們能更好地適應信息時代的發展需求。[1]

● 指向計算思維培養的高中信息技術教學模式構建

面對高校人才選拔和社會就業格局的變化，必須進一步加大對高中生的計算思維培養，這樣有助于他們內在潛質的激發和提升其用信息科技解決跨學科問題的能力。指向計算思維培養的高中信息技術教學模式是基于建構主義理論和認知學習理論發展而來的，它強調學生的自主思考與動手操作能力的培養，鼓勵學生在實踐與發散思維的過程中形成自己的認知，在教學過程中提倡將解決問題和完成任務作為教學準則。具體的教學模式如下頁圖1所示。

圖1

該教學模式以“學生自助發散思維解決問題”為導向，分為三個教學環節。首先，巧設學習情境。將信息技術知識融入到現實生活中，為教師的教學活動設計和學生的自主探究奠定基礎。其次，妙用問題驅動。高中信息技術教材的內容內蘊豐富，知識層次高。這就要求教師要從問題導向出發，通過問題驅動學生發現問題、分析問題、解決問題；在課堂教學中教師需要結合教學目標和學生的思維認知提出問題，引導學生深度思考，活用思維。[2]最后，活用自主協作學習。學生在自主探究之后，可以通過小組開展協作學習，通過協作學習，學生可以習得學科知識，并進行實踐探究。此外，在協作學習結束后，可以進行成果展示以及評價與反饋總結活動。

● 指向高中生計算思維培養的教學實踐

在教學中，筆者以教科版高中信息技術必修一第一單元“初識數據與計算——數據的計算”為例，開展實踐，實現對學生計算思維的培養。

1.巧設學習情境

筆者以古人解決雞兔同籠問題的故事為背景創設情境。雞兔同籠問題是一個經典的問題，需要人工進行復雜的計算。但是，運用信息技術可以快速準確地解決這個問題。首先，通過電子表格展示該問題：假設有n只雞和m只兔子，每只雞有2只腳，每只兔子有4只腳。雞和兔子的總腳數為p，總頭數為q。任務是找出n和m的值，使p等于一個特定的值，q等于另一個特定的值。之后，學生就可以利用電子表格的公式和函數來計算n和m的值。例如，可以使用“反向求解”公式來解決這個問題。這個公式可以在給定總腳數p和總頭數q的情況下，計算出雞和兔子的數量n和m。

通過情境創設，學生意識到信息技術在解決問題中的重要性。他們可以學到如何使用電子表格來解決問題，如何運用計算思維來分析和解決實際問題。這樣的教學方式可以幫助學生更好地掌握信息科技的核心概念和技能，提高他們的信息思維品質。

2.妙用問題驅動

有的放矢的問題能夠活躍學生的計算思維，也能使學生對信息技術知識進行深度學習，因此，要想培養學生的計算思維，應以問題驅動開展教學。首先，引入實際生活中的問題，如：“假設你有一家小店，你想計算每個月的銷售額和利潤，應如何進行計算并記錄？”這個問題能夠引發學生對電子表格和信息計算的思考和探索。其次，引入電子表格，介紹電子表格的基本概念和功能，如單元格、公式和函數等，讓學生了解電子表格通過使用公式和函數可以實現自動計算和數據分析的功能。再次，進行實踐操作，讓學生根據提出的問題，創建一個電子表格來記錄銷售額和利潤。在學生操作電子表格的過程中，引導學生思考和討論“如何設置公式來計算每個月的銷售額和利潤”“如何使用函數來實現對數據的匯總和分析”等問題。通過思考和討論，學生可以進一步理解公式和函數的價值。最后，進行實際應用和展示（將電子表格應用到實際的銷售數據中，通過輸入數據和調整公式，實現對銷售額和利潤的自動計算）以及總結和評價（讓學生分享他們的經驗和體會，互相學習和借鑒[3]）。

問題驅動能夠讓學生更加主動地思考和提問，促進他們的計算思維和創造性思維的發展。同時，問題驅動也能將信息技術知識與實際生活相結合，提高學生的信息素養。

3.活用自主協作學習

將自主學習與小組協作學習同頻共振，一方面可以凸顯個性思維發展，另一方面可以放大集體思維的水平。同樣以雞兔同籠問題為例，筆者引導學生思考利用計算機編程解決問題的方式，具體教學設計如圖2所示。雞兔同籠問題是一個需要用到數學和邏輯思維的問題，通過編程可以更加直觀地解決和驗證答案。學生在自主學習階段可以學習編程語言的相關知識，了解編程的基本概念和解題方法，并完成一些簡單的編程練習，從而掌握編程的基本技能和邏輯推理能力。而通過小組協作與討論，學生可以分享個人的學習成果和編程經驗，討論如何運用編程解決雞兔同籠問題。在小組內，學生運用已學的編程知識合作編寫代碼，通過邏輯推理和計算解決雞兔同籠問題。在自主協作學習解決雞兔同籠問題后，可以讓每個小組展示他們的編程過程和結果，通過分享、討論和比較，讓學生相互學習和借鑒。同時，引導學生總結他們在解決雞兔同籠問題中所應用的編程知識和邏輯思維，并評價小組合作過程中的優勢和不足。[4]

圖2

● 結束語

構建指向計算思維培養的高中信息技術教學模式，可以有效地激發學生主動學習的意識，培養他們的自主思考和解決問題的能力，最終培養他們的計算思維能力，使得他們能夠適應未來智能時代的人才要求。指向計算思維培養的高中信息技術教學模式是一種有效的教學方法，值得在高中信息技術教學中廣泛應用和推廣。